[发明专利]单晶硅制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及单晶硅制造工艺，更具体地说，本发明涉及一种通过直拉法（Czochralski法）制造单晶硅的工艺。

背景技术

单晶硅属于立方晶系，金刚石结构，是一种性能优良的半导体材料，广泛应用于红外光谱频率光学元件、红外及．r射线探测器、集成电路、太阳能电池等。现在最广泛的单晶硅制造工艺是采用直拉法（Czochralski法）制造单晶硅，与其他制造工艺相比，在制造成本与单晶硅的性能方面有一定的优势，但现有通过直拉法（Czochralski法）制造单晶硅的工艺存在着不足，所制造的单晶硅质量不稳定，产品的一致性差。

杂质的措施。

发明内容

本发明的目的是克服现有通过直拉法（Czochralski法）制造单晶硅工艺的缺点，提供一种能稳定地制造高质量单晶硅的单晶硅制造工艺。

本发明通过下述技术方案实现技术目标。

单晶硅制造工艺，是一种通过直拉法（Czochralski法）制造单晶硅的工艺，其改进之处在于：所述方法包括以下步骤：

（1）多晶硅的装料和熔化：

a)将高纯多晶硅料粉碎，并在硝酸和氢氟酸的混合溶液中清洗外表面，除去可能的金属杂质；

b)将粉碎后的高纯多晶硅料放入高纯的石英坩埚内；

c)将石英坩埚放入单晶炉中的石墨坩埚中；

d)将单晶炉抽真空，再充入保护气，最后加热升温，加热温度超过硅材料的熔点1412℃，使硅材料充分熔化；

（2）引晶：

a)选用已经精确定向的单晶作为籽晶，所述单晶可以是长方形或圆柱形，直径为8mm，长为120mm，籽晶截面的法线方向为直拉单晶硅晶体的生长方向，为<111>或<100>方向；

b)对籽晶进行化学抛光；

c)多晶硅溶化后，对熔硅进行保温至熔硅的温度和流动达到稳定；

d)将方形<100>方向的单晶籽晶固定在籽晶轴上，并和籽晶轴一起旋转；

e)将籽晶缓缓下降，距液面10mm处暂停片刻，待籽晶温度接近熔硅温度时，将籽晶轻轻浸入熔硅，使头部首先少量溶解，然后和熔硅形成一个固液界面；

f)将籽晶逐步上升，与籽晶相连并离开固液界面的硅温度降低，形成单晶硅；

（3）缩颈：快速向上提拉籽晶，使新结晶的单晶硅的直径达到3mm，长度约为此时晶体直径的6～10倍，旋转速度为2～10rpm；所述石英坩埚沿晶体相反方向旋转，晶体的旋转速度比石英坩埚快1～3倍；

（4）放肩：将晶体控制到所需的目标直径；

（5）等径生长：所述石英坩埚和晶体相互反方向旋转，晶体的旋转速度为2.5～20rpm，石英坩埚的旋转速度为-1.25～-10rpm；根据熔体和单晶炉的状况，控制晶体等径生产所需长度；

（6）收尾：晶体直径逐渐缩小，离开熔体；

（7）降温：降低温度，逐渐冷却温度。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤（2）的a)中籽晶截面的法线方向为<100>方向。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤（5）的晶体的旋转速度为10rpm，石英坩埚的旋转速度为-5rpm。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、         所制造单晶硅质量好，碳含量、氧含量等主要性能指标优于市场同类产品。

2、         能稳定地制造高质量单晶硅，产品一致性好，产品合格高，制造成本低。

具体实施方式

    下面结合实施例对本发明作进一步说明。

单晶硅制造工艺，包括以下步骤：

（1）多晶硅的装料和熔化：

a)将高纯多晶硅料粉碎，并在硝酸和氢氟酸的混合溶液中清洗外表面，除去可能的金属杂质；

b)将粉碎后的高纯多晶硅料放入高纯的石英坩埚内；

c)将石英坩埚放入单晶炉中的石墨坩埚中；

d)将单晶炉抽真空，再充入保护气，最后加热升温，加热温度超过硅材料的熔点1412℃，使硅材料充分熔化；

（2）引晶：

a)选用已经精确定向的单晶作为籽晶，所述单晶可以是长方形或圆柱形，直径为8mm，长为120mm，籽晶截面的法线方向为直拉单晶硅晶体的生长方向，为<111>或<100>方向，优选技术方案：籽晶截面的法线方向为<100>方向；

b)对籽晶进行化学抛光；