CN1333115C - 一种拉制硅单晶工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种拉制硅单晶工艺方法，步骤包括：将多晶硅料投入石英坩埚内进行电加热，向炉内充氩并减压升温，炉内压力在2600Pa，温度在1420℃，待炉内料完全熔融后进行拉制硅单晶，并检测其电阻率，其特征在于：拉制第一根硅单晶后需向炉内多次加入多晶硅料，每拉一根进行加一次料。本发明工艺方法的实施，能大大提高硅单晶的成品率，如果器件允许硅单晶的电阻率范围只有10Ωcm，采用传统工艺时，单晶成品率约34%，采用本发明方法三次加料工艺后，成品率将提高到58%。当半导体器件所允许硅单晶的电阻率范围越小时，采用多次加料工艺后单晶成品率的提高将更为明显。
Description
一、技术领域：
本发明涉及的是半导体材料生产制造技术领域，特别是公开一种拉制硅单晶工艺方法，即是公开直拉硅单晶拉制中的多次加料工艺，适用于直拉法生产硅单晶。
二、背景技术：
直拉法生产硅单晶，是在单晶炉内完成的。单晶炉具备了加热、抽真空、充气的功能。在单晶炉内装入一定量的高纯多晶硅，在边抽真空、边充气的减压气氛下，将硅料熔化，并采用一定的拉制工艺，将多晶硅转化成所需电阻率和结晶方向的硅单晶。通常，由于硅中杂质分凝能造成单晶头部和尾部电阻率有很大偏差，N型单晶约三倍，P型则在二倍左右，这与半导体器件对电阻率允许偏差在±20％、甚至±10％的要求相差很大，造成相当部分的单晶，由于电阻率偏离器件要求而报废，使生产成本大幅增加。
三、发明内容：
本发明的目的是为了解决单晶中由于杂质分凝造成的单晶纵向的较大电阻率偏差与半导体器件所要求的较小电阻率偏差之间的矛盾。
本发明是这样实现的：一种拉制硅单晶工艺方法，步骤包括将多晶硅料投入石英坩埚内进行电加热，向炉内充氩并减压升温，炉内压力在2600Pa，温度在1420℃，待炉内料完全熔融后进行拉制硅单晶，并检测其电阻率，其特征在于：拉制第一根硅单晶后需向炉内多次加入多晶硅料，每拉一根进行加一次料。实施本发明方法和效果的机理是：由于杂质分凝效应，熔体硅中的杂质浓度在不断上升，相应硅单晶的电阻率在下降，当单晶的电阻率将要下降到合同要求的下限时，采用多次加料工艺，添加一定量的高纯多晶原料，使剩余的熔融多晶硅中的杂质被稀释，保证再次拉出的单晶电阻率仍可在要求的范围内。
多次加料的工艺是：1、当硅单晶电阻率已下降至半导体器件要求电阻率下限时(例如35Ωcm)，将已拉制好得多第一根单晶移至单晶炉的副室，关闭主室和副室之间的阀门；2、降低加热功率，使熔融硅表面温度降至1400℃左右，出现结晶；3、将已拉好的第一根单晶从副室中移出，并安装好多次加料装置；4、当副室中真空度达到5Pa时充氩，加料装置在石英坩埚上方130～150mm处，然后打开装置，将需要添加的多晶硅料排放至石英坩埚内。5、升温至1420℃，熔化硅料后就可以开始拉第二根单晶。
本发明工艺方法实施后，能大大提高硅单晶的成品率，如果器件允许硅单晶的电阻率范围只有10Ωcm，采用现有技术工艺时，单晶成品率约34％；采用本发明方法实行三次加料工艺后，成品率将提高到58％。当半导体器件所允许硅单晶的电阻率范围越小时，采用多次加料工艺后单晶成品率的提高将更为明显。
本发明工艺方法的另一个优点是节约成本。同样生产一公斤单晶，采用本发明的多次加料工艺方法，耗用的石英坩埚成本比原工艺可降低50％左右，当半导体器件要求的单晶电阻率范围越窄时，其下降的幅度也将增大。
四、具体实施方式：
以下就生产N型，掺磷35～45Ωcm，3″硅单晶为例，对本发明作进一步描述。
1、投多晶原料20kg(基硼约3000Ωcm，基磷约300Ωcm)，采用掺磷母合金的电阻率为9.9×10-3Ωcm，掺杂量0.965克。
2、在充氩的减压气氛下(炉内压力约2600Pa)升温至1420℃以上，将硅料熔化，并拉制单晶，当单晶等径长度达到650mm时，将单晶收尾。
3、将已拉好的第一根单晶移至单晶炉的副室，关闭主室和副室之间的阀门。降低加热功率，使石英坩埚内的熔硅表面温度降至1400℃左右，出现结晶。
4、将已拉好的第一根单晶从副室中移出。
5、在多次加料装置中添加大小合适的多晶原料5kg。将多次加料装置安装到位。
6、对副室抽空并充氩，然后打开主室和副室之间的阀门。
7、将多次加料装置下降至石英坩埚上方130～150mm处，打开装置，将5kg多晶料排放至石英坩埚内。
8、升高温度至1420℃，待硅料完全熔化后，开始拉第二根单晶。
9、第二根单晶拉至500mm时收尾，然后重复上述第3、第4二步。
10、在多次加料装置中添加2kg多晶后，再重复上述第6、第7、第8三步。
11、第三根单晶拉至长度约1000mm时收尾。
12、切断加热功率，停炉。
采用上述三次加料工艺，从三根单晶中，可得到35～45Ωcm的单晶总量约15.4kg，与投料总量26.5kg相比，成品率为58.1％。如若采用传统拉制工艺时，35～45Ωcm的单晶重量约6.9kg，成品率约为34.5％。采用本发明方法实行三次加料工艺后，成品率提高了23.6％。
Claims (1)
1.一种拉制硅单晶工艺方法，步骤包括：将多晶硅料投入石英坩埚内进行电加热，向炉内充氩并减压升温，炉内压力在2600Pa，温度在1420℃，待炉内料完全熔融后进行拉制硅单晶，并检测其电阻率，其特征在于：拉制第一根硅单晶后需向炉内多次加入多晶硅料，每拉一根进行加一次料；所述向炉内多次加料的工艺步骤是：拉制第一根硅单晶后，先降低炉的加热功率，使熔融硅表面温度降至1400℃左右，出现结晶，将已拉好的第一根单晶从副室中移出，并安装好加料装置，当副室中真空度达到5Pa时充氩，加料装置在石英坩埚上方，进行加料，加料量为首次投料量的1/4，加热熔融后，拉制第二根，以后重复上述步骤，但加料量逐次减少。
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