区熔硅单晶收尾方法和拉制方法与流程

本公开涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种区熔硅单晶收尾方法和拉制方法。

背景技术：

区熔法生产单晶硅是区别于直拉法的一种单晶生长方法，它利用高频感应线圈将高纯的多晶料加热融化，产生的熔区依靠熔硅的表面张力和加热线圈提供的磁托浮力处于悬浮状态，然后利用籽晶熔接多晶棒料经过晶体生长及收尾的过程拉制成单晶。

区熔硅单晶的生长过程主要是清炉、装炉、抽空、预热、化料、引晶、放肩、转肩、等径、收尾、降温、停炉。其中，在相关技术中，在拉制区熔硅单晶的过程中，对区熔硅单晶的收尾操作通常都是采用慢收尾的方式，这就使得区熔硅单晶收尾过程比较耗时。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开提出了一种区熔硅单晶收尾方法和拉制方法，可以有效减少区熔硅单晶的收尾时间，提高收尾速率。

根据本公开的一方面，提供了一种区熔硅单晶收尾方法，包括：

s100，在当前生长单晶体的工艺达到结束等径生长并开启收尾的条件时，关闭所述等径生长操作，控制拉制所述单晶体的区熔单晶炉的上轴和下轴停止下降，并降低功率；

s200，在单晶固液交界面开始收缩时，控制所述下轴开启下降，并在单晶收尾腰开始变细时，控制所述上轴开启下降，并继续降低所述功率预设时间；

反复执行s100和s200，直至达到预设条件后，控制所述上轴开始上升，并在所述单晶固液交界面的直径缩小至第一预设数值时，将多晶原料与单晶体分离。

在一种可能的实现方式中，所述结束等径生长并开启收尾的条件基于当前所设定的单晶体尺寸确定。

在一种可能的实现方式中，基于当前所设定的单晶体尺寸，确定结束等径生长并开启收尾的条件，包括：

在当前所设定的所述单晶体尺寸为4英寸—6英寸之间时，确定所述结束等径生长并开启收尾的条件为：多晶原料的剩余长度为5mm—10mm；

在当前所设定的所述单晶体尺寸为3英寸以下时，确定所述结束等径生长并开启收尾的条件为：所述区熔单晶炉的上轴下降至下限位。

在一种可能的实现方式中，在所述单晶体尺寸为4英寸—6英寸之间时，所述预设条件为单晶收尾直径缩小至40mm—60mm之间；

在所述单晶体尺寸为3英寸以下时，所述预设条件为所述单晶固液交界面的直径为所述单晶体的直径的三分之一。

在一种可能的实现方式中，在所述单晶体尺寸为4英寸—6英寸之间时，所述预设条件为单晶收尾直径缩小至50mm。

在一种可能的实现方式中，所述第一预设数值的取值范围为10mm—30mm。

在一种可能的实现方式中，所述第一预设数值的取值为20mm。

在一种可能的实现方式中，所述功率的降低速率为：每5s下降0.5％*等径功率。

在一种可能的实现方式中，所述上轴下降速率为：等径生长时的上轴下降速度；所述下轴下降速率为：所述单晶体等径生长时的下轴下降速度；所述上轴上升速率为：1mm/min。

根据本公开的另一方面，还提供了一种区熔硅单晶拉制方法，包括前面任一所述的区熔硅单晶收尾方法。

本公开实施例的区熔硅单晶收尾方法，通过在单晶拉制过程中完成等径生长工艺后，采用同时调整上轴速度、下周速度和功率的方式，达到了快速收尾的目的。相较于相关技术中的慢收尾方式，既可以有效解决单晶位错的问题，同时还可以有效降低生产成本，提高单晶的成品率。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出本公开实施例的区熔硅单晶收尾方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出本公开实施例的区熔硅单晶收尾方法的流程图。参阅图1，在本公开实施例的区熔硅单晶收尾方法中，首先包括步骤s100，在当前生长单晶体的工艺达到结束等径生长并开启收尾的条件时，关闭等径生长操作。并控制拉制单晶体的区熔单晶炉的上轴和下轴停止下降，并降低功率。

此处，需要指出的是，在一种可能的实现方式中，当前生长单晶体的工艺是否达到结束等径生长并开启收尾的条件，可以基于当前所设定的单晶体的尺寸来确定。即，根据当前所生长的单晶体的规格尺寸，来确定收尾工艺的开启条件。通过根据当前所生长的单晶体的规格尺寸来确定何时开启收尾工艺，使得每次拉制单晶硅时，收尾工艺的开启时间与当前生长的单晶体更加匹配，这也就使得收尾工艺的开启时间更加准确。

其中，在基于当前所设定的单晶体尺寸确定结束等径生长并开启收尾工艺的条件时，可以包括以下两种方式。

如：在单晶体的尺寸为4英寸—6英寸之间(即，当前所生长的单晶体的尺寸大于等于4英寸且小于等于6英寸)时，结束等径生长并开启收尾(即，开启收尾的时间)的条件为：多晶原料的剩余长度为5mm—10mm之间。也就是说，在当前所生长的单晶体的尺寸为4英寸—6英寸之间时，当多晶原料的剩余长度为5mm—10mm之间中的任一数值时，即可结束单晶的等径生长过程，并开启收尾过程。

在单晶体的尺寸为3英寸以下时，结束等径生长并开启收尾的条件为：区熔单晶炉的上轴下降至下限位。即，在当前所生长的单晶体的尺寸为3英寸以下时，在区熔单晶炉的上轴下降至下限位时，即可结束单晶的等径生长过程，并开启收尾操作。

其中，本领域技术人员可以理解的是，此处所说的单晶体的尺寸指的是单晶体的直径。即，单晶体的直径为4英寸—6英寸之间，或单晶体的直径为3英寸以下。

在当前生长单晶体的工艺达到结束等径生长并开启收尾的条件时，关闭等径生长操作，控制拉制单晶体的区熔单晶炉的上轴和下轴停止下降，并降低功率一段时间后，在单晶固液交界面开始收缩时，执行步骤s200，控制下轴开启下降，并在单晶收尾腰(即，单晶体在经过放肩、等径生长之后所拉制出来的位置)开始变细时，控制上轴开启下降并继续降低功率预设时间。反复执行步骤s100和步骤s200，直至达到预设条件后，执行步骤s300，控制上轴开始上升，并在单晶固液交界面的直径缩小至第一预设数值时，将多晶原料与单晶体分离。

由此，本公开实施例的区熔硅单晶收尾方法，通过在单晶拉制过程中完成等径生长工艺后，采用同时调整上轴速度、下周速度和功率的方式，达到了快速收尾的目的。相较于相关技术中的慢收尾方式，既可以有效解决单晶位错的问题，同时还可以有效降低生产成本，提高单晶的成品率。

其中，需要说明的是，反复执行步骤s100和步骤s200，直至达到预设条件后控制上轴开始上升中的预设条件，基于所拉制的单晶尺寸的不同有所不同。在一种可能的实现方式中，在单晶体的尺寸为4英寸—6英寸之间时，预设条件可以设定为单晶收尾直径缩小至40mm—60mm之间。如：预设条件可以设置为单晶收尾直径缩小至50mm左右。在单晶体尺寸为3英寸以下时，预设条件可以设定为单晶固液交界面的直径为单晶体的直径的三分之一。

进一步的，第一预设数值的取值范围可以设置为10mm—30mm。如：第一预设数值的取值可以设置为20mm。通过将第一预设数值设置为20mm，使得在进行多晶原料与单晶体的分离时，能够实现多晶原料与单晶体之间快速且准确地分离，既避免了单晶固液交界面的直径过大导致多晶原料与单晶体分离时不够彻底的现象，同时还防止了单晶固液交界面的直径过小导致多晶原料与单晶体之间凝固的情况，从而有效保证了所拉制呈的单晶体的质量。

也就是说，本公开实施例的区熔硅单晶收尾方法，为了提高多晶原料的最大利用率，降低生产成本，提高生产效率，在达到结束等径生长阶段开始收尾过程时，通过对上轴速度、下轴速度和功率三项参数均进行调整，来实现区熔硅单晶快速收尾的目的。

其中，通过对上轴速度、下轴速度和功率三项参数均进行调整来进行区熔硅单晶的收尾过程时，不同规格尺寸的单晶体，所对应的收尾工艺参数有所不同。举例来说：

在单晶体的尺寸为4英寸—6英寸时，在多晶原料还剩5mm—10mm时进行收尾工艺。收尾时，采取先停止上轴的速度和下轴的速度，并缓慢降低功率。在单晶固液交界面有要收的迹象时，即单晶固液交界面的直径相较于停止上轴速度和下轴速度之前开始有所缩小时，打开下轴下降速度。并在单晶收尾腰变细时，控制上轴开始旋转，以使上轴开始下降。同时，继续降低功率预设时间。此处，需要说明的是，在该实施例中，预设时间可以根据单晶收尾腰的变化状态来确定。通过反复执行停止上轴的下降速度和下轴的下降速度，打开下轴下降速度和上轴下降速度的操作，以保证单晶收尾腰不至于过细导致凝固。待单晶收尾腰直径缩小至50mm左右时，通过控制上轴的升降开关，以使上轴开启上升操作，并在单晶固液交界面的直径缩小至20mm左右时，快速将多晶原料与单晶体分离。

在单晶体的尺寸为3英寸以下时，在等径生长工艺结束，上轴下降至下限位(即，单晶炉中所设置的上轴能够下降的最低位置)时进行收尾。在收尾时，首先停止下轴的下降速度和上轴的下降速度，并缓慢降低功率。在单晶固液交界面有要收的迹象时，也就是说，在单晶固液交界面的直径开始相较于停止下轴的下降速度和上轴的下降速度之前开始有所缩小时，打开下轴的升降开关，以使下轴开始下降，并继续缓慢降低功率，直至单晶固液交界面缩小至单晶体的直径的三分之一时，再控制上轴开始上升。等单晶固液交界面的直径缩小至20mm左右时，快速将多晶原料与单晶体分离。

此外，还需要指出的是，由于单晶体的直径不同，所需的功率也不相同。在将单晶体与多晶原料分离后功率不应大于55％的等径功率(此处，等径功率指的是在拉制单晶体时，所施加的功率)，以避免打火。

相应的，基于前面任一所述的区熔硅单晶收尾方法，本公开还提供了一种区熔硅单晶拉制方法。由于本公开实施例的区熔硅单晶拉制方法中的收尾工艺采用的是本公开实施例的区熔硅单晶收尾方法，因此重复之处不再赘述。

为了更清楚地说明本公开实施例的区熔硅单晶拉制方法，以下以一具体实施例进行更加详细地说明。

举例来说，本具体实施例采用jq900型区熔单晶炉，拉制6英寸以下的区熔单晶。

首先，装炉、抽空、充氩气：即，利用擦炉纸擦拭单晶炉的炉膛、线圈、保温筒、多晶料夹持器、籽晶夹持器。将多晶原料挂在多晶料夹持器上，并将籽晶夹持在籽晶夹持器上。同时，为了提高单晶的稳定性和合格率，在本公开实施例中，还将单晶炉中的销子片进行加大、加厚处理(即，将销子片的厚度增加到0.2cm，直径增大到80mm)后，将销子片装在单晶夹持器上。然后，关闭炉门，拧紧炉门螺丝，抽真空、充氩气。其中，抽真空、充氩气的操作可以通过在单晶炉的操作屏上来设置抽空充气的程序。如：氩气流量可以设置为20l/min，抽真空后炉室压力为0.050mbar，启动自动抽空至抽空结束。

然后，进行多晶原料的预热、化料：即，打开发生器电源，调至电流模式，并调节电流设定值到25％对硅棒(即，多晶原料)进行预热。待多晶原料微红，将发生器调至电压模式，调节电压设定值30％—50％，启动上转3rpm/min，左右化料。

其次，进行引晶、拉细径操作：将籽晶与熔区点接触，同时开启上轴和下轴的升降装置，调整电压设定值至40％—60％，以生长细径。其中，细径直径为2mm-3mm，长度为40mm—50mm。

接着，执行放肩、线圈偏移和等径生长的过程：即，细径拉制完成后开始放肩，使用上轴的旋转速度和功率控制生长角度，用功率控制熔区的形状，在拉晶过程中偏移线圈至4.6mm左右。待单晶直径大于50mm时，打开操作屏上的自动生长程序至单晶等径。

随后，执行收尾、提断的操作：即，当多晶原料剩余长度在5mm左右时，关闭自动生长程序。先停上轴和下轴的速度，并缓慢降低功率。其中，功率的降低速率可以设置为每5s下降0.5％的等径功率。在单晶固液交界面有要收的迹象时控制下轴下降。待单晶收尾腰变细时打开上轴下降，并继续降低功率。反复执行上述操作以保证腰不要过细造成凝固。单晶收尾直径缩小至50mm左右时，控制上轴上升。等单晶固液交界面的直径缩小至20mm左右时，快速将多晶原料与单晶分离。

最后，执行停气、停炉和拆炉的操作：即，在单晶炉的操作屏上关闭掺杂气体、混合气体、混合氩气。熔区拉断后进行缓慢降温过程。当单晶变黑后，关闭发生器。当单晶冷却后打开炉门取出单晶即可。

本公开实施例的区熔硅单晶拉制方法，通过在收尾过程中采用前面任一所述的区熔硅单晶收尾方法，使得每颗单晶可以缩短收尾时间10分钟以上。并且，多晶原料可以达到最大利用率，每颗单晶收尾可减少三分之二以上的原料，这也就有效地提高了收尾速度，同时还节省了生产成本。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。