[发明专利]一种Ф8英寸<110>直拉硅单晶的制造方法及其热系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种Ф8英寸<110>直拉硅单晶的制造方法及其热系统。

背景技术

硅晶体结构中<110>晶面与<111>晶面的夹角分别为90°和35°16'，其中夹角为90°<111>晶面上的位错与<110>晶向一致，这使得Dash缩细颈方法制备无位错晶体的难度大大增加，往往使晶体在制备过程中产生大量位错，达不到使用要求。

专利号为ZL 200610129891.6的“<110>无位错硅单晶的制造方法”专利，通过调整热系统，设定合理的制备工艺参数，成功制备了<110>无位错硅单晶，但此种方法不适合直径8英寸及以上单晶的制备，当采用此种方法制备大尺寸硅单晶时，经常出现断苞现象，导致晶体成品合格率极低，成本消耗急剧增加，不能满足现有生产要求。

 

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适于Ф8英寸<110>硅单晶生产的工艺方法。

为达到以上目的，经过多次试验发现：（1）在生产Ф8"硅单晶时，由于坩埚尺寸、装料量增大，所以石英坩埚与熔硅生成的SiO增多（在单晶生长过程中，熔硅Si同石英坩埚高温发生反应生成SiO，即Si+SiO₂=2SiO）。所以需要较大的Ar气流量从而将生成的额外SiO带离炉室，以避免SiO在温度较冷的炉壁上凝结成的小颗粒过多而掉落进入熔体，而发生断苞；（2）在扩肩时不进行降温而只降低拉速进行缓慢扩肩，可以从一定程度上避免过冷导致断苞发生的可能性，提高硅单晶的合格率；（3）因为保持过程中的拉速会随着硅单晶直径增大而降低，因此需经试验确定较为合适的保持速度；（4）同时由于硅单晶于尺寸增大，在生长界面放出的相变潜热变大，所以需要更大的纵向温度梯度保证散热。因此本发明增加了下保温筒和地盘保温层的厚度，同时减少了上保温筒的厚度，这样会使液面下的温度提高，同时液面上的温度降低，从而提高纵向温度梯度。

本发明是通过这样的技术方案实现的： 一种用于Ф8英寸<110>直拉硅单晶的制造方法，其特征在于：通过增加热系统的下保温筒和地盘保温层的厚度，同时减少了上保温筒的厚度，控制硅熔体液面下和液面上的温度，从而提高纵向温度梯度，所述方法还包括如下次序步骤：

（1）硅单晶生长过程的Ar气流量：100-150slpm；

（2）扩肩：扩肩时恒温缓慢扩肩，扩肩速度：0.1-0.2mm/min；

（3）保持：保持速度0.7-0.8mm/min；

    一种用于Ф8"<110>硅单晶制造的热系统，包括上保温筒、下保温筒、底盘保温层其特征在于：上保温筒2厚度为17±3mm；下保温筒厚度为74±3mm；底盘保温层厚度为85±3mm。

采用本发明方法进行拉制单晶，通过Ar控制气流量、扩肩速度、保持速度及改进热系统的下保温筒、地盘保温层和上保温筒的厚度，控制硅熔体液面下和液面上的温度，从而提高纵向温度梯度，使之适合直径8英寸及以上单晶的制备，本发明方法获得的Ф8"<110>单晶结构良好、位错密度低于100个/cm²，断苞率≤5%；本方法简便，可靠，提高了生产效率和产品质量，具有推广价值。 

附图说明

图1为直拉硅单晶炉热系统剖视图；

图2为硅单晶各部分尺寸图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：

图1所示直拉硅单晶炉热系统，包括：保温盖1、上保温筒2、导流筒3、大盖4、下保温筒5、底盘保温层6、排气管道7、加热器8、硅熔体9、石英坩埚10、单晶11。其中上保温筒厚度为：17±3mm，下保温筒厚度：74±3mm，底盘保温层厚度：85±3mm。

实施例的单晶炉型号为、JRDL-800型，热系统尺寸为18"石墨热系统，炉内压力100torr，Ar气流量150slpm。