[发明专利]一种提高直拉重掺硅单晶径向电阻率均匀性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直拉硅单晶的生产方法，特别涉及一种提高直拉重掺硅单晶径向电阻率均匀性的方法。

背景技术

在直拉重掺硅单晶的生产过程中，由于需要掺入大量的掺杂剂，所以硅熔体中掺杂剂浓度较高。这些掺杂剂有向下沉积的现象，这会导致硅单晶头尾电阻率相差更大，进而加剧径向电阻率均匀性的恶化。

现有的提高直拉重掺硅单晶径向电阻率均匀性的方法主要有降压拉晶法，通过逐渐降低拉晶时的炉压来加强掺杂剂的挥发，从而使硅熔体中掺杂剂浓度尽可能均匀，但在拉晶过程中随着单晶生长，硅熔体中掺杂剂的浓度仍然会不断增加，该方法并不能消除掺杂剂向下沉积的问题；用加强对硅熔体对流从而使硅熔体中掺杂剂浓度尽可能均匀，但由于要考虑保证固液界面的稳定性，增加晶体旋转速度和坩埚旋转速度的幅度有限，所以对硅熔体对流的加强并不明显。

发明内容

本发明的目的，就在于提供一种促进硅熔体对流、防止掺杂剂向下沉积的方法，进而提高径向电阻率均匀性。

众所周知，磁场是一种有效控制导电流体流动的方法，常用来控制熔体对流，进而控制单晶的品质。目前在直拉硅单晶的生产中，主要施加恒定磁场如横向磁场、CUSP磁场来抑制硅熔体的对流，进而降低硅中的氧含量。本发明采用了施加旋转磁场的方式，施加旋转磁场后，硅熔体受电磁场作用而水平旋转，这样就会使掺杂剂在硅熔体中均匀分布，抑制掺杂剂的沉积问题，进而改善直拉重掺硅单晶的径向电阻率均匀性。旋转磁场频率不宜过大，否则会导致固液界面有较大的波动，影响成晶；而磁场频率同样不能过低，否则不能有效起到增强对流的作用。经过试验发现，当旋转磁场的频率为1～19Hz范围时，对直拉重掺硅单晶的搅拌效果最好，同时并不影响硅单晶的成晶情况。具体实施方案是：一种提高直拉重掺硅单晶径向电阻率均匀性的方法，其特征在于：换包括发生器1和支架2，旋转磁场发生器1安装在支架2上并套装在直拉炉3的外围，磁场发生器1内壁距离直拉炉外壁1～25cm，方法步骤为

⑴、将石英坩埚放入石墨坩埚中，多晶硅物料装入石英坩埚内，换好要求的籽晶，关闭炉体，抽真空后加热升温将多晶硅全部熔化，进行掺杂；

⑵、掺杂完毕后，开启旋转磁场发生器1对硅熔体施加旋转磁场，旋转频率为1～19Hz，，磁场强度为600～1300Gauss，促进硅熔体的对流防止高浓度掺杂剂的向下沉积，使掺杂剂的分布更加均匀； 

⑶、下降籽晶至熔体液面处充分接触后进行引晶，之后降低夹头拉速进行缓慢扩肩，扩肩完成后转肩、收肩进行等径生长；

⑷、等径生长结束后进行收尾，最后形成倒圆锥状的尾部以留出足够的反位错余量；

⑸、关闭旋转磁场发生器1，等晶体冷却后即可将晶体取出。

本发明的技术特点是可以有效促进硅熔体的对流，抑制高浓度掺杂剂的向下沉积问题，提高直拉重掺硅单晶的径向电阻率均匀性。

附图说明

图1为旋转磁场发生器安装示意图。

具体实施方式

本实施方式采用KAYEX-150型直拉单晶炉，拉制电阻率为0.002ohm﹒cm、直径为200mm的重掺As硅单晶，旋转磁场强度为1000Gausss，频率为1Hz。

如图1所示，旋转磁场发生器1安装在旋转磁场发生器支架2上，并套装在直拉炉3的外围、距离直拉炉外壁10cm处，将石英坩埚放入石墨坩埚中，多晶硅物料装入石英坩埚内，换好要求的籽晶，关闭炉体，抽真空后加热升温将多晶硅全部熔化，之后将掺杂剂装入掺杂罩内，下降掺杂罩至硅熔体上方，高温使固态As转变为液态或气态而掺入硅熔体中。

将掺杂剂掺入硅熔体后，开启旋转磁场发生器1对硅熔体施加旋转磁场，促进硅熔体的对流防止高浓度掺杂剂的向下沉积，使掺杂剂的分布更佳均匀。调整埚转为2r/min、晶转为8r/min。下降籽晶至熔体液面处充分接触并缓慢降低温度，当隐约看见苞时说明温度适当，这时调整夹头拉速在6mm/min到7.6mm/min之间进行引晶，直径保持在6±0.3mm，同时引晶为“葫芦状”以排出边缘的位错，之后降低夹头拉速至0.1-0.2mm/min进行缓慢扩肩，当肩部直径增大到190mm左右时，肩部高度大约为350-450mm，此时提高拉至2mm/min进行转肩，完成转后转为自动控制。最后在剩余硅熔体不多时升温3℃同时保持拉速不变进行收肩后，以2mm/min的拉速使晶体等径生长，同时设定埚跟比为1：0.2，稳定20mm尾，尾部收尖且长度≥180mm，最后形成倒圆锥状的尾部以留出足够的反位错余量，关闭旋转磁场发生器1，等晶体冷却后即可将晶体取出。