[发明专利]一种提高区熔硅单晶径向电阻率均匀性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种区熔硅单晶的生产方法，特别涉及一种提高区熔硅单晶径向电阻率均匀性的方法。

背景技术

采用气掺法生产区熔硅单晶，其成本要远低于NTD法生产的硅单晶，但是其径向电阻率均匀性也比NTD区熔硅单晶要差，区熔硅单晶径向电阻率均匀性差主要是因为气掺过程中掺杂剂通过硅熔体的表面进入硅熔体中，所以硅熔体表面浓度较高，内部浓度较低，因而导致掺杂剂在硅熔体中的分布较不均匀。目前提高均匀性的方法，主要是通过增强硅熔体的对流来达到的，如下轴正反转法、上轴偏心拉晶法以及优化上转、下转之间比例等方法，但对均匀性的提高仍不理想。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种提高区熔气掺硅单晶径向电阻率均匀性的方法。众所周知，磁场是一种控制导电流体流动的有效方法，常用来控制熔体对流，进而达到控制单晶品质的目的。目前磁场在区熔硅单晶生产上的应用，主要采用恒定的磁场来抑制熔体的对流，进而防止硅熔体有过大的波动而断苞，由于下轴正反转等方法靠机械运动的带动，进而加强硅熔体的对流，是一种机械搅拌作用，机械搅拌强度太高时，会引起硅熔体表面的剧烈震动进而导致硅熔体断苞。本发明在硅熔体上施加旋转磁场，旋转磁场对硅熔体的电磁搅拌作用可以有效促进硅熔体内部的对流，但不会引起硅熔体表面的剧烈震动，因而起到了很好的搅拌作用但不会导致断苞，旋转磁场的频率不宜过高，过高会引起硅熔体的剧烈震动不利于成晶，当电磁场频率过高时其穿透能力下降而加热能力提高、搅拌能力下降；但频率也不宜过小，否则会搅拌不充分，这是因为旋转磁场和感应加热线圈所产生高频电磁场是互不影响的。高频的电磁场只有加热作用而没有搅拌作用，其穿透能力较弱，加热作用只是集中在硅表面。而旋转磁场由于频率较低，只具有搅拌作用，且穿透能力较强，其搅拌作用的区域是感应加热高频磁场穿透不到的硅熔体内部。具体技术方案是：一种提高区熔硅单晶径向电阻率均匀性的方法，其特征在于：还包括有旋转磁场发生器和支架，旋转磁场发生器通过支架固定在区熔炉炉室的炉壁内，旋转磁场发生器内壁距离硅单晶表面1～30cm；方法步骤为

⑴、将卡盘安装在多晶料棒头部并用扳手拧紧，将卡盘安装在上轴低端，调整多晶料棒使之呈竖直状态，安装加热线圈和保温筒并用水平仪进行水平调整，关闭炉门抽空，之后充入Ar气使炉压达到4bar；

⑵、下降多晶料棒，缓慢增加功率进行加热，待多晶料棒下端出现熔体后，上升籽晶与熔体接触进行过热引晶；

⑶、引晶完毕后，开启下速进行拉细颈，达到设定细颈长度时降低下速进行扩肩，此时开始通入掺杂气体，并开启旋转磁场发生器，旋转磁场的频率为1～19Hz，强度为600～1300Gauss；

⑷、当扩肩直径达到设定值时，降低下轴速度开始等径生长；

⑸、等径生长完成后收尾停炉，关闭旋转磁场发生器并取出硅单晶。

本发明的技术特点是可有效加强硅熔体内部的对流，进而提高区熔硅单晶径向电阻率均匀性。

附图说明

图1为旋转磁场发生器安装示意图。

具体实施方式

本实施方式中采用FZ30型区熔炉，区熔气掺硅单晶的直径为153mm，旋转磁场发生器3通过支架5固定在区熔炉炉室的炉壁4内、距离硅单晶表面10cm处，旋转磁场频率为5Hz，强度为800Gauss。

首先将炉门打开，用纤维纸将熔炉炉室的炉壁4、上炉室、上轴、加热线圈1和保温筒2等部分擦拭一遍，将卡盘安装在多晶料棒6头部并用扳手拧紧，将卡盘安装在上轴低端，调整多晶料棒6使之呈竖直状态；安装加热线圈1和保温筒2并用水平仪进行水平调整，用专门的对中工具进行线圈1的对中，之后将石墨环伸出，下降多晶料棒6使之位于石墨环上方约3mm；抽空，充入Ar气使炉压达到4bar，之后缓慢增加功率进行预热，预热时间为30分钟；之后向上升起硅单晶8使石墨环能够收回初始位置时将石墨环退出，下降多晶料棒6进行加热，待多晶料棒6下端出现熔区7后，上升籽晶与熔区接触进行过热引晶；引晶完毕后，开启下速进行拉细颈，细颈直径Φ2～3mm，长度为150mm；降低下速进行扩肩，此时开始通入掺杂气体，并开启旋转磁场发生器3，设定旋转磁场的频率为5Hz，当扩肩直径达到设定值时，降低下轴速度开始等径生长，生长完成后收尾停炉，关闭旋转磁场发生器3并取出硅单晶8。