[发明专利]一种用于3寸多晶硅生长的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3″多晶硅生长装置及其方法，具体地说，使用一种3″多晶硅生长的隔板，长晶过程中防止硅液表面渣漂浮到籽晶或晶体周围，以提高成品质量。

背景技术

使用切克拉斯基方法(Czchohralski method)生产晶体硅已经众所周知，其技朮基本完善，在此基础上提出的改进创新方案也层出不穷，但其中有些由于技朮方面存在着问题，以至至今尚未付诸实用。

在多晶硅提拉过程中，如果杂质分布不均，将导致电阻率也不均。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度，它直接影响器件参数的一致性和成品率。与此同时，非平衡载流子寿命间接地反映多晶硅的纯度，如果多晶硅中存在重金属杂质又会使其寿命值大大降低。随着多晶硅的生长，硅液逐渐减少，杂质浓度逐渐增大，存在于硅液表面的杂质很可能漂浮到籽晶或晶体生长周围，从而影响多晶硅的生长，降低多晶硅质量。

发明内容

为了提高晶体硅的成品率，日本专利NO.141578/84公开了连续或间断地向坩埚内添加硅料以始终保持硅液在预定的高度上，其方法中存在的问题已由日本专利NO.136448/89作出了详细描述。同时日本专利NO.136448/89又公开了一种新发明，就是将不透明的石英玻璃作为隔板，放于石英坩埚内，将熔融的硅料分隔成两部分，内侧是单晶硅生长部分，外侧是硅料熔化部分。通过漏斗向外侧硅料熔化部分添加新硅料，熔化了的硅料再通过隔板上的小孔流入单晶硅生长部分。这种方法固然有其优点，但也存在着不少缺陷：

1)隔板内外侧温度不容易掌控；

2)要使硅液一直保持在预定位置，内侧生长单晶损耗的料与添加的新硅料其量不好精确把握，且单晶生长速度与硅料进料速度之间可能出现不平 衡；

3)容易造成浓度涨落而影响高质量硅单晶的生长；

4)生长单晶之前需先提渣，而添加新硅料又会引入杂质，对长晶产生不良影响。

日本专利NO.114522/90公开了将由高纯度的蜂窝状的二氧化硅玻璃制成的分隔板同心配置在石英坩埚中，同样，分隔板上开有若干小孔，使硅液从原料熔融区流到单晶生长区。除此之外，该专利还在分隔板上方装有保温盖，用以稳定单晶硅生长时的径向温度梯度。但用此方法使凝固速度45克/分以上以稳定生产单晶硅，其对坩埚、分隔件、保温盖等材料及设备要求较苛刻。

日本专利NO.308766/87公开了一种单晶硅的制造方法和设备，同样也是维持硅液面恒定，用隔板将熔硅隔开，且在隔板及其外部熔化原料的上方覆盖一块保温板，使原料熔融区温度比单晶生长区温度高出10℃或更高，防止熔态硅液固化或围绕隔板的硅液固化。但是一旦温度有所波动，就会导致氧化诱发层积缺陷。

上述各发明专利都有共同的特点，就是原料熔融区温度要高于单晶生长区温度，也就意味着须要为隔板熔化部分提供足够的热源，此法在操作上较有挑战性，不易实现。同时其隔板材料选用方面还有待于探讨，因为隔板与硅液接触部分越多，说明与硅反应的几率及程度越大，影响了硅液本身的纯度。本发明一种用于3”多晶硅生长装置及其方法则有效避免了上述问题。本发明中，使用石英制成的隔板，距顶端5mm以下通有若干孔隙，隔板内外温度相同，不须要控制温差。隔板顶端高于硅液面5mm，并且拉晶过程中一直保持此状态。本发明的装置及其方法，能防止长晶过程中硅液表面的渣漂浮到籽晶或晶体生长周围，从而提高成品的质量。

附图说明

1-3”多晶硅棒；2-炉盖；3-隔板；4-石英坩埚；5-石墨坩埚；

6-加热器；7-上下传动机构；8-驱动电机；9-硅液

具体实施方式

本发明的一种3”多晶硅生长装置，主要包括三个组成部分：石英制成的隔板，上下传动机构和驱动电机。下种前，启动驱动电机，将隔板下降到距 硅液面1～2mm处进行预热，待二者温度接近后下降隔板使之上端高出硅液面5mm，下端浸没于硅液中，且在拉晶过程中一直保持此状态，稳定后下种；等径生长过程中，随着晶体的提拉，硅液逐渐消耗，隔板依靠上下传动机构将与硅液同时下降以尽量保持原始状态；拉晶结束后，将隔板提拉出硅液面。隔板为空心圆柱形，内径200mm，厚度10mm，高度30mm。隔板下端开有若干孔隙，且均匀分布于距上端5mm处，以维持硅液混合均匀。上下传动机构设计于炉盖右上方，整体装置参见说明书附图。本发明的隔板与硅液接触部分较少，能减少其与熔硅反应的概率。除此之外，本发明的隔板，能防止长晶过程中硅液表面的渣漂浮到籽晶或晶体生长周围，从而提高成品的质量。