[发明专利]硅晶体的连续生长方法

说明书

本发明公开了一种硅晶体的连续生长方法，尤其适用于单晶硅，准单晶硅及多晶硅的制备。所述方法使用的装置具有双熔区：主熔炼室可以用于晶体生长，一个辅助投料熔炼室可以作为连续高温熔体投料区。辅助投料熔炼室：配有两区的感应加热磁场，用于给多晶料加热。当上熔炼系统的料用尽以后在坩埚下料口的感应线圈断电后具有强制冷却的作用，使得多晶料凝固密封下料口。连续投料区有两组电磁约束磁场，控制熔体的上下运动。晶体生长区具有电磁约束磁场，使得熔体在无侧壁坩埚的条件下定向生长。通过投料区可以多次向晶体生长区投高温熔体料，实现晶体的稳定连续生长。

技术领域

本发明涉及半导体晶体的制备方法技术领域，尤其涉及一种适用于单晶硅、准单晶硅及多晶硅的连续生长方法。

背景技术

半导体晶体材料被广泛应用于微电子及光电子领域，可用于制备太阳能电池，集成电路等。半导体晶体材料是现代信息技术的基础材料之一，其中硅的应用最为广泛。晶体越大，成本就越低。材料的纯度越好，晶体的物理特性就越好。

电磁约束技术是最近兴起的一种熔炼方法，由于熔炼期间熔体不与坩埚接触，所熔炼的材料洁净，并能够通过该方法实现材料的形状控制。电磁约束成型是利用感应器产生交变磁场，通过电磁效应在熔体表面感应出涡电流，涡电流在洛伦兹力的作用下，在熔体中形成约束力，从而实现对熔体约束。通常，电磁感应方法生产重复上述补料阶段工艺的连续投料，均是将多晶料预先放置在炉室内，然后再生长时在将其投下，投料量有限。

电磁技术适用于导磁与导电良好的金属材料。对于半导体材料，如硅等首先要对半导体进行加热，然后再施加电磁场方可实现电磁感应效应，如目前兴起的重复上述补料阶段工艺的电磁冷坩埚熔炼技术等，可以在电磁力的作用下形成熔体表面凸起，即“驼峰”（即液面向上凸起现象）出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可以连续生长高纯大尺寸单晶硅、准单晶硅及多晶硅的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是： 一种单晶硅连续生长方法，其特征在于，包括如下步骤：

备料阶段：首先，对于准单晶来说，需要按着一致晶向将多块单晶料在主熔炼室坩埚内排好并布满主熔炼室坩埚。对于连续单晶生长仅仅放上一块单晶籽晶。然后将多晶料放置到辅助投料熔炼室坩埚中，将炉体密封，抽真空至预设值，并充入预设值的惰性气体，开启坩埚水冷系统，使得主熔炼室坩埚的底部获得水冷效果；开启主熔炼室加热器给主熔炼室坩埚内的多块单晶料加热，直至坩埚内的多块单晶料上半部分熔化，然后开启主电磁约束感应器，使得所述主熔炼室坩埚内熔化的熔体受到电磁力的约束，向上凸起；

熔料阶段：主熔炼室坩埚内的熔体稳定后，开启辅助投料熔炼室下部的下料口电磁约束感应器，并开启辅助投料熔炼室主感应线圈以及辅助投料熔炼室主加热器，给辅助投料熔炼室坩埚内的多晶料加热，所述多晶料受热后部分熔化，熔体受热流入辅助投料熔炼室下料口，由于下料口本身是冷区，且辅助投料熔炼下料口感应线圈以及辅助投料熔炼下料口加热器未通电，同时辅助投料熔炼室下部的下料口电磁约束感应器工作对下料口的熔体施加向上的力，使得熔体凝固在下料口内，将下料口封闭；

晶体生长阶段：待辅助投料熔炼室坩埚中的熔体均匀后，关闭辅助投料熔炼室下部的下料口电磁约束感应器，打开下料口电磁感应线圈和辅助投料熔炼下料口加热器，给下料口加热，使得下料口内凝固的多晶料受热熔化，并从下料口流下，滴入主熔炼室坩埚中，直至达到电磁约束熔体的稳定态；稳态之后开始根据主熔炼室坩埚底部的重量传感器感应的数值，控制所述驱动装置驱动所述主电磁约束感应器上移，使得晶体硅不断的开始向上定向生长，形成准晶硅；调整熔体下压电磁约束感应器施加压力的大小，控制下料口的熔体流量，同时调整主电磁约束感应器的上升速度，使得流下的硅熔体重量等于主熔炼室坩埚内硅结晶的重量；