[发明专利]一种直拉法单晶硅生长中的掺嫁工艺

说明书

技术领域

本发明属于单晶硅生长工艺技术领域，涉及直拉法单晶硅生长过程中的加料工序，具体地说是一种加料工序中掺杂剂--镓的掺杂工艺。

背景技术

目前，直拉法单晶硅生长流程大致为：加料-熔化-引晶-放肩-等径生长-收尾工序步骤，其中加料步骤主要是将晶硅原料和掺杂剂放入加料桶内。掺杂剂的种类是按照导电类型N或P而定的，P型的掺杂剂一般为镓，N型掺杂剂一般为磷。以镓为掺杂剂时，掺杂剂的掺杂做法分两种：一种是将晶硅原料与镓同时放入加料桶内，接着进行单晶硅生长的第二步--熔化步骤，由于镓的熔点为29.76°，镓会提前熔化，进而粘连在加料桶内导致掺杂量不准确，严重影响硅棒品质。另外一种做法是：先将晶硅原料放入加料桶内进行熔化步骤，再合理调整温度将镓放入，在此加合金步骤之后进行引晶-放肩步骤，这种做法无疑会降低工作效率，操作难度增大。

发明内容

本发明为了解决上述问题，设计了一种直拉法单晶硅生长中的掺嫁工艺，本重掺杂工艺可以提高镓掺杂量的准确性，还可以将直拉法单晶硅生长过程中的加合金步骤省略，大大提高生产效率。

本发明采用的技术方案是：一种直拉法单晶硅生长中的掺嫁工艺，关键在于：所述工艺在环境温度为20-25℃之内进行，其工艺步骤中包括：

A、称重：据工艺要求，称取金属镓0.8-1克置于合金勺内；

B、熔化：将上述合金勺放入熔化炉内，控制炉内温度50-60℃，熔化时间4-7min得到熔融液；

C、快速冷却：在籽晶端面上开槽，之后进行腐蚀清理，将熔融液倒入籽晶端面上，然后用夹持器以端面垂直向上夹持住籽晶放入冷冻室冷却，冷却时间大于3min，冷却温度-10—0℃；

D、存放、备用：将籽晶从冷冻室内取出，存放于专用容器内，备用。

所述的籽晶为方籽晶，其端面为正方形。

所述的开槽方式为4*3，槽深度小于1mm。

所述的腐蚀清理包括如下步骤：

1)、将籽晶放入已配有分析纯硝酸和分析纯氢氟酸的塑料盒中，其中，分析纯硝酸与分析纯氢氟酸体积比为(6-8):1，用塑料条搅拌，以使籽晶表面腐蚀均匀；

2)、待腐蚀合格后，迅速捞入水中，以免造成氧化；

3)、将籽晶擦干装袋。

本发明的关键在于：改变了传统的惯性思维，将掺杂剂—镓熔入籽晶中，而不是在加料工序中加入也不是在后序引晶-放肩步骤前加入。这样，既避免了在单晶硅生长过程中的熔化步骤中由于镓熔点低而导致的加入量不准确的问题，又可以降低控制难度，提高生产效率。

本发明的有益效果是：1、本工艺的实施使得后续拉晶工艺中的“加合金”步骤省略，大大提高了工作效率，这种效果是之前难以预料的；2、本工艺有效避免了传统的晶硅原料与镓一起加料—熔化后而产生的加料不准确的问题，使得掺杂剂的加入量精准，进而提高了单晶硅的品质。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

一种直拉法单晶硅生长中的掺嫁工艺，所述工艺在环境温度为20-25℃之内进行，其工艺步骤中包括：

A、称重：据工艺要求，称取金属镓0.8-1克置于合金勺内；

B、熔化：将上述合金勺放入熔化炉内，控制炉内温度50-60℃，熔化时间4-7min得到熔融液；

C、快速冷却：在籽晶端面上开槽，之后进行腐蚀清理：1)、将籽晶放入已配有分析纯硝酸和分析纯氢氟酸的塑料盒中，其中，分析纯硝酸与分析纯氢氟酸体积比为(6-8):1，用塑料条搅拌，以使籽晶表面腐蚀均匀；2)、待腐蚀合格后，迅速捞入水中，以免造成氧化；3)、将籽晶擦干装袋；将袋中的籽晶取出后，将熔融液倒入籽晶端面上，然后用夹持器以端面垂直向上夹持住籽晶放入冷冻室冷却，冷却时间大于3min，冷却温度-10—0℃；

D、存放、备用：将籽晶从冷冻室内取出，存放于专用容器内，备用。

这样，在直拉法单晶硅生长过程中，依次进行下列步骤：1、加料：将晶硅原料放入石英坩埚内；2、熔化：当加完晶硅原料于石英坩埚内后，单晶炉关闭并抽真空使之维持在一定的压力范围，然后加热至熔化温度1420℃以上，将晶硅原料熔化；3、引晶：当硅熔液的温度稳定后，将籽晶从专用容器内取出并慢慢浸入硅熔液中；4、放肩；5、等径生长；6、收尾；7、冷却。在长完晶身部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现为错和滑移线。于是为了避免此问题的而发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一个尖点而与液面分开。这个过程称为收尾。

可见，本掺杂镓工艺在保证晶棒品质的基础上，可以将直拉法单晶硅生长过程中的引晶、放肩步骤前的“加合金”步骤省略，提高电阻率准确率的同时，大大提高了生产效率。