[发明专利]直径转变的直拉单晶硅生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及CZ直拉单晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种直径转变的直拉单晶硅生长方法。

背景技术

单晶硅作为一种半导体材料，主要用于光伏和半导体领域。大部分的半导体单晶硅采用CZ（Czochralski）直拉法制造。

在直拉法制造单晶硅过程中，硅晶体在生长室内生长，生长室包括不锈钢筒、保温内筒、保温外筒、石墨加热器、石英坩埚以及石墨坩埚等，生长室内以惰性气体氩气作为保护气体，一般将高纯度的多晶硅装入石英坩埚内，加热熔化，然后将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，经过引晶、放肩、转肩、等径和收尾过程，最终完成无位错晶体的生长。

在半导体单晶硅生产中常加入一定量的掺杂剂以满足对其电性能的要求，常见的掺杂剂有：硼、磷、砷和锑。由于掺杂剂在单晶硅生长的固液界面存在分凝现象，且它们在硅中的平衡分凝系数k₀=C_S/C_L＜1（C_S为掺杂剂在固相中的浓度，C_L为掺杂剂在液相中的浓度），即掺杂剂在固相中的溶解度小于其在液相中的溶解度，所以在晶体生长的固液界面处会析出一部分固相中的掺杂剂，这些掺杂剂经由扩散进入到硅熔体中。硅熔体中的掺杂剂浓度会随着晶体的生长而越来越高，晶棒越靠后，其掺杂剂浓度越高，电阻率就越低，造成单晶轴向电阻率的不均匀性，尤其是分凝系数小的掺杂剂（如磷或砷），其单晶轴向电阻率均匀性要更差。

出于对半导体功率器件用途与电学性能的考虑，半导体器件厂商对不同尺寸硅片的电阻率有着不同的要求。受掺杂剂特性以及单晶生长工艺条件的限制，半导体单晶硅的轴向电阻率存在不均匀性，如果客户对于电阻率要求范围较窄，一根单一尺寸的晶棒尾部就会有部分电阻率脱档，仅有少部分单晶能够满足客户要求，从而造成不合格晶锭库存增多甚至浪费，生产成本大幅上升。如果采用多根单晶拉制，要多次循环进行稳温、引晶、放肩、转肩、等径、收尾、冷却等过程，不仅增加了生产时间，降低了生产效率，而且成晶率（合格单晶重量与投料重量之比）也有所降低，生产成本也大幅上升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种将电阻率不对档部分的单晶直径转变为电阻率需求范围较宽的单晶直径的直径转变的直拉单晶硅生长方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种直径转变的直拉单晶硅生长方法，包括如下步骤：

A、根据晶棒从头至尾轴向电阻率分布情况以及不同尺寸硅片的电阻率需求情况，设定需要转变的单晶直径大小以及一个开始直径转变的单晶等径长度L；

B、进行正常的直拉单晶硅生产，包括熔料、稳温、引晶、放肩以及转肩步骤；

C、根据步骤A设定的直径转变大小和直径转变长度，进行第一个等径生长步骤，当第一个等径生长步骤的单晶等径生长至指定长度L时，开始进行直径转变；

D、单晶硅的直径转变为需要的直径后，再进行下一个等径生长步骤；

E、单晶硅棒的长度达到生产要求后进行收尾过程。

作为对本发明的直径转变的直拉单晶硅生长方法的改进：所述的单晶直径转变大小为3英寸~8英寸，直径转变长度L为100~800mm。

作为对本发明的直径转变的直拉单晶硅生长方法的进一步改进：不同直径单晶等径生长过程中采用的工艺中，拉速为0.1~2.5mm/min，晶转为1~30rpm，埚转为1~15rpm，氩气流量为10~100slpm，炉内压力为1~50torr。

作为对本发明的直径转变的直拉单晶硅生长方法的进一步改进：进行大直径至小直径的转变时，将拉速升高为原拉速的110%~150%，保持温度不变，保持单晶纵截面斜边与中轴成一定的角度α，角度α的取值范围为0﹤α≦45°；将单晶直径均匀的缩小，以0.01~0.1∕hr逐渐调小埚跟比，降低坩埚上升速率，以保持液面位置不变；待单晶直径缩小至目标直径后，将单晶生长工艺切换至相应尺寸单晶工艺，投入等径步骤，调节拉速维持晶体等直径生长；相对稳定后打开自动等径控制程序，进入自动等径控制阶段。

作为对本发明的直径转变的直拉单晶硅生长方法的进一步改进：所述的单晶纵截面斜边与中轴的角度α取值范围为0﹤α≦15°。