[发明专利]一种提高直拉硅单晶电阻率均匀性的行波磁场法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直拉硅单晶的生产方法，特别涉及一种提高直拉硅单晶电阻率均匀性的行波磁场法 。

背景技术

在直拉重掺硅单晶的生产过程中，由于需要掺入大量的掺杂剂，所以硅熔体中掺杂剂浓度较高。这些掺杂剂有向下沉积的现象，这回导致硅单晶头尾电阻率相差更大，进而加剧径向电阻率均匀性的恶化。

现有的提高直拉重掺硅单晶径向电阻率均匀性的方法，主要有降压拉晶法（专利申请号：201110084578.6），通过逐渐降低拉晶时的炉压来加强掺杂剂的挥发，从而使硅熔体中掺杂剂浓度尽可能均匀。但在拉晶过程中随着单晶生长，硅熔体中掺杂剂的浓度仍然会不断增加，该方法并不能消除掺杂剂向下沉积的问题。考虑要保证固液界面的稳定性，增加晶体旋转速度和坩埚旋转速度的幅度有限，所以对硅熔体对流的加强并不能满足要求。

行波磁场在钢铁、有色金属行业应用的目的在于形成强烈的对流，金属熔体的流动要快速才能将枝状晶打碎，形成等轴晶粒，从而获得良好的机械性能。而本发明中，行波磁场的作用在于形成硅熔体良好流动方式，并促进硅熔体的对流从而得到较好的搅拌效果，提高掺杂剂分布的均匀性。因而需要对行波磁场各项参数对熔体流动形式、流动强度的影响进行试验和研究。

发明内容

本发明的目的，就在于提供一种促进硅熔体对流、防止掺杂剂向下沉积的方法，进而提高径向电阻率均匀性。

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种提高直拉硅单晶电阻率均匀性的行波磁场法，其特征在于，通过在单晶炉外部安装行波磁场发生器，在拉晶过程中向硅熔体施加行波磁场；

所述行波磁场发生器采用圆筒型发生器，圆筒型发生器产生的圆筒型行波磁场使硅熔体的对流具有轴对称性，行波磁场N极和S极的间距为1～50cm，磁场的最大强度为400～800Gauss，磁场速度为1～4cm/s；通过磁场作用，促进同一水平高度的硅熔体对流，稳定硅熔体对流形状和强度，通过调整对流路径和增加对流强度，最终使掺杂剂在硅熔体中的分布更佳均匀，有效提高掺杂剂的均匀性，所述的掺杂剂，可以是硼、磷、砷或锑，旋转磁场主要所述方法包括如下步骤：

a)      通过在单晶炉外部安装行波磁场发生器，在拉晶过程中向硅熔体施加行波磁场；

b)      将石英坩埚放入石墨坩埚中，多晶硅物料装入石英坩埚内，换好要求的籽晶，关闭炉体，抽真空后加热升温将多晶硅全部熔化，之后将掺杂剂装入掺杂罩内，下降掺杂罩至硅熔体上方，高温使固态As转变为液态或气态而掺入硅熔体中；

c)      将掺杂剂掺入硅熔体后，开启行波磁场，促进硅熔体的对流防止高浓度掺杂剂的向下沉积，使掺杂剂的分布更佳均匀，调整埚转为2r/min、晶转为8r/min；

d)      降籽晶至熔体液面处充分接触并缓慢降低温度，当隐约看见苞时说明温度适当，这时调整夹头拉速在6mm/min到7.6mm/min之间进行引晶，直径保持在6±0.3mm，同时引晶为“葫芦状”以排出边缘的位错，

e)      降低夹头拉速至0.1-0.2mm/min进行缓慢扩肩，当肩部直径增大到190mm左右时，肩部高度大约为350-450mm，此时提高拉至2mm/min进行转肩，完成转肩后，以2mm/min的拉速使晶体等径生长，同时设定埚跟比为1：0.2，稳定20mm后转为自动控制；

f)      最后在剩余硅熔体不多时升温3℃同时保持拉速不变进行收尾，尾部收尖且长度≥180mm，最后形成倒圆锥状的尾部以留出足够的反位错余量，关闭行波磁场，等晶体冷却后即可将晶体取出； 

根据上述步骤制备获得的直拉重掺硅单晶的径向电阻率均匀性达到RRV＜10%。

本发明的有益效果是：采用本发明，可以有效促进硅熔体的对流，抑制高浓度掺杂剂的向下沉积问题，提高直拉重掺硅单晶的径向电阻率均匀性。

附图说明

图1、为行波磁场发生器安装示意图；

图中：1.行波磁场发生器，2.磁场发生器支架。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中采用KAYEX-150型直拉单晶炉，拉制电阻率为0.002ohm·cm、直径为200mm的重掺As硅单晶。