一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热系统及工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102358951A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102358951A(43)申请公布日2012.02.22(21)申请号201110306527.3C30B29/06(2006.01)(22)申请日2011.10.11(71)申请人天津市环欧半导体材料技术有限公司地址300384天津市西青区华苑产业园区（环外）海泰东路12号(72)发明人高树良张雪囡王彦君靳立辉康冬辉王遵义李建弘沈浩平(74)专利代理机构天津中环专利商标代理有限公司12105代理人王凤英(51)Int.Cl.C30B13/20(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图1页(54)发明名称一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热系统及工艺(57)摘要本发明涉及一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热系统及工艺。热系统包括线圈和保温筒，线圈上表面为倾斜多台阶线圈，线圈外径为Φ350±50mm，内径为Φ50±2mm，厚度为30±2mm。保温筒直径为Φ350±50mm，高度为100±20mm。线圈与保温筒的距离为100±50mm。其工艺为：在扩肩过程中向炉室内通入掺杂气体，下轴转速为7～10rpm，扩肩角度为40°±2°；在等径生长过程中，下轴下降速度约为3～4mm/min，下轴转速为3～5rpm，线圈发生器功率为其额定功率的60%～70%。通过采用新设计的热系统及调整了工艺参数，可以成功拉制出Φ6英寸区熔气掺硅单晶，解决了大直径区熔气掺硅单晶在生产过程容易产生位错断苞及“出刺”问题，从而满足市场对大直径硅单晶的需求。CN1023589ACCNN110235895102358967A权利要求书1/1页1.一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热系统，包括线圈（1）和保温筒（2），其特征在于：所述线圈（1）上表面为倾斜多台阶线圈，线圈（1）外径为Φ350±50mm，内径为Φ50±2mm，厚度为30±2mm。2.根据权利要求1所述的一种Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热系统，其特征在于：所述保温筒（2）直径为Φ350±50mm，高度为100±20mm。3.根据权利要求1所述的一种Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热系统，其特征在于：所述线圈（1）与保温筒（2）的距离为100±50mm。4.一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的工艺，其特征在于：在扩肩过程中向炉膛通入掺杂气体，下轴转速为7～10rpm，扩肩角度为40°±2°；在等径生长过程中，下轴下降速度为3～4mm/min，下轴转速为3～5rpm，线圈发生器功率为其额定功率的60%～70%。2CCNN110235895102358967A说明书1/2页一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热系统及工艺技术领域[0001]本发明涉及硅单晶的生产方法，特别涉及一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热系统及工艺。背景技术[0002]半导体器件厂家出于提高生产率、降低成本、增加利润等方面的考虑，都逐步要求增大硅片的直径，大直径化是半导体器件行业和材料行业的永恒课题。但是在区熔硅单晶的生产过程中，随着单晶直径的增大，其成晶也越来越困难。[0003]拉制区熔直径单晶，由于单晶中心处散热较慢，边缘散热较快，所以单晶固液界面为下凹的碗状。单晶边缘先于中心凝固，当中心处凝固时体积膨胀，会产内部应力。一旦应力大于硅单晶的弹性极限，则会产生位错断苞。在拉制大直径硅单晶时问题尤为突出，由于直径较大，单晶内外散热速度差别更大，中心凝固结晶时产生的应力也更大，更容易产生位错断苞。单晶在生长过程中，一旦碰到杂质颗粒，很容易产生新的晶核而变成多晶。对单晶进行掺杂，即为向单晶晶格内部引入杂质原子，增加了断苞的风险。要成功拉制大直径掺杂单晶，对热场提出了更高要求。[0004]现有技术下的区熔硅单晶的最大尺寸为Φ5英寸或Φ6英寸。发明内容[0005]本发明的目的在于提供一种生产Φ6英寸区熔气掺硅单晶的热系统及工艺。[0006]为达到以上目的，需对热系统进行调整，使单晶内部和外部的凝固更为同步，以降低应力导致断苞的概率。[0007]增加保温筒的高度至100mm左右，直径增加至350±50mm，与线圈间距离降低至100±50mm，增强了其保温效果，可以减缓单晶外部的冷却速率，从而使单晶内外凝固结晶较为同步，降低产生的热应力。[0008]等径过程中，降低下轴转速至3~5rpm；扩肩过程中，降低下轴转速至7~10rpm。两者都可以降低单晶与周围气氛的相对运动，也可以减缓单晶外部的冷却速率，从而使单晶内外凝固结晶较为同步，降低产生的热应力。[0009]扩肩时选择缓慢扩肩，使扩肩角度为40°±2°，也可以使单晶内部和边缘的凝固结晶较为同步，降低热应力产生的概率。[0010]由于单晶冷却速率降低了，所以对硅单晶相变潜热的释放能力也降低了，需要适当降低下轴的下降速度