单晶硅生长过程中粘壁硅的去除方法

单晶硅生长过程中粘壁硅的去除方法
【专利摘要】本发明提供一种直拉法硅单晶生长工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的去除方法，为去除多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，采用激光束垂直照射多晶硅粘结块与石英坩埚内壁的结合点，熔化结合点处的多晶硅，使多晶硅粘结块整体熔化或部分熔化，未熔化的多晶硅块落入熔融液；为去除单晶硅生长过程中石英坩埚内壁上凝固的多晶硅，采用多台激光束平行照射凝固多晶硅与石英坩埚内壁的结合线，熔化多晶硅凝固块或将凝固薄片切割掉，进入熔融液熔化，从而消除凝固块。
【专利说明】
单晶硅生长过程中粘壁硅的去除方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种直拉法单晶硅工艺过程中坩埚壁上粘接硅的去除方法，特别涉及多晶硅原料熔化过程和单晶硅生长过程中，坩埚壁上粘接硅的去除方法。尤其是采用激光技术加热熔化硅技术。【背景技术】
[0002]在半导体单晶硅的制造工艺中，最常使用的是直拉法(Czochralski，缩写CZ)，在直拉法中，多晶硅是填充在石英玻璃坩埚(也称石英坩埚)中，然后加热熔融形成硅熔液，在硅熔液中浸入籽晶后向上旋转提拉，硅在籽晶与熔溶液的界面处凝固结晶，形成单晶硅锭。
[0003]在提拉法生长单晶硅工艺技术中，多晶硅作为原材料放入在石英坩埚中，并在石英坩埚四周石墨加热器的加热下熔化成熔融态硅熔液。由于熔化是从石英坩埚的底部开始的，所以在熔化过程的最后阶段，可能会出现没有熔化的多晶硅块粘接在石英坩埚内壁的情况。有些时候会还可能出现直径大到几厘米的未熔化多晶硅块，牢固地粘接在石英坩埚内壁的极端情况。这些粘接在石英坩埚内壁的多晶硅块，对于提拉生长单晶硅，是一个非常严重的问题。因为这样巨大的未熔化多晶硅块会导致两个方面潜在问题，第一、石英坩埚在高温下发生弯曲，严重的会导致坩埚破损。第二、多晶硅块也可能在单晶硅生长过程中发生剥落，掉落到熔体中，使熔体发生飞溅。
[0004]在单晶硅生长过程中，如果发现这种粘接在坩埚内壁的多晶硅块体，我们尽可能增加石墨加热器输出功率，提高坩埚壁的温度，或者调整石英坩埚与加热器的位置来尽可能消除这些粘接块，但通常情况下这些方法没有作用。也有采用坩埚升降法来消除这些粘接块，将多晶硅粘接位置调整到热场的最高温度区域，但由于这些粘接块形成在熔体的上方，导热不均匀，同时散热较快，消除效果不理想。而且即使能够消除，但消耗的时间也非常长，严重影响生产效率和产品质量。
[0005]在晶体生长过程中，有时也会在石英坩埚内壁上出现另一种形式的硅粘接物。这是由于在晶体生长过程中，硅熔融液总量随着晶体的生长而逐渐减少，硅熔融液的散热速率增加。在这种情况下，需要加大加热器输出功率，来保证熔体处于熔融温度以上。但是加热器的调整具有一定的滞后现象，如果加热器输出功率不足或滞后时间较长，硅会在石英坩埚内壁表面凝固，形成粘接物。如果出现这种情况，传统的工艺中，不能加大加热器输出功率，提高硅熔融液的温度来消除这些粘结物。因为如果再提高硅熔融液的温度，会对单晶硅的等径生长产生较大的影响，也可能引入缺陷影响单晶硅的质量。因此，通常情况下只好中止晶体生长，重新熔化晶体，完全再从头重新开始。
【发明内容】

[0006]本发明的目的在于提供一种直拉法单晶硅制备工艺中，多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁多晶硅的去除方法；以及硅单晶生长过程中，在石英坩埚内壁上发生凝固的多晶硅的去除方法。
[0007]为了达到以上的目的，本发明技术通过以下方法实现:多晶硅熔化过程粘结在石英坩埚内壁多晶硅的去除方法，采用激光束垂直照射多晶硅粘结块与石英坩埚内壁的结合点，熔化结合点处的多晶硅，使多晶硅粘结块整体熔化或部分熔化，未熔化的多晶硅块落入熔融液。为消除石英坩埚内壁上凝固的多晶硅，采用多台激光束平行照射凝固多晶硅，熔化多晶硅凝固块或将凝固薄片切割掉，进入熔融液熔化，从而消除凝固块。
[0008]为去除多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，在主腔体上方安装一个半导体激光器陈列，见图1所示，激光束通过窗口进入主腔体，激光束焦点在石英坩埚的内壁上。激光束的焦点可以在石英坩埚的内壁上调节，调节范围为从坩埚壁上端到上端以下 50cm。在熔化过程中，石英坩埚以1 rpm的速度旋转，多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，有时块体尺寸较大，可以是几厘米的量级。为消除这种粘结多晶硅块，首先转动石英坩埚使其停在半导体激光束可见的位置上，然后停止坩埚的旋转，通过上下升降调整石英坩埚的位置，将粘结多晶硅块调整到热场的最高温度区域。加大激光器输出功率，使多晶硅粘结块的温度接近熔融的温度。
[0009]为去除多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，半导体激光阵列的输出波长为800nm-900nm。激光的波长超过900nm会因为硅表面的反射而使吸收率下降。见图2所示。本发明选择的激光波长随着粘结块尺寸的增大而减小。对于粘结多晶硅块直径〈l〇mm， 优选850nm波长;对于粘结多晶娃块直径多10mm，优选808nm波长。短波长激光可以提高吸收系数，缩短消除粘结物的时间，提高生产效率。
[0010]为去除多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，半导体激光阵列的输出功率范围为10-50W，最佳的输出功率范围为15-50W。选择的激光功率随着粘结块与石英坩埚内壁结合界面长度的增大而增加。对于结合界面长度〈l〇mm，优选15W;对于结合界面长度多10mm，优选50W。高功率激光可以提高粘结硅的熔化速度，缩短消除粘结物的时间，提高生产效率。但高功率的激光价格高，提高了生产成本。[〇〇11]激光束通过透镜聚焦在石英坩埚内壁上，其光斑形状为10mmX4mm。见图3所示。 [0〇12 ]为去除多晶硅恪化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，激光斑点长边(1 〇mm)方向垂直于石英坩埚内壁，1/3照射在石英坩埚上，2/3照射在多晶硅粘结块上，保证熔化后的硅熔融液可以沿坩埚壁流入熔体中。见图5。激光束从粘结块的一侧开始照射，当粘结块照射区域熔化后，调节激光束方向和转动坩埚，照射邻近的区域，直到粘结块与石英坩埚内壁的结合区域全部熔化。对于熔化过程中出现的多晶硅粘结块，主要的机理是熔化。配合切割及重力因素，综合消除粘结硅。
[0013] 为去除单晶硅生长过程中，石英坩埚内壁上出现的凝固多晶硅，采用至少四台以上的半导体激光阵列，均匀分布在单晶炉上部主腔体四周，形成一个均匀的热场，不影响单晶硅棒的质量，也特殊调节拉晶工艺参数。因为对于这种单晶硅生长过程中出现的硅粘结物，如果采用非均匀加热技术，会因为加热的不均匀而导致单晶硅棒的变形。[〇〇14]为去除石英坩埚内壁上凝固的多晶硅，均匀排布的半导体激光阵列的输出波长为 600nm-800nm。波长小于600nm的高能激光束吸收率虽然较高，但是这种高能激光器的激光束控制难度大，同时在市场上也难以买到高功率高能半导体激光器。选择的激光波长随着粘结块尺寸的增大而减小。对于粘结多晶娃块直径〈l〇mm，优选793nm波长;对于粘结多晶娃块直径多l〇mm，优选635nm波长。短波长激光可以提高吸收系数，缩短消除粘结物的时间，提高生产效率。
[0015]半导体激光阵列的输出功率为1-15W，最佳的输出功率范围为1-5W。多台高功率激光加热，可能会引起硅熔液的温度变化，影响硅棒质量，增加工艺难度。因此，采用高吸收系数和低功率方法，消除凝固硅块，同时不影响工艺制度。选择的激光功率随着粘结块与石英坩埚内壁结合界面长度的增加而增大。对于结合界面长度<l〇mm，优选1W;对于结合界面长度> 10_，优选5W。高功率激光可以提高粘结硅的熔化速度，缩短消除粘结物的时间，提高生产效率。但高功率的激光价格高，提高了生产成本。
[0016]为去除石英坩埚内壁上凝固的多晶硅，均匀排布的半导体激光阵列的激光束通过透镜聚焦在石英坩埚内壁与凝固块的结合界面上，其光斑焦点形状为9_X0.2mm。见图4所示。激光斑点长边(9mm)方向平行于石英坩埚内壁。见图6。均匀排布的半导体激光阵列见图 1。
[0017]为去除单晶硅生长过程中石英坩埚内壁上凝固的多晶硅，通过生长过程中石英坩埚的旋转，均匀排布的激光束，等间距照射在石英坩埚内壁上与凝固块结合界面处，随着坩埚的旋转，形成一个坩埚内壁与凝固块结合界面的加热环，集中加热界面区域。见图6所示。 通过激光束加热，使结合界面凝固硅熔化，将凝固硅整体熔化或切割掉，由于凝固块较小， 进入熔融液后立刻熔体，不影响晶体生长。对于这种晶体生长过程中出现的凝固硅，主要的消除机理是切割。【附图说明】
[0018]图1为本发明激光器安放位置示意图。
[0019]图2为本发明采用的激光波长与硅的吸收系数之间的关系。
[0020]图3为本发明消除粘结硅的10mmX4mm激光斑点图。[0021 ]图4为本发明消除凝固硅的9mm X 0.2mm激光斑点图。
[0022]图5为本发明消除粘结硅的激光作用示意图。
[0023]图6为本发明消除凝固硅的激光作用示意图。
[0024]图7为本发明均匀排布的半导体激光阵列示意图。【具体实施方式】
[0025]实施例1在Cz单晶炉内，采用24英寸石英坩埚中熔化150kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。在多晶硅熔化过程中，在石英坩埚内壁上出现了一块直径约5cm的硅粘接物。当所有其它多晶硅完全熔融后，这个粘接块依然存在。为消除这个在熔化过程中形成的多晶硅粘块，采用功率为50W，中心波长为808nm的半导体激光束，放置在上部主腔体的观察窗上，通过透镜将激光束在石英坩埚壁上聚焦成1〇_X 4mm的光斑，光斑长边垂直于石英坩埚内壁。石英坩埚以1 rpm的速度旋转，调整转动将石英坩埚上的粘接块停在半导体激光束可见的位置上，调整石英坩埚升降，使粘结块处于热场高温区域。增加加热器的功率，使粘结块处于近熔融温度。 通过改变激光束方向改变激光斑点位置，使激光斑点照射在粘接块与石英坩埚内壁的粘接位置上，1/3照射在石英坩埚上，2/3照射在多晶硅粘结块上，从一侧开始加热。见图5所示。硅粘结块在激光照射下开始熔化，照射斑点区域熔化后，通过精细改变激光束斑的位置，将斑点逐步向前移动，加热下一个邻近区域，同时保证激光斑点加热的始终是硅粘接块与石英坩埚的界面，通过lOmin的照射，硅粘接块脱离石英坩埚掉落到熔体中。实施例2在Cz单晶炉内，采用24英寸石英坩埚中熔化150kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。在多晶硅熔化过程中，在石英坩埚内壁上出现了一块直径约9_的硅粘接物。当所有其它多晶硅完全熔融后，这个粘接块依然存在。为消除这个在熔化过程中形成的多晶硅粘块，采用功率为15W，中心波长为850nm的半导体激光束，放置在上部主腔体的观察窗上，通过透镜将激光束在石英坩埚壁上聚焦成l〇mm X 4mm的光斑，光斑长边垂直于石英坩埚内壁。石英坩埚以1 rpm的速度旋转，调整转动将石英坩埚上的粘接块停在半导体激光束可见的位置上，调整石英坩埚升降，使粘结块处于热场高温区域。增加加热器的功率，使粘结块处于近熔融温度。 通过改变激光束方向改变激光斑点位置，使激光斑点照射在粘接块与石英坩埚内壁的粘接位置上，1/3照射在石英坩埚上，2/3照射在多晶硅粘结块上，从一侧开始加热。见图5所示。 硅粘结块在激光照射下开始熔化，照射斑点区域熔化后，通过精细改变激光束斑的位置，将斑点逐步向前移动，加热下一个邻近区域，同时保证激光斑点加热的始终是硅粘接块与石英坩埚的界面，通过5min的照射，硅粘接块完成熔化到熔体中。
[0026] 实施例3在Cz单晶炉内，采用24英寸石英坩埚中熔化145kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。在多晶硅熔化过程中，在石英坩埚内壁上出现了一块40mm X 20mm形状不规则的硅粘接物，结合线的长度约40_。当所有其它多晶硅完全熔融后，这个粘接块依然存在。为消除这个在熔化过程中形成的多晶硅粘块，采用功率为35W，中心波长为800nm的半导体激光束，放置在上部主腔体的观察窗上，通过透镜将激光束在石英坩埚壁上聚焦成10mmX4mm的光斑，光斑长边垂直于石英坩埚内壁。石英坩埚以1 rpm的速度旋转，调整转动将石英坩埚上的粘接块停在半导体激光束可见的位置上，调整石英坩埚升降，使粘结块处于热场高温区域。增加加热器的功率，使粘结块处于近熔融温度。通过改变激光束方向改变激光斑点位置，使激光斑点照射在粘接块与石英坩埚内壁的粘接位置上，1/3照射在石英坩埚上，2/3照射在多晶硅粘结块上，从一侧开始加热。见图5所示。硅粘结块在激光照射下开始熔化，照射斑点区域熔化后，通过精细改变激光束斑的位置，将斑点逐步向前移动，加热下一个邻近区域，同时保证激光斑点加热的始终是硅粘接块与石英坩埚的界面，通过12min的照射，硅粘接块脱离石英坩埚掉落到熔体中。[〇〇27] 实施例4在Cz单晶炉内，采用24英寸石英坩埚中熔化120kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。在多晶硅熔化过程中，在石英坩埚内壁上出现了一块直径约8_的硅粘接物。当所有其它多晶硅完全熔融后，这个粘接块依然存在。为消除这个在熔化过程中形成的多晶硅粘块，采用功率为10W，中心波长为808nm的半导体激光束，放置在上部主腔体的观察窗上，通过透镜将激光束在石英坩埚壁上聚焦成l〇mm X 4mm的光斑，光斑长边垂直于石英坩埚内壁。石英坩埚以1 rpm的速度旋转，调整转动将石英坩埚上的粘接块停在半导体激光束可见的位置上，调整石英坩埚升降，使粘结块处于热场高温区域。增加加热器的功率，使粘结块处于近熔融温度。 通过改变激光束方向改变激光斑点位置，使激光斑点照射在粘接块与石英坩埚内壁的粘接位置上，1/3照射在石英坩埚上，2/3照射在多晶硅粘结块上，从一侧开始加热。见图所示。硅粘结块在激光照射下开始熔化，照射斑点区域熔化后，通过精细改变激光束斑的位置，将斑点逐步向前移动，加热下一个邻近区域，同时保证激光斑点加热的始终是娃粘接块与石英坩埚的界面，照射5min后，粘结块发生翻转，但仍粘接在坩埚上。再次调整激光的方向，重新开始处理。通过15min的照射，硅粘接块大部分熔化，只有很小的一块脱离石英坩埚掉落到熔体中。
[0028] 实施例5在Cz单晶炉内，采用22英寸石英坩埚中熔化100kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。多晶硅的熔融过程没有任何问题，而且提拉长晶初期也很正常。当单晶硅棒重量达到80kg时，硅在石英坩埚壁上开始凝固。凝固有沿着坩埚与熔融液界面逐渐增大的趋势，从观察窗中可测量出凝固体边缘光滑，在熔体表面上呈薄片状，在石英坩埚内壁上呈层叠状态。与石英坩埚内壁的结合长度为45mm左右。[〇〇29]采用四台半导体激光器，波长为635nm功率为5W，均匀安装于单晶炉上部主腔体四周。通过透镜将激光束斑点形状聚焦成9mmX0.2mm，激光束斑点长边平行于石英坩埚内壁。 调整激光束的方向和位置，使激光束斑点照射在凝固多晶硅与石英坩埚内壁的结合线上。 见图6所示。
[0030]在使用激光照射20分钟后，石英坩埚壁上凝固的硅开始渐渐熔化，从一侧发生偏转，进入熔体。在采用激光熔化石英坩埚内壁上凝固多晶硅的过程中，单晶棒形状没有发生改变，也没有对硅单晶引入任何缺陷。实施例6在Cz单晶炉内，采用22英寸石英坩埚中熔化110kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。多晶硅的熔融过程没有任何问题，而且提拉长晶初期也很正常。当单晶硅棒重量达到50kg时，硅在石英坩埚壁上开始凝固。凝固有沿着坩埚与熔融液界面逐渐增大的趋势，从观察窗中可测量出凝固体边缘光滑，在熔体表面上呈薄片状，在石英坩埚内壁上呈层叠状态。与石英坩埚内壁的结合长度为8mm。[〇〇31]采用四台半导体激光器，波长为793nm功率为1W，均匀安装于单晶炉上部主腔体四周。通过透镜将激光束斑点形状聚焦成9mmX0.2mm，激光束斑点长边平行于石英坩埚内壁。 调整激光束的方向和位置，使激光束斑点照射在凝固多晶硅与石英坩埚内壁的结合线上。
[0032]在使用激光照射10分钟后，石英坩埚壁上凝固的硅开始渐渐熔化，进入熔体。在采用激光熔化石英坩埚内壁上凝固多晶硅的过程中，单晶棒形状没有发生改变，也没有对硅单晶引入任何缺陷。
[0033]实施例7在Cz单晶炉内，采用22英寸石英坩埚中熔化100kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。多晶硅的熔融过程没有任何问题，而且提拉长晶初期也很正常。当单晶硅棒重量达到40kg时，硅在石英坩埚壁上开始凝固，发生了两处粘结，与石英坩埚内壁的结合长度分别为30mm和 20mm 〇[〇〇34]采用六台半导体激光器，波长为635nm功率为3W，均匀安装于单晶炉上部主腔体四周。通过透镜将激光束斑点形状聚焦成9mmX0.2mm，激光束斑点长边平行于石英坩埚内壁。 调整激光束的方向和位置，使激光束斑点照射在凝固多晶硅与石英坩埚内壁的结合线上。
[0035]在使用激光照射8分钟后，石英坩埚壁上两个凝固的硅块开始渐渐熔化，进入熔体。在采用激光熔化石英坩埚内壁上凝固多晶硅的过程中，单晶棒直径增加了〇.2mm，没有对硅单晶引入任何缺陷。
[0036]实施例8在Cz单晶炉内，采用22英寸石英坩埚中熔化100kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。多晶硅的熔融过程没有任何问题，而且提拉长晶初期也很正常。当单晶硅棒重量达到80kg时，硅在石英坩埚壁上开始凝固。与石英坩埚内壁的结合长度为7_。[〇〇37]采用四台半导体激光器，波长为660nm功率为1W，均匀安装于单晶炉上部主腔体四周。通过透镜将激光束斑点形状聚焦成9mmX0.2mm，激光束斑点长边平行于石英坩埚内壁。 调整激光束的方向和位置，使激光束斑点照射在凝固多晶硅与石英坩埚内壁的结合线上。
[0038]在使用激光照射8分钟后，石英坩埚壁上凝固的硅开始渐渐熔化，进入熔体。在采用激光熔化石英坩埚内壁上凝固多晶硅的过程中，单晶棒形状没有发生改变，也没有对硅单晶引入任何缺陷。实施例9在Cz单晶炉内，采用24英寸石英坩埚中熔化150kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。在多晶硅熔化过程中，在石英坩埚内壁上出现了一块直径约9.3mm的硅粘接物。当所有其它多晶硅完全熔融后，这个粘接块依然存在。为消除这个在熔化过程中形成的多晶硅粘块，采用功率为15W，中心波长为900nm的半导体激光束，放置在上部主腔体的观察窗上，通过透镜将激光束在石英坩埚壁上聚焦成10mmX4mm的光斑，光斑长边垂直于石英坩埚内壁。石英坩埚以 1 rpm的速度旋转，调整转动将石英坩埚上的粘接块停在半导体激光束可见的位置上，调整石英坩埚升降，使粘结块处于热场高温区域。增加加热器的功率，使粘结块处于近熔融温度。通过改变激光束方向改变激光斑点位置，使激光斑点照射在粘接块与石英坩埚内壁的粘接位置上，1/3照射在石英坩埚上，2/3照射在多晶硅粘结块上，从一侧开始加热。见图5所示。硅粘结块在激光照射下开始熔化，照射斑点区域熔化后，通过精细改变激光束斑的位置，将斑点逐步向前移动，加热下一个邻近区域，同时保证激光斑点加热的始终是硅粘接块与石英坩埚的界面，通过5min25s的照射，硅粘接块完成熔化到熔体中。
[0039]实施例10在Cz单晶炉内，采用22英寸石英坩埚中熔化100kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。多晶硅的熔融过程没有任何问题，而且提拉长晶初期也很正常。当单晶硅棒重量达到48kg时，硅在石英坩埚壁上开始凝固，与石英坩埚内壁的结合长度为30.5mm。
[0040]采用六台半导体激光器，波长为600nm功率为3W，均匀安装于单晶炉上部主腔体四周。通过透镜将激光束斑点形状聚焦成9mmX0.2mm，激光束斑点长边平行于石英坩埚内壁。 调整激光束的方向和位置，使激光束斑点照射在凝固多晶硅与石英坩埚内壁的结合线上。
[0041]在使用激光照射9分钟后，石英坩埚壁上两个凝固的硅块开始渐渐熔化，进入熔体。在采用激光熔化石英坩埚内壁上凝固多晶硅的过程中，单晶棒直径增加了0.25mm，没有对硅单晶引入任何缺陷。
[0042]实施例11在Cz单晶炉内，采用22英寸石英坩埚中熔化100kg多晶硅，制备8英寸硅单晶棒。多晶硅的熔融过程没有任何问题，而且提拉长晶初期也很正常。当单晶硅棒重量达到80kg时，硅在石英坩埚壁上开始凝固。与石英坩埚内壁的结合长度为7.5_。[〇〇43]采用四台半导体激光器，波长为800nm功率为1W，均匀安装于单晶炉上部主腔体四周。通过透镜将激光束斑点形状聚焦成9mmX0.2mm，激光束斑点长边平行于石英坩埚内壁。 调整激光束的方向和位置，使激光束斑点照射在凝固多晶硅与石英坩埚内壁的结合线上。
[0044]在使用激光照射12分钟后，石英坩埚壁上凝固的硅开始渐渐熔化，进入熔体。在采用激光熔化石英坩埚内壁上凝固多晶硅的过程中，单晶棒形状没有发生改变，也没有对硅单晶引入任何缺陷。
【主权项】
1 ? 一种直拉法单晶娃制备工艺中石英谢埚内壁的多晶娃的去除方法，其特征在于:为 去除多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，采用激光束垂直照射多晶硅粘结块 与石英坩埚内壁的结合点，熔化结合点处的多晶硅，使多晶硅粘结块整体熔化或部分熔化， 未熔化的多晶硅块落入熔融液;为去除单晶硅生长过程中石英坩埚内壁上凝固的多晶硅， 采用多台激光束平行照射凝固多晶硅与石英坩埚内壁的结合线，熔化多晶硅凝固块或将凝 固薄片切割掉，进入熔融液熔化。2.根据权利要求1所述的一种直拉法单晶硅制备工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的去除 方法，其特征在于:为去除多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，在主腔体上方 安装一个半导体激光器陈列，激光束通过窗口进入主腔体，激光束焦点在石英坩埚的内壁 上，激光束焦点可以在石英坩埚的内壁上调节，调节范围为从坩埚壁上端到上端以下50cm。3.根据权利要求1或2所述的一种直拉法单晶硅制备工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的 去除方法，其特征在于:为去除多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，首先转动 石英坩埚使其停在半导体激光束可见的位置上，然后停止坩埚的旋转，通过上下升降调整 石英坩埚的位置，将粘结多晶硅块调整到热场的最高温度区域;加大激光器输出功率，使多 晶硅粘结块的温度接近熔融的温度。4.根据权利要求1或2所述的一种直拉法单晶硅制备工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的 去除方法，其特征在于:为去除多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，半导体激 光阵列的输出波长为800nm-900nm;选择的激光波长随着粘结块尺寸的增大而减小;对于粘 结多晶娃块直径〈1 〇臟，优选850nm波长;对于粘结多晶娃块直径彡10mm，优选808nm波长。5.根据权利要求1或2所述的一种直拉法单晶硅制备工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的 去除方法，其特征在于:为去除多晶硅熔化过程中粘结在石英坩埚内壁的多晶硅，半导体激 光阵列的输出功率范围为10-50W，最佳的输出功率范围为15-50W，选择的激光功率随着粘 结块与石英坩埚内壁结合界面长度的增大而增加;对于结合界面长度〈l〇mm，优选15W;对于 结合界面长度多l〇mm，优选50W。6.根据权利要求1或2所述的一种直拉法单晶硅制备工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的 去除方法，其特征在于:为去除多晶娃恪化过程中粘结在石英谢埚内壁的多晶娃，激光束通 过透镜聚焦在石英坩埚内壁上，其光斑形状为l〇mm X 4mm;激光斑点长边(10_)方向垂直于 石英坩埚内壁，1/3照射在石英坩埚上，2/3照射在多晶硅粘结块上;激光束从粘结块的一侧 开始照射，当粘结块照射区域熔化后，调节激光束方向和转动坩埚，照射邻近的区域，直到 粘结块与石英坩埚内壁的结合区域全部熔化。7.根据权利要求1所述的一种直拉法单晶硅制备工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的去除 方法，其特征在于:为去除单晶硅生长过程中石英坩埚内壁上凝固的多晶硅，采用至少四台 以上的半导体激光阵列，均匀分布在单晶炉上部主腔体四周，形成一个均匀的热场;均匀排 布的半导体激光阵列的输出波长为600nm-800nm;选择的激光波长随着粘结块尺寸的增大 而减小;对于粘结多晶娃块直径〈1 〇mm，优选79 3nm波长;对于粘结多晶娃块直径彡10mm，优 选635nm波长。8.根据权利要求1或7所述的一种直拉法单晶硅制备工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的 去除方法，其特征在于:为去除单晶硅生长过程中石英坩埚内壁上凝固的多晶硅，半导体激 光阵列的输出功率为1-15W，最佳的输出功率范围为1-5W;选择的激光功率随着粘结块与石英坩埚内壁结合界面长度的增加而增大;对于结合界面长度<l〇mm，优选1W;对于结合界面 长度>10mm，优选5W。9.根据权利要求1或7所述的一种直拉法单晶硅制备工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的 去除方法，其特征在于:为去除单晶硅生长过程中石英坩埚内壁上凝固的多晶硅，均匀排布 的半导体激光阵列的激光束通过透镜聚焦在石英坩埚内壁与凝固块的结合界面上，其光斑 焦点形状为9_ X 0.2_，激光斑点长边(9_)方向平行于石英坩埚内壁。10.根据权利要求1或7所述的一种直拉法单晶硅制备工艺中石英坩埚内壁的多晶硅的 去除方法，其特征在于:为去除单晶硅生长过程中石英坩埚内壁上凝固的多晶硅，通过生长 过程中石英坩埚的旋转，均匀排布的激光束，等间距照射在石英坩埚内壁上与凝固块结合 界面处，随着坩埚的旋转，形成一个坩埚内壁与凝固块结合界面的加热环，集中加热界面区 域;通过激光束加热，使结合界面凝固硅熔化，将凝固硅整体熔化或切割掉。
【文档编号】C30B15/20GK105951175SQ201610364026
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】张俊宝, 刘浦锋, 宋洪伟, 陈猛
【申请人】上海超硅半导体有限公司