[发明专利]单晶硅制造工艺

摘要

本发明公开了一种单晶硅制造工艺，是一种通过直拉法（Czochralski法）制造单晶硅的工艺，包括以下步骤：多晶硅的装料和熔化→引晶→缩颈→放肩→等径生长→收尾→降温；引晶选用已经精确定向的单晶作为籽晶，所述单晶可以是长方形或圆柱形，直径为8mm，长为120mm，籽晶截面的法线方向为直拉单晶硅晶体的生长方向，优选<100>方向；等径生长时晶体的旋转速度优选10rpm，石英坩埚的旋转速度优选-5rpm。本发明能稳定地制造高质量单晶硅，所制造单晶硅碳含量、氧含量等主要性能指标优于市场同类产品，产品一致性好，产品合格高，制造成本低。

主权项

一种单晶硅制造工艺，是一种通过直拉法（Czochralski法）制造单晶硅的工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：（1）多晶硅的装料和熔化：a)将高纯多晶硅料粉碎，并在硝酸和氢氟酸的混合溶液中清洗外表面，除去可能的金属杂质；b)将粉碎后的高纯多晶硅料放入高纯的石英坩埚内；c)将石英坩埚放入单晶炉中的石墨坩埚中；d)将单晶炉抽真空，再充入保护气，最后加热升温，加热温度超过硅材料的熔点1412℃，使硅材料充分熔化；（2）引晶：a)选用已经精确定向的单晶作为籽晶，所述单晶可以是长方形或圆柱形，直径为8mm，长为120mm，籽晶截面的法线方向为直拉单晶硅晶体的生长方向，为<111>或<100>方向；b)对籽晶进行化学抛光；c)多晶硅溶化后，对熔硅进行保温至熔硅的温度和流动达到稳定；d)将方形<100>方向的单晶籽晶固定在籽晶轴上，并和籽晶轴一起旋转；e)将籽晶缓缓下降，距液面10mm处暂停片刻，待籽晶温度接近熔硅温度时，将籽晶轻轻浸入熔硅，使头部首先少量溶解，然后和熔硅形成一个固液界面；f)将籽晶逐步上升，与籽晶相连并离开固液界面的硅温度降低，形成单晶硅；（3）缩颈：快速向上提拉籽晶，使新结晶的单晶硅的直径达到3mm，长度约为此时晶体直径的6～10倍，旋转速度为2～10rpm；所述石英坩埚沿晶体相反方向旋转，晶体的旋转速度比石英坩埚快1～3倍；（4）放肩：将晶体控制到所需的目标直径；（5）等径生长：所述石英坩埚和晶体相互反方向旋转，晶体的旋转速度为2.5～20rpm，石英坩埚的旋转速度为‑1.25～‑10rpm；根据熔体和单晶炉的状况，控制晶体等径生产所需长度；（6）收尾：晶体直径逐渐缩小，离开熔体；（7）降温：降低温度，逐渐冷却温度。