[发明专利]一种籽晶的铺设方法、类单晶硅锭的制备方法和类单晶硅片

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种籽晶的铺设方法、类单晶硅锭的 制备方法和类单晶硅片。

背景技术

目前，目前类单晶的铸造方法主要有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类单晶硅锭，图1为传统的籽晶铺设示意图， 图2为按照图1的籽晶铺设方式制得的类单晶硅锭少子寿命测试图，图3为按照图1 的籽晶铺设方式制得的类单晶硅锭的光致发光PL图。从图1-3中可知，将一定数 量和一定尺寸的籽晶铺设在坩埚底部，这些籽晶2之间会存在或大或小的缝隙1， 在硅料熔化过程中，类单晶籽晶容易被炉内的杂质气氛污染，特别是籽晶之间的 缝隙，容易富集大量杂质，杂质产生杂质应力，同时也会造成晶体错排，产生位 错，造成引晶生长时，位错繁殖，晶体中位错3容易呈现发散式生长，引起类单 晶的性能下降。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种籽晶的铺设方法。本发明在相邻两个籽 晶之间的缝隙中填充有导热系数小于籽晶导热系数的低导热材料，在长晶过程中， 籽晶处的晶体生长速度大于缝隙处的多晶生长速度，从而抑制了缝隙处多晶的生 长，同时也减少籽晶缝隙中的位错。

本发明第一方面提供了一种籽晶的铺设方法，用于铸造类单晶，包括以下步 骤：

提供坩埚，在所述坩埚底部铺设籽晶，相邻两个所述籽晶之间留有缝隙，在 所述缝隙中填充导热系数小于所述籽晶导热系数的低导热材料；所述低导热材料 和所述籽晶紧密接触铺满所述坩埚底部得到籽晶层。

优选地，所述低导热材料的导热系数小于0.2W/(m·K)。

更优选地，所述低导热材料为细碎硅料或石英陶瓷。

优选地，所述细碎硅料为碎片状或颗粒状，所述细碎硅料的粒径大小为 0.2-5mm。

优选地，所述缝隙的宽度为3-15mm。

优选地，在铺设所述籽晶之前，先在所述坩埚底部铺设一层或多层非籽晶层， 所述非籽晶层的铺设方法为：在所述坩埚底部铺设硅块，相邻两个所述硅块之间 留有缝隙，在所述缝隙中填充所述低导热材料；所述低导热材料和所述硅块紧密 接触铺满所述坩埚底部得到非籽晶层，然后再在所述非籽晶层上铺设所述籽晶 层，所述硅块之间的缝隙与所述籽晶之间的缝隙在垂直于所述坩埚底部方向上的 位置相同或相近。

优选地，所述坩埚底部设有承载所述坩埚的石墨散热板，所述石墨散热板上 对应所述籽晶之间缝隙的位置设有凹槽，所述凹槽中填充有保温材料。

更优选地，所述凹槽的宽度大于所述籽晶之间的缝隙宽度。

本发明第一方面提供的籽晶的铺设方法，通过在相邻两个所述籽晶之间的缝 隙中填充有导热系数小于所述籽晶导热系数的低导热材料，在引晶过程中，长晶 最开始阶段，单晶籽晶上方的硅熔体形成单晶，籽晶缝隙上方的硅熔体在低导热 材料上形核，如低导热材料为有孔状多晶碎料，形核成细小多晶，或为高纯石英 陶瓷表面涂有高纯氮化硅，属于异质形核，形成晶粒大的多晶，最终在低导热材 料上得到的都是多晶。由于在籽晶缝隙引入了多晶，这样就避免了杂质或者硅熔 体进入籽晶缝隙，避免了杂质或硅熔体进入籽晶缝隙会产生杂质应力或生长应力， 减少了籽晶缝隙中位错的产生。另外，在长晶过程中，籽晶缝隙处散热较慢，籽 晶处的晶体生长速度大于缝隙处的晶体生长速度，从而抑制了缝隙处多晶的生长， 最终该缝隙处的多晶被单晶挤掉，形成单晶晶界。

本发明第二方面提供了一种类单晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供坩埚，在所述坩埚底部铺设籽晶，相邻两个所述籽晶之间留有缝 隙，在所述缝隙中填充导热系数小于所述籽晶导热系数的低导热材料；所述低导 热材料和所述籽晶紧密接触铺满所述坩埚底部得到籽晶层；

(2)在所述籽晶层上方填装硅料，加热使所述硅料熔化形成硅熔体，待所 述硅料完全熔化后形成的固液界面刚好处在或深入所述籽晶层时，调节热场形成 过冷状态，使所述硅熔体在所述籽晶层基础上开始长晶；

(3)待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到类单晶硅锭。

本发明第二方面提供的一种类单晶硅锭的制备方法，通过在相邻两个所述籽 晶之间的缝隙中填充有导热系数小于所述籽晶导热系数的低导热材料，制得的类 单晶硅锭单晶率较高，位错较少。