CN1995485A - <110>无位错硅单晶的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硅单晶的拉晶工艺，特别涉及一种适用于半导体和太阳能光电器件的<110>无位错单晶的制造方法以及对在制造方法过程中使用的石墨热***的改进。该方法包括如下步骤：(1).在引晶工艺中，引晶直径应≥5mm，其收放比例为100％，引晶拉速应≥5mm/min，引晶长度为150－300mm；(2).在放肩工艺中，放肩速度为0.2～1.5mm/min；(3).在等径工艺中，单晶头部拉速应为1.0－3.0mm/min，尾部拉速应为0.5－2.0mm/min；(4).在收尾工艺中，单晶收尾长度应大于晶体的直径，收尾最小直径应≤10mm。制造<110>无位错硅单晶的石墨热***的上保温筒的保温层厚度为20～30mm，下保温筒的保温层厚度为60～70mm，炉底护盘的保温层厚度为70～80mm。本发明成功实现了生产<110>无位错单晶，从而满足了国内外市场对<110>无位错单晶的需求。

Description

<110>无位错硅单晶的制造方法
技术领域
本发明涉及硅单晶的拉晶工艺，特别涉及一种适用于半导体和太阳能光电器件的<110>无位错单晶的制造方法以及对在制造方法过程中使用的石墨热***的改进。
技术背景
众所周知在硅晶体的晶格中，由于(110)晶面与(111)晶面的夹角为90°和35°16′，夹角为90°(111)晶面上的位错与<110>晶向一致，利用传统的拉晶工艺生产<110>单晶，同样存在着位错缺陷，因此，要想生产<110>无位错单晶，必须排除位错，而克服位错缺陷一直是拉晶工艺中的技术难题。
发明内容
为了有效地避免<110>单晶的位错产生，成功拉制出<110>无位错单晶，经技术人员的无数次拉晶试验，终于摸索出适用于生产<110>无位错单晶的方法。该方法主要应用在拉晶工艺中的引晶、放肩、等径及收尾工艺。通过多次试验、总结、分析后得出：采取大幅度提高拉速、控制引晶直径和长度，采取控制放肩速度、增加单晶收尾长度及控制收尾单晶直径等技术手段，是成功拉制<110>无位错单晶的关键，同时，适应拉制<110>无位错单晶的工艺条件更不可忽视。
<100>、<110>和<111>是硅单晶常用的晶面，它们生长所需的温度梯度也不尽相同，这是由于不同晶向的硅单晶面间距不同，生长时各晶面法向生长速度也就不同。面间距大的，原子间的吸引力小，生长较为困难，因而生长速度慢；面间距小的，原子间的吸引力大，生长较为容易，因而生长速度相对较快，所以，{100}晶面族的法向生长速度最快；{110}晶面族次之；{111}晶面族最慢。腐蚀时与此类似，{100}晶面族的腐蚀速率最快；{110}晶面族次之；{111}晶面族最慢。这就使得不同晶向的单晶生长所需温度梯度也不同。
<111>所需温度梯度最大，<100>所需温度梯度最最小，而<110>晶向的硅单晶的生长在热场梯度的要求上界于<111>晶向<100>晶向之间。
利用原有的热***拉制<110>无位错单晶，经多次试验发现成晶方面基本无影响，但是单晶基本缺陷存有较大问题如下：
A、原热场梯度偏小<110>单晶生长速度提高会出现单晶外型成椭圆状，(籽晶晶向偏离度也会有影响)不利于单晶后道工序的加工，或根本不成晶。
B、热场梯度偏大单晶经常中途断棱，影响无位错单晶的有效长度。
C、由于<110>晶向单晶的位错增生具有它的特殊性，如果热场梯度太大单晶前部和后部温度差被有效拉开，一旦位错生成将有可能在热应力的冲击下位错会贯穿整棵单晶。
综上所述，为了达到适应拉制<110>无位错单晶的热场温度梯度，必须重新设计上保温筒、下保温筒及炉底护盘的保温层厚度。
本发明为了成功拉制<110>无位错单晶所采取的技术方案是：一种<110>无位错单晶的制造方法，包括如下步骤：
(1).在引晶工艺中，引晶直径应≥5mm，其收放比例为100％，引晶拉速应≥5mm/min，引晶长度为150-300mm；
(2).在放肩工艺中，放肩速度为0.2～1.5mm/min；
(3).在等径工艺中，单晶头部拉速应为1.0-3.0mm/min，尾部拉速应为0.5-2.0mm/min；
(4).在收尾工艺中，单晶收尾长度应大于晶体的直径，收尾最小直径应≤10mm。
一种制造<110>无位错单晶的石墨热***包括上保温筒，下保温筒及炉底护盘，其特征在于，上保温筒的保温层厚度为20～30mm，下保温筒的保温层厚度为60～70mm，炉底护盘的保温层厚度为70～80mm。
本发明产生的有益效果是：成功实现了生产<110>无位错单晶，从而满足了国内外市场对<110>无位错单晶的需求。
附图说明
图1是本发明使用的石墨热***结构剖视图并作为摘要附图。
具体实施方式
本发明中所采用的单晶炉是JRDL-800、CG6000型单晶炉，炉内压力：1.3-1.6×103Pa(15-20Torr)；热***是Φ16~18″石墨热***；石英埚是Φ16~18″石英坩埚，埚升比例：1.0∶0.128；籽晶类型是P型<110>；减压保护气体是高纯氩气；氩气流量：40-60L/min。
具体操作要求
引晶
由于<110>晶向的单晶排除位错较难，因此要求操作工引晶要有明显的收放趋势，引晶直径不小于5mm收放比例约100％，引晶拉速不得低于5mm/min，引晶长度要大于<100>晶向的要求，具体长度一般为200mm左右。
放肩
由于<110>晶向的单晶为对称双棱，因此放肩操作时要控制好放肩速度，避免放肩速度过快成椭圆，因此要求放肩速度0.2~1.5mm/min。
等径
单晶在保持过程中避免较大的温度起伏和机械振动，单晶头部拉速控制在1.0-3.0mm/min尾部0.5-2.0mm/min。
收尾
单晶收尾长度应大于晶体的直径，例如如果晶体的直径为4时，那么单晶收尾长度应大于4时，收尾最小直径要小于10mm。
参照附图，在本发明中，为了调整石墨热***的温度梯度，而重新设计了石墨热***中的上保温筒1、下保温筒2和炉底护盘3的保温层厚度，其中：上保温筒1的保温层厚度设为26mm，下保温筒2的保温层厚度设为64mm，炉底护盘3的保温层厚度设为78mm，可采用碳毡(或硬毡)作为保温材料。
<110>无位错单晶在本发明中未涉及的其它生产工艺均可参照普通<110>硅单晶工艺操作，在此不再描述。

Claims (2)

1.一种<110>无位错硅单晶的制造方法，包括如下步骤：
(1).在引晶工艺中，引晶直径应≥5mm，其收放比例为100％，引晶拉速应≥5mm/min，引晶长度为150-300mm；
(2).在放肩工艺中，放肩速度为0.2～1.5mm/min；
(3).在等径工艺中，单晶头部拉速应为1.0-3.0mm/min，尾部拉速应为0.5-2.0mm/min；
(4).在收尾工艺中，单晶收尾长度应大于晶体的直径，收尾最小直径应≤10mm。
2.一种制造<110>无位错硅单晶的石墨热***，包括上保温筒(1)、下保温筒(2)和炉底护盘(3)，其特征在于，所述的上保温筒(1)的保温层厚度为20～30mm，下保温筒(2)的保温层厚度为60～70mm，炉底护盘(3)的保温层厚度为70～80mm。
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