本發明涉(she)(she)及單(dan)晶硅制備，尤其(qi)涉(she)(she)及一(yi)種大直徑硅晶棒生長(chang)工藝(yi)。

背景技術：

1、直拉法(czochralski法)是(shi)生(sheng)長(chang)單晶硅(gui)(gui)棒(bang)(bang)或(huo)硅(gui)(gui)錠最(zui)常用的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法，在實(shi)際生(sheng)產中，為(wei)了控(kong)制(zhi)拉制(zhi)出比(bi)(bi)較完美的(de)(de)(de)晶體，一般可采(cai)用控(kong)制(zhi)長(chang)晶速率v、硅(gui)(gui)棒(bang)(bang)與硅(gui)(gui)熔(rong)體固液界面處(chu)的(de)(de)(de)溫度(du)(du)梯度(du)(du)g的(de)(de)(de)比(bi)(bi)值(zhi)在合理區間內的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法來實(shi)現。隨著半導體先進制(zhi)程(cheng)的(de)(de)(de)不斷發展，對大直徑(jing)和高(gao)質量的(de)(de)(de)單晶硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)需求(qiu)愈發旺盛。業界對于如(ru)何提高(gao)單晶硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)品(pin)質和單晶硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)直徑(jing)做了諸多(duo)努力：例(li)如(ru)可以通過增大單晶硅(gui)(gui)旋轉引起的(de)(de)(de)強制(zhi)對流的(de)(de)(de)水平(ping)方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)最(zui)大寬(kuan)度(du)(du)，可以獲得(de)間隙氧(yang)濃度(du)(du)和點(dian)缺陷密度(du)(du)分布更加均勻的(de)(de)(de)單晶硅(gui)(gui)棒(bang)(bang)。又(you)例(li)如(ru)，可以通過計算(suan)機仿(fang)真的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法優化(hua)熱場和流場，提升熱場的(de)(de)(de)利(li)用率等(deng)。

2、但(dan)是研(yan)究中(zhong)發現，在生長大(da)(da)直(zhi)徑(jing)的(de)(de)單(dan)(dan)晶硅(gui)時，即使控(kong)制(zhi)(zhi)v/g在合理區間，在相(xiang)(xiang)同直(zhi)徑(jing)的(de)(de)坩(gan)(gan)堝中(zhong)，單(dan)(dan)晶的(de)(de)成功(gong)率也會隨(sui)著(zhu)直(zhi)徑(jing)的(de)(de)增長而(er)不(bu)斷下降。這(zhe)是因(yin)為(wei)生長的(de)(de)單(dan)(dan)晶硅(gui)直(zhi)徑(jing)越大(da)(da)，坩(gan)(gan)堝內(nei)硅(gui)熔(rong)(rong)體的(de)(de)表(biao)面越小，單(dan)(dan)晶硅(gui)生長的(de)(de)固液界面距(ju)離坩(gan)(gan)堝內(nei)壁越近，即硅(gui)熔(rong)(rong)體表(biao)面中(zhong)單(dan)(dan)晶面積(ji)的(de)(de)比例(li)過大(da)(da)。為(wei)了(le)不(bu)讓(rang)硅(gui)熔(rong)(rong)體表(biao)面中(zhong)單(dan)(dan)晶面積(ji)的(de)(de)比例(li)過大(da)(da)而(er)導致(zhi)單(dan)(dan)晶的(de)(de)成功(gong)率過分降低(di)，可以采用更大(da)(da)直(zhi)徑(jing)的(de)(de)坩(gan)(gan)堝以及與之配(pei)套的(de)(de)更大(da)(da)直(zhi)徑(jing)的(de)(de)單(dan)(dan)晶生長爐等配(pei)套裝(zhuang)置來生長大(da)(da)直(zhi)徑(jing)單(dan)(dan)晶硅(gui)。但(dan)是顯(xian)然這(zhe)會大(da)(da)幅增加單(dan)(dan)晶硅(gui)棒(bang)的(de)(de)生產成本，降低(di)了(le)企業的(de)(de)競爭力(li)。因(yin)此，就必(bi)須研(yan)制(zhi)(zhi)出(chu)一種(zhong)高(gao)(gao)質(zhi)量高(gao)(gao)成功(gong)率的(de)(de)大(da)(da)直(zhi)徑(jing)硅(gui)晶棒(bang)生長工藝，經檢索，未發現與本發明相(xiang)(xiang)同的(de)(de)技術方(fang)案。

技術實現思路

1、本(ben)發(fa)明主(zhu)要解決(jue)的技(ji)術(shu)問題是提供(gong)一種高質量高成功率的大直徑(jing)硅晶棒(bang)生長工藝，解決(jue)上述現有技(ji)術(shu)問題中的一個(ge)或(huo)者多個(ge)。

2、為解決上述技(ji)術問題(ti)，本發明采用(yong)的(de)(de)(de)(de)一(yi)個技(ji)術方案是：一(yi)種大(da)(da)直徑硅晶(jing)(jing)(jing)棒生長(chang)工藝，包括通過(guo)直拉(la)法生長(chang)單晶(jing)(jing)(jing)硅晶(jing)(jing)(jing)棒，其創新(xin)點在(zai)于：其中(zhong)在(zai)生長(chang)單晶(jing)(jing)(jing)硅的(de)(de)(de)(de)放肩階段，將硅溶液的(de)(de)(de)(de)溫度(du)逐步降(jiang)至1450℃-1550℃，坩堝的(de)(de)(de)(de)溫度(du)逐步降(jiang)至1400℃-1500℃，然后(hou)保(bao)持溫度(du)；逐步降(jiang)溫的(de)(de)(de)(de)同(tong)時(shi)將籽晶(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)拉(la)速逐步降(jiang)低至30mm/h-35.8mm/h內波動，使得硅單晶(jing)(jing)(jing)晶(jing)(jing)(jing)棒的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)直徑漸(jian)(jian)漸(jian)(jian)增大(da)(da)所需大(da)(da)小；

3、其中(zhong)(zhong)在(zai)生長單(dan)晶硅(gui)的等徑階段，保持放肩階段的末(mo)段拉速，通入氬氣；保持硅(gui)單(dan)晶的晶棒(bang)與(yu)坩(gan)堝以相反的方向進行(xing)旋(xuan)轉，硅(gui)單(dan)晶的晶棒(bang)與(yu)坩(gan)堝的旋(xuan)轉會在(zai)坩(gan)堝內的硅(gui)溶液內形成對流旋(xuan)渦，其對流旋(xuan)渦的最大(da)橫截面的半徑為r，硅(gui)溶液的液面表面積為s0，其中(zhong)(zhong)πr2/s0＜0.75。

4、在一(yi)些實(shi)施方式中，硅單晶的晶棒的直徑為(wei)298mm-302mm。

5、在一些實施方式中，氬氣的流量(liang)為50pm-600pm。

6、在(zai)一些(xie)實施方式中，硅(gui)單晶晶棒的轉速為3rpm-6rpm。

7、在一(yi)些(xie)實施(shi)方式中，坩堝的轉(zhuan)速為0.5rpm-1rpm。

8、在一些實施方式(shi)中，硅單晶晶棒在等徑階(jie)段的直徑小于坩堝的最大直徑的一半。

9、本(ben)發明的(de)(de)(de)有(you)益效果是：本(ben)技術方案首(shou)先通過對(dui)坩(gan)(gan)堝(guo)側(ce)壁(bi)的(de)(de)(de)進(jin)行溫度(du)(du)的(de)(de)(de)精準控制，使(shi)得坩(gan)(gan)堝(guo)側(ce)壁(bi)的(de)(de)(de)溫度(du)(du)低于(yu)硅(gui)溶(rong)液的(de)(de)(de)溫度(du)(du)，其(qi)溫度(du)(du)差在(zai)50-100℃，這樣(yang)就可(ke)以降低硅(gui)溶(rong)液內的(de)(de)(de)硅(gui)元素在(zai)坩(gan)(gan)堝(guo)側(ce)壁(bi)附(fu)近(jin)的(de)(de)(de)活性(xing)，同時會(hui)引(yin)起單(dan)晶(jing)生長不良的(de)(de)(de)因(yin)子則會(hui)聚(ju)集在(zai)坩(gan)(gan)堝(guo)側(ce)壁(bi)附(fu)近(jin)，從而使(shi)得大(da)直(zhi)徑單(dan)晶(jing)硅(gui)晶(jing)棒的(de)(de)(de)生長的(de)(de)(de)成功(gong)率和品質均得到提高(gao)(gao)；另外(wai)控制晶(jing)棒和坩(gan)(gan)堝(guo)的(de)(de)(de)旋轉(zhuan)使(shi)得硅(gui)溶(rong)液形成強制對(dui)流，從而將硅(gui)元素的(de)(de)(de)活性(xing)區域(yu)(yu)控制在(zai)強制對(dui)流區域(yu)(yu)，進(jin)一步縮減不良因(yin)子的(de)(de)(de)對(dui)單(dan)晶(jing)生長的(de)(de)(de)影(ying)響，進(jin)一步提高(gao)(gao)了大(da)直(zhi)徑單(dan)晶(jing)硅(gui)晶(jing)棒的(de)(de)(de)生長的(de)(de)(de)成功(gong)率和品質均得到提高(gao)(gao)。

技術特征：

1.一(yi)種大(da)直徑硅(gui)(gui)晶棒(bang)生(sheng)長工藝，包(bao)括通過(guo)直拉(la)法生(sheng)長單晶硅(gui)(gui)晶棒(bang)，其特(te)征在(zai)于：其中在(zai)生(sheng)長單晶硅(gui)(gui)的(de)(de)放肩階段，將(jiang)(jiang)硅(gui)(gui)溶液(ye)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)逐(zhu)步(bu)(bu)降至(zhi)1450℃-1550℃，坩堝(guo)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)逐(zhu)步(bu)(bu)降至(zhi)1400℃-1500℃，然后保持(chi)溫(wen)(wen)度(du)；逐(zhu)步(bu)(bu)降溫(wen)(wen)的(de)(de)同(tong)時(shi)將(jiang)(jiang)籽晶的(de)(de)拉(la)速(su)逐(zhu)步(bu)(bu)降低至(zhi)30mm/h-35.8mm/h內波動，使(shi)得硅(gui)(gui)單晶晶棒(bang)的(de)(de)的(de)(de)直徑漸漸增(zeng)大(da)所需大(da)小；

2.根(gen)據(ju)權利要求1所(suo)述(shu)的一(yi)種大直徑(jing)硅晶棒生長工(gong)藝(yi)，其(qi)特征在于(yu)：所(suo)述(shu)硅單晶的晶棒的直徑(jing)為(wei)298mm-302mm。

3.根據(ju)權利(li)要求1所述(shu)的一(yi)種大(da)直(zhi)徑(jing)硅晶棒生長工藝(yi)，其特(te)征在于(yu)：所述(shu)氬氣的流量(liang)為50pm-600pm。

4.根據權利要(yao)求(qiu)1所述的一(yi)種大直徑硅晶(jing)棒生(sheng)長工藝(yi)，其特征在于：所述硅單晶(jing)晶(jing)棒的轉速(su)為3rpm-6rpm。

5.根據(ju)權(quan)利要求1所述的(de)一(yi)種大直徑(jing)硅晶棒生長(chang)工藝，其特征在(zai)于(yu)：所述坩(gan)堝的(de)轉速為0.5rpm-1rpm。

6.根(gen)據權利要求1所述的一(yi)種大(da)直徑(jing)(jing)硅晶(jing)棒生(sheng)長(chang)工藝(yi)，其(qi)特征在于(yu)(yu)：所述硅單晶(jing)晶(jing)棒在等徑(jing)(jing)階(jie)段的直徑(jing)(jing)小于(yu)(yu)坩堝(guo)的最(zui)大(da)直徑(jing)(jing)的一(yi)半。

技術總結
本發明公開一種大直徑硅晶棒生長工藝，包括通過直拉法生長單晶硅晶棒，其中在生長單晶硅的放肩階段，將硅溶液的溫度逐步降至1450℃?1550℃，坩堝的溫度逐步降至1400℃?1500℃，然后保持溫度；逐步降溫的同時將籽晶的拉速逐步降低至30mm/h?35.8mm/h內波動，使得硅單晶晶棒的的直徑漸漸增大所需大小；其中在生長單晶硅的等徑階段，保持放肩階段的末段拉速。本發明的有益效果是：本技術方案首先通過對坩堝側壁的進行溫度的精準控制，使得坩堝側壁的溫度低于硅溶液的溫度，其溫度差在50?100℃，這樣就可以降低硅溶液內的硅元素在坩堝側壁附近的活性，同時會引起單晶生長不良的因子則會聚集在坩堝側壁附近，從而使得大直徑單晶硅晶棒的生長的成功率和品質均得到提高。

技術研發人員：蔡磊,仝省博,袁森峰,張新峰
受保護的技術使用者：江蘇卓遠半導體有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/9