軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)技術(shù)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供軸向均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，通過(guò)在硅單晶生長(zhǎng)過(guò)程中，在熔體中持續(xù)定量地加入多晶硅原料，降低摻雜元素因固液分凝系數(shù)而導(dǎo)致的熔體中摻雜元素的增加。通過(guò)超細(xì)粉末的形式加入多晶硅，將多晶硅在加入前加熱，并采用激光技術(shù)加熱熔體上多晶硅加入形成的加入環(huán)帶。調(diào)節(jié)石英坩堝與單晶硅的直徑比例，調(diào)節(jié)坩堝旋轉(zhuǎn)和單晶硅的轉(zhuǎn)速，防止多晶硅粉在未熔化前進(jìn)入結(jié)晶凝固區(qū)域。本發(fā)明方法生長(zhǎng)的硅單晶從頭部到尾部，摻雜元素均勻性高，晶體全部可用。晶體生長(zhǎng)后，石英坩堝中的剩余熔體可直接再加入硅原料，石英坩堝的利用率高，能耗低，綜合成本低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種直拉法生長(zhǎng)單晶硅的生長(zhǎng)方法，特別涉及軸向摻雜元素均勻的單 晶硅的生長(zhǎng)方法，尤其是采用生長(zhǎng)過(guò)程中加入多晶硅原料，從而防止熔體中的摻雜元素濃 度增加，降低實(shí)際分凝系數(shù)，獲得軸向電阻率均勻的單晶硅。
【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體單晶硅的制造工藝中，最常使用的是直拉法(Czochralski，縮寫(xiě)CZ)，在 直拉法中，多晶硅是填充在石英玻璃坩堝(也稱石英坩堝）中，然后加熱熔融形成硅熔液，在 硅熔液中浸入籽晶后向上旋轉(zhuǎn)提拉，硅在籽晶與熔溶液的界面處凝固結(jié)晶，形成單晶硅錠。
[0003] 采用單晶硅為基底制備的功率器件，要求單晶硅的電阻率高，同時(shí)要求使用基底 電阻變化小。通常情況下，要求電阻率波動(dòng)小于±20%，嚴(yán)格的器件要求電阻率波動(dòng)小于土 15%，甚至小于10%。在傳統(tǒng)的CZ法生長(zhǎng)單晶硅時(shí)，摻雜元素與多晶硅原料一同加入到石英坩 堝中。由于摻雜元素相對(duì)硅單晶的分凝系數(shù)小于1，單晶硅中摻雜元素的濃度比熔體中的濃 度低。隨著晶體的生長(zhǎng)，硅熔體中的摻雜物濃度逐漸變高，在相同平衡分凝系數(shù)下，動(dòng)態(tài)分 凝系數(shù)逐漸升高，單晶硅中摻雜元素的濃度逐漸升高，使單晶硅的軸向電阻率逐漸降低。最 后約有30%左右的熔體或硅錠的質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
[0004] 為了控制單晶硅電阻率降低，專(zhuān)利CN103282555、CN103046130采用雙摻雜提拉生 長(zhǎng)工藝，在多晶硅原料中加入兩種或兩種以上的具有相反電阻特征的元素，例如B和P，來(lái)減 小電阻率波動(dòng)。雖然兩種摻雜元素單獨(dú)使用時(shí)均會(huì)造成電阻率降低，但是兩種摻雜元素具 有相反的導(dǎo)電機(jī)理，共同摻雜時(shí)相互抵消。例如在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，在摻雜元素 B濃度增加 的同時(shí)，摻雜元素 P的濃度也增加，抵消摻雜元素 B濃度。因此電阻率可在一定范圍內(nèi)控制。 但是，目前單晶硅的尺寸的增大和晶體長(zhǎng)度的增加，晶棒的重量顯著增加。這樣熔體總重量 也顯著增加，因此多晶硅原料的熔化時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、晶體生長(zhǎng)時(shí)間均與小尺寸、小重量的 晶體生長(zhǎng)工藝發(fā)生了明顯的變化。同時(shí)由于摻雜元素的揮發(fā)性、分凝系數(shù)的不同，實(shí)際產(chǎn)品 生產(chǎn)中，這些方法可以在晶體生長(zhǎng)初期實(shí)現(xiàn)減小電阻率波動(dòng)的目的。同時(shí)由于摻雜元素?fù)] 發(fā)程度不同，在多晶硅原料中加入的摻雜元素，在實(shí)際單晶硅中的濃度更加難以預(yù)測(cè)和控 制。
[0005] 為了控制熔體中的摻雜元素濃度增加，可在熔體中持續(xù)加入原料。專(zhuān)利 CN1162028A、CN1163950A、CN1150354C、CN102363899A 提供了雙層坩堝技術(shù)，采用內(nèi)外兩層 坩堝，可以在外層中加入硅原料，熔化后進(jìn)入內(nèi)層。但是這種雙層坩堝技術(shù)具有很多工程問(wèn) 題，例如，硅熔液由外層流入到內(nèi)層時(shí)的熱力學(xué)穩(wěn)定性，內(nèi)外層熔體的徑向均勻性，內(nèi)層坩 堝的加入引起的氧濃度的顯著變化，都是工程中難以解決的問(wèn)題。同時(shí)內(nèi)層熔體中摻雜元 素的濃度與外層熔體不能均勻混合，使熔體中的摻雜元素存在更大的不確定性，可能導(dǎo)致 生長(zhǎng)過(guò)程中摻雜元素濃度的較大波動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，在晶體生長(zhǎng)的等 徑階段，向熔體中持續(xù)定量地加入多晶硅原料，使熔體中的摻雜元素濃度保持在設(shè)計(jì)濃度， 從而保持硅單晶中的摻雜元素濃度保持在設(shè)計(jì)值，獲得軸向電阻率均勻的硅單晶，提高硅 單晶質(zhì)量和收得率。
[0007] 為了達(dá)到以上的目的，本發(fā)明工藝技術(shù)通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):在硅單晶等徑生長(zhǎng)過(guò) 程中，在熔體中持續(xù)定量地加入多晶硅原料，降低摻雜元素因固液分凝系數(shù)而導(dǎo)致的熔體 中摻雜元素的增加。多晶硅以超細(xì)粉末的形式加入，在加入前將多晶硅加熱至1200 °C以上， 采用激光技術(shù)加熱熔體上多晶硅加入形成的環(huán)帶。調(diào)節(jié)石英坩堝與單晶硅的直徑比例、坩 堝旋轉(zhuǎn)和單晶硅的轉(zhuǎn)速，防止多晶硅粉在未熔化前進(jìn)入結(jié)晶凝固區(qū)域。
[0008] 本發(fā)明的方法，首先根據(jù)晶體放肩工藝和直徑設(shè)計(jì)，確定在等徑生長(zhǎng)時(shí)的固化率 So
式中，是獲得的硅單晶錠重量，是加入到石英坩堝最初原料的總重量。
[0010]根據(jù)晶體要求的摻雜元素濃度c，確定出多晶硅原料中摻雜元素的最初濃度c〇。
式中，k為摻雜元素在娃單晶中的有效分凝系數(shù)。
[0012] 其中，硅單晶的重量增長(zhǎng)速度vgr?定義為 Vgrow-^ Hlingot-( IIlingot2- IIlingotl)/t ( 3 ) 式中，為單位時(shí)間內(nèi)，硅單晶錠重量的增量，即每小時(shí)硅單晶錠重量的增量。
[0013] 在熔體中持續(xù)加入多晶硅原料，加入速度為 Vadd-( 1-k) Vgrow= ( 1-k) Δ IIHngQt-( 1-k) ( IIlingot2_ Hlingotl)/t (4) 通過(guò)單晶硅重量檢測(cè)，直接反饋給送粉器以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)送粉量。在持續(xù)加入多晶硅后，單 晶硅錠中的摻雜元素濃度一直保持在設(shè)定值C。
[0014] 所加入多晶硅為多晶硅超細(xì)粉末，粉末的粒徑小于10微米。多晶硅超細(xì)粉末可以 在落入熔體后快速熔化，與原熔體快速達(dá)到濃度均勻化。通常情況下，多晶硅超細(xì)粉末表面 會(huì)吸附氧，形成一個(gè)吸附氧層，而這一吸附氧層在熔化過(guò)程中會(huì)形成一個(gè)氧化硅的薄膜，嚴(yán) 重影響硅單晶的生長(zhǎng)。本發(fā)明要求多晶硅超細(xì)粉末表面在制備過(guò)程中采用氬氣保護(hù)，多晶 硅超細(xì)粉末表面不吸附氧，多晶硅超細(xì)粉末的總氧含量小于1.5ppm，且多晶硅超細(xì)粉末在 貯存、運(yùn)輸和加入送粉器的過(guò)程中，均由氬氣保護(hù)，不引入吸附氧。
[0015] 所加入的多晶硅超細(xì)粉末在加入前，在送粉器4中通過(guò)加熱器3加熱，溫度提升到 1200°C以上。這樣多晶硅超細(xì)粉末的溫度與熔化溫度差只有200 °C左右，可以大大提高熔化 速度的效果。見(jiàn)圖1和圖2所示。
[0016] 加入多晶硅超細(xì)粉末的送粉器4、導(dǎo)粉管1均為高純石英坩堝制品，防止送粉器和 導(dǎo)粉管對(duì)多晶硅造成污染。
[0017] 在多晶硅超細(xì)粉末加入的輸送過(guò)程中，貯粉倉(cāng)6、開(kāi)關(guān)閥5系統(tǒng)充氬氣保護(hù)7,并與 單晶爐氬氣入口氣壓平衡。
[0018] 多晶硅超細(xì)粉末的出口在距離石英坩堝內(nèi)壁1 cm的圓周上，石英導(dǎo)管1的外徑為 8mm，內(nèi)徑為4mm。距離液面的高度為20mm-30mm之間。
[0019]石英坩堝的直徑與所生長(zhǎng)晶體的直徑之比大于或等于3。
式中，為石英坩堝的直徑，為硅單晶錠的直徑?？梢员ＷC多晶硅超細(xì)粉末在熔體中具有 較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)距離，促進(jìn)其充分的溶解。
[0021] 本發(fā)明中，石英坩堝的轉(zhuǎn)速和晶體的轉(zhuǎn)速：
式中，為晶體的轉(zhuǎn)速，石英坩堝的轉(zhuǎn)速。晶體的旋轉(zhuǎn)、坩堝的旋轉(zhuǎn)以及熔體的自然對(duì)流， 使熔體形成內(nèi)外兩個(gè)流動(dòng)場(chǎng)。晶體的旋轉(zhuǎn)使熔體由中心向外流動(dòng)，防止未熔化的多晶硅超 細(xì)粉末進(jìn)入內(nèi)部，影響晶體質(zhì)量。坩堝的旋轉(zhuǎn)使熔體由四周向內(nèi)流動(dòng)，防止多晶硅超細(xì)粉末 在坩堝內(nèi)壁上粘接。較大的晶體轉(zhuǎn)速還可以同時(shí)促使熔體內(nèi)的摻雜元素均勻化。
[0022] 導(dǎo)粉管上端具備一個(gè)激光器2,激光束通過(guò)導(dǎo)粉管1，加熱其中的多晶硅超細(xì)粉末， 也加熱多晶硅超細(xì)粉末在熔體中的落入環(huán)帶，進(jìn)一步提高多晶硅超細(xì)粉末的熔化速度。激 光器的波長(zhǎng)為600nm-900nm，功率為5-501
[0023] 單晶硅生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度后，可以收尾取出。剩余在石英坩堝中的硅原料，可以重復(fù) 本發(fā)明的過(guò)程，生長(zhǎng)單晶硅錠。提高了原材料的利用率，避免了二次熔料造成的能源消耗。 在傳統(tǒng)工藝中，石英坩堝使用一次后，會(huì)在降溫過(guò)程中開(kāi)裂損壞，本發(fā)明可以在不降溫的情 況下，多次使用石英坩堝，提高了石英坩堝的利用率、降低綜合成本。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本發(fā)明單晶硅生長(zhǎng)中，多晶硅超細(xì)粉末的加入裝置圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明多晶硅超細(xì)粉末送粉器、粉末加熱器、激光器示意圖。
[0026] 圖3為本發(fā)明技術(shù)生長(zhǎng)η型摻P單晶硅軸向濃度分布圖。
[0027] 圖4為本發(fā)明技術(shù)生長(zhǎng)Ρ型摻Β單晶硅軸向濃度分布圖。
[0028] 圖5為本發(fā)明技術(shù)生長(zhǎng)Ρ型摻Ga單晶硅軸向濃度分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 實(shí)施例1 采用CZ法生長(zhǎng)8英寸〈100>方向的P型，直徑為200mm的單晶硅棒。在石英坩堝中加入 120kg的多晶硅原料和硼，單晶硅中摻雜元素 B為1.87X1014 atom/g~2.51X1014可滿足用 戶要求，設(shè)計(jì)的中心目標(biāo)濃度為2 · 0 X 1014 atom/g。
[0030] 經(jīng)計(jì)算可得，原料中B的濃度為2.85 X 1014 atom/g，在單晶娃的重量達(dá)到3.6kg后， 開(kāi)始加入多晶硅超細(xì)粉末。所用的石英坩堝的尺寸為610mm，石英坩堝的轉(zhuǎn)速為1.0 rpm，晶 體的轉(zhuǎn)速為10 rpm。送粉器的加熱溫度為1250Γ，粉末的粒徑小于10微米，激光器的波長(zhǎng)為 875nm，功率為5W。貯粉器、送粉器和導(dǎo)粉管由全石英玻璃制成，石英管距液面高度25mm，送 粉速率為硅單晶生長(zhǎng)速率的30%，通過(guò)單晶硅重量檢測(cè)，直接反饋送粉器實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)送粉量。 系統(tǒng)氬氣通過(guò)貯粉器與單晶爐的氬氣入口平衡。
[0031] 采用本方法，在晶體生長(zhǎng)至110kg時(shí)，進(jìn)行收尾，最后獲得了 118kg硅錠。檢測(cè)獲得 晶體頭部到尾部的電阻率變?yōu)?1-61 Ω，單晶硅中摻雜元素 B為2.00 X1014 atom/g~2. IX 1〇14可完全滿足設(shè)計(jì)要求，晶體可以除去頭尾后，全部利用。晶體生長(zhǎng)后，石英坩堝中剩余的 硅熔液為36kg，B的濃度為2.85Χ1014 atom/g。見(jiàn)圖3所示。
[0032] 實(shí)施例2 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充84kg多晶硅原料，原料中B的濃度為2.85X1014 atom/g。重 復(fù)采用實(shí)施例1的方法提拉單晶，激光器的波長(zhǎng)為900nm，功率為5W，石英管距液面高度 20mm，其他參數(shù)相同。最后獲得了117.5kg硅錠。檢測(cè)獲得晶體頭部到尾部的電阻率變?yōu)?7-60 Ω，完全滿足設(shè)計(jì)要求。晶體生長(zhǎng)后，石英坩堝中剩余的硅熔液為36kg，B的濃度為2.86 X 1014 atom/g〇
[0033] 實(shí)施例3 在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充87kg多晶硅原料，原料中B的濃度為2.85X1014 atom/g。重 復(fù)采用實(shí)施例2的方法提拉單晶。最后獲得了 115kg硅錠。檢測(cè)獲得晶體頭部到尾部的電阻 率變?yōu)?6-58 Ω，完全滿足設(shè)計(jì)要求。晶體生長(zhǎng)后，石英坩堝中剩余的硅熔液為34kg，B的濃 度為2.88X1014 atom/g。
[0034] 對(duì)比例1 在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充86kg多晶硅原料，原料中B的濃度為2.85X1014 atom/g。采 用傳統(tǒng)方法提拉單晶。最后獲得了 l〇lkg硅錠。檢測(cè)獲得晶體頭部到尾部的電阻率變?yōu)?3-32 Ω。而電阻在55 Ω處的晶體重量為48kg，利用率低于50%。見(jiàn)圖3。
[0035] 實(shí)施例4 采用CZ法生長(zhǎng)8英寸〈100>方向的η型，直徑為200mm的單晶硅棒。在石英坩堝中加入 50kg的多晶硅原料和磷，單晶硅中摻雜元素的目標(biāo)濃度為1.87X1013 atom/g。由于P在Si單 晶中的分凝系數(shù)較低，采用本發(fā)明方法時(shí)，如果初始原料較多，收尾工作難以進(jìn)行，因此初 始采用50kg原料。
[0036]經(jīng)計(jì)算可得，原料中P的濃度為5.9 X 1013 atom/g，在單晶硅的重量達(dá)到2.0kg后， 開(kāi)始加入多晶硅超細(xì)粉末。所用的石英坩堝的尺寸為610mm，石英坩堝的轉(zhuǎn)速為1.5 rpm，晶 體的轉(zhuǎn)速為12 rpm。送粉器的加熱溫度為1250Γ，粉末的粒徑小于10微米，激光器的波長(zhǎng)為 632nm，功率為15W。貯粉器、送粉器和導(dǎo)粉管由全石英玻璃制成，石英管距液面高度28mm，送 粉速率為硅單晶生長(zhǎng)速率的69%。系統(tǒng)氬氣通過(guò)貯粉器與單晶爐的氬氣入口平衡。
[0037]采用本方法，在晶體生長(zhǎng)至110kg時(shí)，進(jìn)行收尾，最后獲得了 118kg硅錠。檢測(cè)獲得 晶體頭部到尾部的電阻率變?yōu)?8-89 Ω，完全滿足設(shè)計(jì)要求。晶體生長(zhǎng)后，石英坩堝中剩余 的硅熔液為12kg，P的濃度為5.89 X 1013 atom/g。見(jiàn)圖4所示，本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法的對(duì) 比。
[0038] 實(shí)施例5 在實(shí)施例4的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充38kg多晶硅原料，原料中P的濃度為5.9X1013 atom/g。重復(fù) 采用實(shí)施例4的方法提拉單晶。最后獲得了 118.6kg硅錠。檢測(cè)獲得晶體頭部到尾部的電阻 率變?yōu)?6-84 Ω，完全滿足設(shè)計(jì)要求。晶體生長(zhǎng)后，石英坩堝中剩余的硅熔液為1 lkg，P的濃 度為5.91 X1013 atom/g。
[0039] 實(shí)施例6 在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充40kg多晶硅原料，原料中P的濃度為5.9X1013 atom/g。重復(fù) 采用實(shí)施例5的方法提拉單晶，激光器的波長(zhǎng)為600nm，功率為15W，石英管距液面高度30mm， 其他參數(shù)相同。最后獲得了 117kg硅錠。檢測(cè)獲得晶體頭部到尾部的電阻率變?yōu)?5-82 Ω，完 全滿足設(shè)計(jì)要求。晶體生長(zhǎng)后，石英坩堝中剩余的硅熔液為llkg，P的濃度為5.92 Χ1013 atom/g〇
[0040] 對(duì)比例2 在實(shí)施例6的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充40kg多晶硅原料，原料中P的濃度為5.9X1013 atom/g。采用 傳統(tǒng)的方法提拉生長(zhǎng)單晶硅，在晶體生長(zhǎng)至95kg時(shí)，進(jìn)行收尾，最后獲得了 105kg硅錠。檢測(cè) 結(jié)果表明，頭部的電阻率為100 Ω，然后隨著向尾部的延伸，電阻率下降，55kg后的電阻率降 為60 Ω，成品率不足50%，良品率不足30%。見(jiàn)圖4。
[0041 ] 實(shí)施例7 采用CZ法生長(zhǎng)6英寸〈100>方向的P型，直徑為153mm的單晶硅棒。在石英坩堝中加入 30kg的多晶硅原料和鎵，單晶硅中摻雜元素為1.78X1014 atom/g~3.10 X1014,設(shè)計(jì)的中心 目標(biāo)濃度為2.50 X 1014 atom/g。由于Ga在Si單晶中的分凝系數(shù)非常低，采用本發(fā)明方法時(shí)， 如果初始原料較多，收尾工作難以進(jìn)行，因此初始采用30kg原料，熔料時(shí)間短，提高生產(chǎn)效 率。
[0042] 經(jīng)計(jì)算可得，原料中Ga的濃度為3.11 X 1015 atom/g，在單晶娃的重量達(dá)到3.0kg 后，開(kāi)始加入多晶硅超細(xì)粉末。所用的石英坩堝的尺寸為610mm，石英坩堝的轉(zhuǎn)速為2.0 rpm，晶體的轉(zhuǎn)速為10 rpm。送粉器的加熱溫度為1250°C，粉末的粒徑小于10微米，激光器的 波長(zhǎng)為632nm，功率為50W。貯粉器、送粉器和導(dǎo)粉管由全石英玻璃制成，石英管距液面高度 20mm，送粉速率為硅單晶生長(zhǎng)速率的99.2%。系統(tǒng)氬氣通過(guò)貯粉器與單晶爐的氬氣入口平 衡。
[0043]采用本方法，在晶體生長(zhǎng)至95kg時(shí)，進(jìn)行收尾，最后獲得了 100kg硅錠。檢測(cè)獲得晶 體頭部到尾部的濃度變化為，2 · 48 X 1014~2 · 25 X 1014atom/g。理論值為2 · 48 X 1014atom/g， 實(shí)際值低于理論值，可能是由于Ga的揮發(fā)性較大，從熔體中揮發(fā)導(dǎo)致濃度降低。采用本專(zhuān)利 技術(shù)生長(zhǎng)的晶體，全長(zhǎng)度可用。晶體生長(zhǎng)后，石英坩堝中剩余的硅熔液為21kg，Ga的濃度為 2.89X10 15 atom/g。見(jiàn)圖5所示。
[0044] 對(duì)比例3 在實(shí)施例7的基礎(chǔ)上，直接采用傳統(tǒng)的方法提拉生長(zhǎng)單晶硅，在晶體生長(zhǎng)至90kg時(shí)，進(jìn) 行收尾，最后獲得了98kg硅錠。檢測(cè)結(jié)果表明，在25kg時(shí)，濃度已超過(guò)上限。實(shí)際成品率20%。 見(jiàn)圖5。因此，傳統(tǒng)方法是不可能生長(zhǎng)只摻雜Ga的半導(dǎo)體硅單晶的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，在硅單晶等徑生長(zhǎng)過(guò)程中，在熔體中持續(xù) 定量地加入多晶硅原料，降低摻雜元素因固液分凝系數(shù)而導(dǎo)致的熔體中摻雜元素的增加， 使恪體中的摻雜元素濃度保持在設(shè)計(jì)濃度，從而保持娃單晶中的摻雜元素濃度保持在設(shè)計(jì) 值，其特征在于：多晶硅以超細(xì)粉末的形式加入，在加入前將多晶硅加熱至1200°c以上，采 用激光技術(shù)加熱熔體上多晶硅加入形成的環(huán)帶，調(diào)節(jié)石英坩堝與單晶硅的直徑比例、坩堝 轉(zhuǎn)速和單晶硅的轉(zhuǎn)速，防止多晶硅粉在未熔化前進(jìn)入結(jié)晶凝固區(qū)域。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于： 首先根據(jù)晶體放肩工藝和直徑設(shè)計(jì)，確定在等徑生長(zhǎng)時(shí)的固化率S: (1) 式中，是獲得的硅單晶錠重量，是加入到石英坩堝最初原料的總重量， 根據(jù)晶體要求的摻雜元素濃度C，確定出多晶硅原料中摻雜元素的最初濃度C0， C = Hl-Q(H)C0 (2) 式中，k為摻雜元素在娃單晶中的有效分凝系數(shù)， 其中，硅單晶的重量增長(zhǎng)速度Vgiw定義為： Vgrow-Δ niingot-( IIlingot2- IIlingotl )/t ( 3 ) 式中，為單位時(shí)間內(nèi)，硅單晶錠重量的增量，即每小時(shí)硅單晶錠重量的增量； 在熔體中持續(xù)加入多晶硅原料，加入速度的特征為： Vadd-( I-k) Vgrow= ( I-k) Δ nUng〇t-( 1-k) ( IIlingot2_ Hlingotl)/t (4) 通過(guò)單晶硅重量檢測(cè)，直接反饋給送粉器以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)送粉量，在持續(xù)加入多晶硅后，單 晶硅錠中的摻雜元素濃度一直保持在設(shè)定值C。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于:所加入 多晶硅為多晶硅超細(xì)粉末，粉末的粒徑小于10微米，多晶硅超細(xì)粉末在加入前，在送粉器中 通過(guò)加熱器加熱，溫度提升到1200°C以上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于：加入多 晶硅超細(xì)粉末的送粉器為高純石英制品，在多晶硅超細(xì)粉末加入的輸送過(guò)程中，貯粉倉(cāng)、開(kāi) 關(guān)閥系統(tǒng)充氬氣保護(hù)，并與單晶爐氬氣入口氣壓平衡。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于：多晶硅 超細(xì)粉末的出口在距離石英坩堝內(nèi)壁Icm的圓周上，石英導(dǎo)管的外徑為8mm，內(nèi)徑為4mm，距 離液面的高度為20mm-30mm之間。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于:石英坩 堝的直徑與所生長(zhǎng)晶體的直徑之比大于或等于3,即： 尤二P之 （5) 式中，為石英坩堝的直徑，為硅單晶錠的直徑。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于:石英坩 堝的轉(zhuǎn)速和硅單晶體的轉(zhuǎn)速符合 _0.2?^ (6) 式中，為晶體的轉(zhuǎn)速，石英坩堝的轉(zhuǎn)速。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于：導(dǎo)粉管 上端具備一個(gè)激光器，激光束通過(guò)導(dǎo)粉管，加熱其中的多晶硅超細(xì)粉末，也加熱多晶硅超細(xì) 粉末在熔體中的環(huán)帶，激光器的波長(zhǎng)為600nm-900nm，功率為5-5019. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于：?jiǎn)尉Ч?生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度后，可以收尾取出，剩余在石英坩堝中的硅原料，可以重復(fù)生長(zhǎng)單晶硅錠。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸向電阻率均勻的硅單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于:可以在 不降溫的情況下，多次使用石英坩堝。
【文檔編號(hào)】C30B15/16GK105887193SQ201610364028
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】張俊寶, 劉浦鋒, 宋洪偉, 陳猛
【申請(qǐng)人】上海超硅半導(dǎo)體有限公司