[发明专利]单晶硅生长氧含量控制方法

权利要求书

1.一种单晶硅生长氧含量控制方法；在石英坩埚底部采用一个与坩埚外径相同的环形振荡源，振荡源产生一个纵向正弦振荡波，从坩埚的底部传入到熔体中，传播方向为垂直向上的直线传播；振荡波传输到坩埚壁附近硅熔体中，对硅熔体产生空化作用、搅拌作用和纵向流动作用，在坩埚壁附近区域形成向上的流动，加速高浓度区的氧向熔体自由表面流动，同时降低熔体中的Si-O气体的溶解度，促进Si-O在熔体表面的挥发，从而达到控制硅单晶中氧浓度的作用。

2.根据权利要求1所述的一种单晶硅生长氧含量控制方法，其特征在于：石英坩埚底部振荡源的特征在于振荡波输入为环形的振荡波输入环，输入环的上表面形状与坩埚的形状相同，环的外径与坩埚的直径相同，其宽度d的特征为：

式中，ω_c为坩埚旋转速度，r_c为坩埚的半径，r_Si为单晶硅的半径，V_k是硅熔体的粘度，宽度d根据ω_c变化。

3.根据权利要求1所述的一种单晶硅生长氧含量控制方法，其特征在于从坩埚底部输入的振荡波频率f的范围为：1000-5000Hz。

4.根据权利要求1所述的一种单晶硅生长氧含量控制方法，振荡波振幅D的特征在于，振幅D变化范围为1-10μm。

5.根据权利要求3或4所述的一种单晶硅生长氧含量控制方法，其特征在于振荡波频率f和振荡波振幅D的关系特征在于式(2)

p＝D²f² (2)

式中，P为振荡波的功率，其特征在于功率P的范围为0.25-1W/cm²。

6.根据权利要求5所述的一种单晶硅生长氧含量控制方法，其特征在于：振荡波频率f和振荡波振幅D的关系特征还在于式(3)

I＝Df (3)

式中，I为振荡波压强；振荡波压强I的衰减特征方程为

式中，I₀为坩埚底部振荡波输入点处的压强，μ为振荡波在硅熔体中的衰减系数，h为硅熔体的高度。

7.根据权利要求3所述的一种单晶硅生长氧含量控制方法，频率选择的方法在于：在多晶硅熔化后，进行静止，当硅液表面静止后，采用固定振幅，对熔体进行频率扫描，确定出振荡波在熔体中是否存在共振频率f‘，选择振荡波频率时，要避开共振频率f‘，选择衰减程度大的频率做为单晶硅生长工艺中控制氧浓度的振荡波频率。

8.根据权利要求1所述的一种单晶硅生长氧含量控制方法，其特征在于在晶体生长过程中，要不断调整振荡波输入源的激振力F，使激振力F随着晶体的生长而不断降低，其特征在于根据方程式(5)、(6)、(7)和(8)确定振荡波的激振力及其在晶体生长过程中的控制方法：

F＝m_loopa (5)

式中，m_loop为振荡波输入环质量，a为振荡波加速度；

a＝2πf·V (6)

V＝2πf/1000×D/2 (7)

式中，f为振荡波频率，D为振荡波的振幅，V为振荡波的最大速度，β为硅熔体自由挥发表面积和熔体与石英坩埚接触面积之比。

9.根据权利要求1所述的一种单晶硅生长氧含量控制方法，其特征在于振荡波的输入是在晶体转肩结束后等径生长开始前输入；在等径生长结束后，在晶体收尾开始前，停止振荡波输入。