一种降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法与流程

本发明涉及一种降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，属于直拉单晶硅。

背景技术：

1、随着半导体领域对于单晶硅片技术水平要求不断提高，磁控拉晶技术（mcz）已成为半导体领域的核心技术。磁控直拉单晶硅技术在传统直拉（cz）硅单晶生长基础上，外加磁场，从而抑制晶体生长中产生的热对流，有效提高长晶成功率，降低晶体内的氧含量，从而提高晶体质量。

2、目前，直拉法拉制单晶硅晶棒的工艺过程主要包括装炉、抽真空、检漏、化料、稳定、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等工序。在化料过程中，硅料熔化后，熔体中会夹杂大量的气泡，而在拉晶过程中，磁场的存在又会抑制熔体内对流，熔体内气泡不易逸出，气泡进而在晶棒生长过程中随晶棒生长而存留在晶棒中，单晶硅晶棒切片后，晶棒中的气泡以“孔”的形式表观在单晶片上。气孔的存在会导致单晶切片次品率的升高，由于气孔导致的单晶片出现的次品率为单晶硅晶棒的气孔率。因此，降低单晶硅晶棒气孔率对于提高晶体质量尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，以解决磁控拉晶法制备的单晶硅晶棒中存在气孔的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，主要工序包括：备料、码料工序、化料工序、稳定工序、引晶工序、放肩工序、转肩工序、等径工序及收尾工序；所述稳定工序包含两个步骤：

4、（1）化料完成后提高底加热器功率至35-45kw，降低主加热器功率至75-85kw，维持1h-2h，增强熔体底部自然对流，提高气泡逸出速度；

5、（2）降低底加热器功率至拉晶所需功率0-10kw，调节主加热器功率至90-105kw，磁场强度为0.3-0.4t。

6、优选地，在备料阶段，埚内装料采用45-100mm的块料及5-45mm的碎料，调整块料的占比为80%-90%，减小多晶硅料比表面积。

7、优选地，在码料工序中，多晶硅块料和石英坩埚面充分接触，避免化料过程中多晶硅料挤压石英坩埚产生尖锐的凹陷。

8、优选地，在化料工序中，底加热器功率为15-30kw，主加热器功率为100-115kw，控制炉体内氩气流量为100-130slpm（l/min），炉体内部气氛压力1.5-2.5kpa。

9、优选地，在引晶工序、放肩工序、转肩工序、等径工序及收尾工序中，底加热器功率为0-10kw。

10、优选地，在引晶工序、放肩工序、转肩工序、等径工序及收尾工序中，磁场强度均为0.3-0.4t。

11、优选地，在备料阶段所选用的石英坩埚为32英寸，等径工序单晶的直径为12英寸。

12、本发明的有益效果：

13、根据本发明改进后的磁控拉晶方法，在化料工序完成后，通过提高底部加热器至35-45kw，降低主加热器功率至75-85kw的方式，增强熔体对流，使熔体中气泡快速逸出；若降低底加热器功率至35kw以下，熔体底部向上的对流变弱，熔体中气泡逸出速度降低，单晶硅晶棒气孔率升高；在备料装炉阶段，埚内装料选用大块料及调整码料方式减少气泡的产生；在稳定、引晶、放肩、转肩、等径、收尾过程中，通过降低底部加热器功率，降低熔体底部对流，抑制气泡向上流动。

14、采用本发明的方法拉制的单晶硅晶棒切片出现气孔的比率明显降低，显著提高了产品合格率。

技术特征：

1.一种降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，主要工序包括：备料、码料工序、化料工序、稳定工序、引晶工序、放肩工序、转肩工序、等径工序及收尾工序；其特征在于，所述稳定工序包含两个步骤：

2.如权利要求1所述的降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，其特征在于，在备料阶段，埚内装料采用45-100mm的块料及5-45mm的碎料，调整块料的占比为80%-90%。

3.如权利要求2所述的降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，其特征在于，在码料工序中，多晶硅块料和石英坩埚面接触。

4.如权利要求1所述的降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，其特征在于，在化料工序中，底加热器功率为15-30kw，主加热器功率为100-115kw，炉体内氩气流量为100-130slpm，炉体内部气氛压力为1.5-2.5kpa。

5.如权利要求1所述的降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，其特征在于，在引晶工序、放肩工序、转肩工序、等径工序及收尾工序中，底加热器功率为0-10kw。

6.如权利要求1所述的降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，其特征在于，在引晶工序、放肩工序、转肩工序、等径工序及收尾工序中，磁场强度均为0.3-0.4t。

7.如权利要求1所述的降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，其特征在于，在备料阶段所选用的石英坩埚为32英寸。

8.如权利要求7所述的降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，其特征在于，等径工序中单晶的直径为12英寸。

技术总结
本发明公开了一种降低单晶硅晶棒气孔率的磁控拉晶方法，属于直拉单晶硅技术领域。该方法的主要工序包括：备料、码料工序、化料工序、稳定工序、引晶工序、放肩工序、转肩工序、等径工序及收尾工序；所述稳定工序包含两个步骤：（1）化料完成后提高底加热器功率至35‑45kW，降低主加热器功率至75‑85kW，维持1h‑2h，增强熔体底部自然对流，提高气泡逸出速度；（2）降低底加热器功率至拉晶所需功率0‑10kW，调节主加热器功率，调节主加热器功率至90‑105kW，磁场强度为0.3‑0.4T。采用本发明的方法，一方面减少了熔体中气泡产生，另一方面增加了熔体中气泡的逸出速度，降低了单晶硅出现气孔的比率，提高了产品合格率。

技术研发人员：王春磊,吕振虎,张亚君,秦瑞锋,陈浩,李洋,闫志瑞,肖清华
受保护的技术使用者：山东有研艾斯半导体材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5