[发明专利]一种籽晶的铺设方法、准单晶硅片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种籽晶的铺设方法、准单晶硅片及其制备方法。

背景技术

目前准单晶的铸造方法主要包括无籽晶引晶和有籽晶引晶法，有籽晶引晶法是先将单晶籽晶铺设在石英坩埚底部，在熔化阶段保持籽晶不完全熔化，在单晶籽晶上进行引晶生长从而得到准单晶硅锭，在铺设籽晶时一般会保证籽晶形核面的生长晶向一致，但相邻籽晶的侧边接触面的晶向通常是随机的，在引晶生长过程中容易形成小角度晶界，小角度晶界不但在生长过程中成为了位错源，造成生长过程中位错的不断增殖，而且金属杂质容易在小角度晶界处富集和沉淀诱发二次位错源，降低了准单晶的晶体质量和单晶收益率；即使籽晶之间形成了大角度晶界，由于相邻籽晶侧边接触面的晶向不一致，即籽晶侧面法向的原子堆积密度不一致，生长应力对拼接缝两侧的侧面法向产生的应变是不同的，很容易造成在晶界上产生位错源，继而在生长过程中不断增殖产生大量的位错，这也会降低单晶区域的晶体质量。因此，如何减少准单晶中位错成为目前研究的重点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种籽晶的铺设方法，通过在相邻两个目标籽晶之间的缝隙中填充异向籽晶，使位错以及位错的增殖优先产生在异向籽晶中，从而减少目标籽晶产生位错的几率；解决了现有技术中准单晶中位错较多的问题；本发明还提供了一种准单晶硅片及其制备方法，该制备方法制得的准单晶硅片的晶体质量较好。

第一方面，本发明提供了一种籽晶的铺设方法，用于铸造准单晶硅片，包括以下步骤：

提供坩埚，在所述坩埚底部铺设目标籽晶，相邻两个目标籽晶之间留有缝隙，在所述缝隙中填充一个异向籽晶，所述目标籽晶和所述异向籽晶紧密接触铺满所述坩埚底部得到籽晶层；所述异向籽晶包括分别与相邻两个目标籽晶侧面接触的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面分别与相邻目标籽晶接触的侧面构成的晶界类型一致，所述异向籽晶的生长面相对于所述目标籽晶的生长面为高指数晶面。

本发明第一方面通过在相邻两个目标籽晶之间的缝隙中填充异向籽晶，所述异向籽晶第一侧面和第二侧面与相邻的目标籽晶侧面构成的晶界类型相同，使得在生长过程中异向籽晶两端的晶界上承受的应力状态一致，同时由于异向籽晶在相同应力条件下优先产生晶格的滑移，降低目标籽晶产生位错的几率。所述异向籽晶的生长面相对于目标籽晶生长面为高指数晶面，所述异向籽晶的生长面的弹性模量较小，晶体滑移所需的临界剪切应力较小，在目标籽晶引晶及后期生长时位错优先产生于目标籽晶与异向籽晶构成的晶界的异向籽晶的一侧，抑制了位错的不断增殖，从而达到应力的释放，减少了目标籽晶的位错，最后得到的准单晶硅片中位错较少，晶体质量较好。

优选地，所述异向籽晶的生长面晶向为(111)、(112)、(221)、(210)或(310)，所述目标籽晶的生长面晶向为(100)。

优选地，所述缝隙的宽度为5～10mm。

由于缝隙的宽度较小，所述异向籽晶的填充对以目标籽晶长晶得到的准单晶的单晶收益率影响较小。

优选地，所述目标籽晶侧面的晶向均相同。

优选地，所述目标籽晶为正方形或长方形，所述目标籽晶的四个侧面晶向均相同。

优选地，所述异向籽晶的第一侧面和第二侧面的晶向相同，所述异向籽晶的第一侧面和第二侧面的晶向与所述相邻目标籽晶接触的侧面晶向不一致。所述目标籽晶和异向籽晶形成大角度晶界，这样避免小角度晶界的形成。

优选地，所述目标籽晶和异向籽晶为单晶棒经截断制得。

优选地，所述籽晶层的厚度为2cm～4cm。

第二方面，本发明提供了一种准单晶硅片的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供坩埚，在所述坩埚底部铺设目标籽晶，相邻两个目标籽晶之间留有缝隙，在所述缝隙中填充一个异向籽晶，所述目标籽晶和所述异向籽晶紧密接触铺满所述坩埚底部得到籽晶层；所述异向籽晶包括分别与相邻两个目标籽晶侧面接触的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面分别与相邻目标籽晶接触的侧面构成的晶界类型一致，所述异向籽晶的生长面相对于所述目标籽晶的生长面为高指数晶面；

(2)在所述籽晶层上填装硅料和掺杂剂，加热使所述坩埚内硅料熔化形成硅熔体，调节热场形成过冷状态，使得所述硅熔体在所述籽晶层基础上开始长晶，待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到准单晶硅锭；

(3)将所述准单晶硅锭依次经过切片和清洗制备得到所述准单晶硅片。