CN102358951A - 一种生产φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***及工艺 - Google Patents

一种生产φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***及工艺。热***包括线圈和保温筒，线圈上表面为倾斜多台阶线圈，线圈外径为Φ350±50mm，内径为Φ50±2mm，厚度为30±2mm。保温筒直径为Φ350±50mm，高度为100±20mm。线圈与保温筒的距离为100±50mm。其工艺为：在扩肩过程中向炉室内通入掺杂气体，下轴转速为7～10rpm，扩肩角度为40°±2°；在等径生长过程中，下轴下降速度约为3～4mm/min，下轴转速为3～5rpm，线圈发生器功率为其额定功率的60%～70%。通过采用新设计的热***及调整了工艺参数，可以成功拉制出Φ6英寸区熔气掺硅单晶，解决了大直径区熔气掺硅单晶在生产过程容易产生位错断苞及“出刺”问题，从而满足市场对大直径硅单晶的需求。

Description

一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***及工艺
技术领域
本发明涉及硅单晶的生产方法，特别涉及一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***及工艺。
背景技术
半导体器件厂家出于提高生产率、降低成本、增加利润等方面的考虑，都逐步要求增大硅片的直径，大直径化是半导体器件行业和材料行业的永恒课题。但是在区熔硅单晶的生产过程中，随着单晶直径的增大，其成晶也越来越困难。
拉制区熔直径单晶，由于单晶中心处散热较慢，边缘散热较快，所以单晶固液界面为下凹的碗状。单晶边缘先于中心凝固，当中心处凝固时体积膨胀，会产内部应力。一旦应力大于硅单晶的弹性极限，则会产生位错断苞。在拉制大直径硅单晶时问题尤为突出，由于直径较大，单晶内外散热速度差别更大，中心凝固结晶时产生的应力也更大，更容易产生位错断苞。单晶在生长过程中，一旦碰到杂质颗粒，很容易产生新的晶核而变成多晶。对单晶进行掺杂，即为向单晶晶格内部引入杂质原子，增加了断苞的风险。要成功拉制大直径掺杂单晶，对热场提出了更高要求。
现有技术下的区熔硅单晶的最大尺寸为Φ5英寸或Φ6英寸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***及工艺。
为达到以上目的，需对热***进行调整，使单晶内部和外部的凝固更为同步，以降低应力导致断苞的概率。
增加保温筒的高度至100mm左右，直径增加至350±50mm，与线圈间距离降低至100±50mm，增强了其保温效果，可以减缓单晶外部的冷却速率，从而使单晶内外凝固结晶较为同步，降低产生的热应力。
等径过程中，降低下轴转速至3~5rpm；扩肩过程中，降低下轴转速至7~10rpm。两者都可以降低单晶与周围气氛的相对运动，也可以减缓单晶外部的冷却速率，从而使单晶内外凝固结晶较为同步，降低产生的热应力。
扩肩时选择缓慢扩肩，使扩肩角度为40°±2°，也可以使单晶内部和边缘的凝固结晶较为同步，降低热应力产生的概率。
由于单晶冷却速率降低了，所以对硅单晶相变潜热的释放能力也降低了，需要适当降低下轴的下降速度，经多次试验，下降速度降至3~4mm/min较为适宜。
单晶直径尺寸增加，单位时间需要的硅熔体供应也相应增加，那么需要增加线圈发生器的功率以熔化更多的多晶硅。通过试验，线圈发生器功率为其额定功率的60%~70%可以满足生产的要求。
选择外径为Φ350±50mm，内径为Φ50±2mm，厚度为30±2mm，上表面为上表面为倾斜多台阶线圈，则可以使电磁场的分布以及对多晶料棒的加热更加均匀，防止“出刺”问题。
本发明所采取的技术方案是：一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***，包括线圈和保温筒，其特征在于：所述线圈上表面为倾斜多台阶线圈，线圈外径为Φ350±50mm，内径为Φ50±2mm，厚度为30±2mm。
所述保温筒直径为Φ350±50mm，高度为100±20mm。
所述线圈与保温筒的距离为100±50mm。
一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的工艺，其特征在于：在扩肩过程中向炉室内通入掺杂气体，下轴转速为7～10rpm，扩肩角度为40°±2°；在等径生长过程中，下轴下降速度约为3～4mm/min，下轴转速为3～5rpm，线圈发生器功率为其额定功率的60%～70%。
本发明所产生的有益效果是：通过采用新设计的热***及调整了工艺参数，可以成功拉制出Φ6英寸区熔气掺硅单晶，解决了大直径区熔气掺硅单晶在生产过程容易产生位错断苞及“出刺”问题，从而满足市场对大直径硅单晶的需求。
附图说明
图1为生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。参照图1，一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***包括线圈1和保温筒2，线圈1上表面为倾斜多台阶线圈，线圈1外径为Φ300mm，内径为Φ50mm，厚度为30mm。保温筒2直径为Φ300mm，高度为100mm。线圈1与保温筒2的距离为100mm。线圈1的冷却水水路3和保温筒2的冷却水水路4分别位于二者内部。
生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶采用的设备为PVA FZ-30型，其工艺具体步骤如下：
一、首先将炉门打开，用纤维纸将炉门内壁、上炉室、上轴、线圈和保温筒等部分擦拭一遍；将卡盘安装在多晶料头部，并用扳手拧紧，之后将卡盘安装在上轴低端，之后调整多晶料棒5，使之呈竖直状态；然后安装线圈1和保温筒2，并用水平仪进行水平调整。之后用专门的对中工具进行线圈的对中。之后将石墨环伸出，下降多晶料棒，使之位于石墨环上方约3mm。
二、抽真空至炉压为0.1bar，之后充入Ar气使炉压达到4bar，之后缓慢增加功率进行预热，预热时间为30分钟。之后向上升起单晶6约5mm，收回石墨环，下降多晶料棒进行加热。
三、拉细颈：细颈直径Φ2～3mm，长度为150mm。
四、扩肩：在扩肩过程中向炉内通入掺杂气体，下轴转速为7～10rpm，扩肩角度为42°。
五、等径生长：在等径生长过程中，下轴下降速度为3.5mm/min，下轴转速为5rpm，线圈发生器功率为其额定功率的60%～70%。
六、收尾：收尾长度为≥150mm。

Claims (4)

1.一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***，包括线圈（1）和保温筒（2），其特征在于：所述线圈（1）上表面为倾斜多台阶线圈，线圈（1）外径为Φ350±50mm，内径为Φ50±2mm，厚度为30±2mm。
2.根据权利要求1所述的一种Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***，其特征在于：所述保温筒（2）直径为Φ350±50mm，高度为100±20mm。
3.根据权利要求1所述的一种Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热***，其特征在于：所述线圈（1）与保温筒（2）的距离为100±50mm。
4.一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的工艺，其特征在于：在扩肩过程中向炉膛通入掺杂气体，下轴转速为7～10rpm，扩肩角度为40°±2°；在等径生长过程中，下轴下降速度为3～4mm/min，下轴转速为3～5rpm，线圈发生器功率为其额定功率的60%～70%。
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