[发明专利]用于单晶硅棒生产的掺杂工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种单晶硅棒生产工艺，尤其是一种采用直拉单晶制造法生产单晶硅棒的掺杂工艺。

背景技术

目前硅单晶通常采用直拉单晶制造法即CZ法进行生产，CZ法生产的具体工艺过程包括装料与熔料、熔接、细颈、放肩、转肩、等径生长和收尾几个阶段。装料与熔料阶段是CZ法的第一个阶段，这一阶段的操作往往关系到生长过程的成败，直接影响单晶的生产。

CZ法在装料与熔料阶段，通常要加入一定数量的杂质元素，这个步骤称为掺杂。CZ法工艺中，单晶硅的电阻率是决定单晶品质的一项重要因素，而单晶硅电阻率是通过掺加硼族元素来调整的，硼族元素掺加量过多会造成单晶硅的电阻率偏低；硼族元素掺加量过少则容易造成单晶硅的电阻率偏高。即使硼族元素掺加量合适，由于掺杂效率很低，只有极少的一部分硼族元素能够进入硅晶体中，大部分的硼族元素在熔体硅中呈悬浮状态，而目前的硼族元素添加工艺主要是在装料时把全部硼族元素合金加入在石英坩埚的底部，这就导致硼族元素在熔体硅中扩散不均，生产得到的单晶硅棒的头和尾部电阻率差额较大，通常由于硼族元素沉积在底部，单晶硅棒的电阻率头部高尾部低。同时电阻率差额区间较大，造成最佳电阻率范围内单晶硅棒比例少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于单晶硅棒生产的掺杂工艺，防止硼族元素沉积在熔体硅的底部，缩小电阻率差额，提高单晶硅棒的产量和质量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

用于单晶硅棒生产的掺杂工艺，包括以下步骤：

A、准备原料：称取总原料和硼族元素合金，总原料包括晶体下脚料和多晶料，其中晶体下脚料：多晶料的重量比为2:3-1:1，将总原料分为两份，其中第一份原料为全部的晶体下脚料和50-60％的多晶料，第二份原料为剩余的40-50％的多晶料；

B、首次装料：将第一份原料全部装入石英埚内，之后将石英埚放入单晶炉的主炉室内，关闭主炉室；

C、第二次装料：把第二份原料加入加料筒中，当装入第二份原料重量的三分之二到四分之三之间时，把硼族元素合金慢慢加入加料筒中，之后将剩余的第二份原料全部装入加料筒后，将加料筒吊装至单晶炉的副室；

D、加热熔化：单晶炉合炉抽空，当单晶炉内真空度达到10Pa以下后开始加热升温，当石英埚内的第一份原料全部熔化成为熔体硅后把加料筒移动到熔体硅液面上方，将加料筒中的第二份原料和硼族元素合金全部加至石英埚内；

E、待石英埚中的总原料和硼族元素合金全部熔化完成后，调整加热温度至引颈温度，调整埚位至引颈所需埚位，提高埚转速度，取出加料筒并安装籽晶，进行后续的拉晶生产。

上述用于单晶硅棒生产的掺杂工艺的进一步改进在于：所述步骤A中，第二份原料的多晶料的直径为5-25mm。

上述用于单晶硅棒生产的掺杂工艺的进一步改进在于：所述步骤C中，在加入硼族元素合金时保持硼族元素合金不与加料筒侧壁接触。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明通过改变硼族元素合金的掺加方法和掺加时间，向熔体硅中添加硼族元素合金，防止了合金在单晶生长过程中不断向埚底沉淀，控制和缩短了单晶硅棒头部和尾部之间的差距，缩小了单晶硅棒电阻率的差额区间，增加了单晶硅棒优质段的长度，提高了单晶硅棒的产量。

本发明操作简单，减少了硼族元素合金的掺加量，从而减少了晶体杂质的引入，提高了原料的洁净度，提高了产量和成品率。

加入第二份硼族元素合金时注意硼族元素合金不能与加料筒的侧壁接触，避免在后续加热过程中硼族元素合金由于高温熔化粘附在加料筒筒壁上，无法顺利加至熔体硅中。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

用于单晶硅棒生产的掺杂工艺，包括以下步骤：

A、准备原料：根据要求的电阻率进行总原料配比，总原料包含晶体下脚料和多晶料，其中，晶体下脚料：多晶料的重量比按照2:3-1:1的比例进行配比，根据合金需要量的通用计算公式计算出需要添加的硼族元素合金量，计算公式为：

硼族元素合金量＝【目标电阻率对应原子个数*总原料重量/分凝系数-(晶体下脚料重量*晶体下角料电阻率对应原子个数)】/合金浓度；

公式中的目标电阻率对应原子个数和分凝系数为常量。