降低重掺单晶硅棒滑移线的工艺方法

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种降低重掺单晶硅棒滑移线的工艺方法。

背景技术

直拉法是1918年由切克劳斯基(Czochralski)建立起来的一种晶体生长方法，简称CZ法。直拉法是生长硅、锗以及化合物半导体等材料最普遍的生长方法。直拉法较其他方法具有更高的生长效率、更大的直径尺寸上限、更直观的生长过程观测、更可控的工艺条件，是产业化生产较为理想的单晶生长方式。

但是，重掺硅单晶由于掺入了大量的杂质，单晶无位错生长难度大大增加。在单晶生长的过程中，过多的杂质不仅会影响到单晶的生长界面的平坦性，而且会导致发生组分过冷，从而极易诱发位错，使得单晶出现缺陷（Slip），导致无位错单晶生长失败，如图1所示，这种有位错的一些晶棒放在强光下，通过查看单晶侧壁表面有没有滑移线可以确认，还有一些有错位的晶棒则需要借助仪器才能检查出滑移线所处的位置。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种降低重掺单晶硅棒滑移线的工艺方法，以解决现有技术在拉制单晶过程中出现因滑移导致的缺陷。

一种降低重掺单晶硅棒滑移线的工艺方法，包括如下步骤：

S1、将多晶硅加入石英坩埚中并加热使所有的固定多晶硅熔化为液体熔融硅，进入稳定阶段，操作人员调整石英坩埚升降使熔融硅的液面位于石墨导流筒下方，且使熔融硅的液面距离石墨导流筒下沿之间的距离控制在40-60mm之间；

S2、经过稳定、试温、引晶、放肩、转肩工序后，进入等径后等径长度100mm时拉晶的生长速度控制在低于30mm/H，保持拉晶的生长速度低于30mm/H至等径结束，在长晶的过程中通过降低拉速来控制长晶界面的径向温度梯度小于10开尔文每米。

优选的，上述S2步骤中的径向温度梯度T由以下方式获得：通过模拟拉晶过程中等径100mm得到单晶硅的提拉轴向的结晶中心部的温度梯度Gc和结晶周边部的温度梯度Ge的差值，即T=Gc-Ge。

优选的，上述“模拟拉晶”是采用数值模拟软件Ansys对所述重掺单晶硅棒进行建模。

优选的，在控制径向温度梯度小于10开尔文每米的同时，将拉晶速度控制在23.4-29.4mm/min之间。

由上述技术方案可知，先使熔融硅的液面距离石墨导流筒下沿之间的距离控制在40-60mm之间，接着经过稳定、试温、引晶、放肩、转肩工序后，进入等径后等径长度100mm时拉晶的生长速度控制在低于30mm/H，保持拉晶的生长速度低于30mm/H至等径结束，在长晶的过程中通过降低拉速来控制长晶界面的径向温度梯度小于10开尔文每米，上述方法获得的晶棒内部位错明显降低，降低重掺单晶硅棒外部和内部因位错所出现的大量滑移线，提高了重掺单晶硅棒的制作效率。

附图说明

图1是晶棒表面形态的示意图。

图2是采用Ansys模拟软件通过在不同晶向温度梯度和单晶生长速度下模拟单晶生长后缺陷分布的示意图。

图3是采用Ansys模拟软件模拟单晶硅的提拉轴向的结晶中心部的温度梯度Gc和结晶周边部的温度梯度Ge的示意图。

图4是采用Ansys模拟软件模拟采用本发明方案拉制单晶的热场示意图。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对发明实施例的技术方案及技术效果做进一步的详细阐述。

降低重掺单晶硅棒滑移线的工艺方法，包括如下步骤：

S1、将多晶硅加入石英坩埚中并加热使所有的固定多晶硅熔化为液体熔融硅，进入稳定阶段，操作人员调整石英坩埚升降使熔融硅的液面位于石墨导流筒下方，且使熔融硅的液面距离石墨导流筒下沿之间的距离控制在40-60mm之间。

S2、经过稳定、试温、引晶、放肩、转肩工序后，进入等径后等径长度100mm时拉晶的生长速度控制在低于30mm/H，保持拉晶的生长速度低于30mm/H至等径结束，在长晶的过程中通过降低拉速来控制长晶界面的径向温度梯度小于10开尔文每米，如此能得到品质较高的单晶硅棒的产品，从而解决来自单晶硅棒中的缺陷（slip）。进一步的，在控制径向温度梯度小于10开尔文每米的同时，将拉晶速度控制在23.4-29.4mm/min之间。

进一步的，请参阅图3，上述S2步骤中的径向温度梯度T由以下方式获得：通过模拟拉晶过程中等径100mm得到单晶硅的提拉轴向的结晶中心部的温度梯度Gc和结晶周边部的温度梯度Ge的差值，即T=Gc-Ge。

进一步的，上述“模拟拉晶”是采用数值模拟软件Ansys对所述重掺单晶硅棒进行建模。请参阅图2，通过Ansys模拟软件在不同晶向温度梯度和单晶生长速度下模拟单晶生长后缺陷分布发现：长晶界面的径向温度梯度小于10开尔文每米的情况下，模拟所得的单晶中的缺陷明显降低。先使熔融硅的液面距离石墨导流筒下沿之间的距离控制在40-60mm之间，接着经过稳定、试温、引晶、放肩、转肩工序后，进入等径后等径长度100mm时拉晶的生长速度控制在低于30mm/H，保持拉晶的生长速度低于30mm/H至等径结束，在长晶的过程中通过降低拉速来控制长晶界面的径向温度梯度小于10开尔文每米，上述方法获得的晶棒内部位错明显降低，降低重掺单晶硅棒外部和内部因位错所出现的大量滑移线，提高了重掺单晶硅棒的制作效率。该模拟的具体数据如表1所示。

表1

从以上实验得出公式如下：

其中T表示长晶过程中的径向温度梯度，K