一种大直径单晶硅放肩生长工艺的制作方法

本发明属于单晶硅技术领域，具体涉及一种大直径单晶硅放肩生产工艺。

背景技术：

在这飞速发展的时代，全球信息通讯不断进步，计算机业，网络业等依赖于半导体工业的信息技术得到了飞速的发展，而信息技术的发展快速与否成为了每一个发达国家进步标准。在国际半导体行业的飞速扩张，我国也紧跟时代的步伐，我国的集成电路产业也行成了规模，集成电路的基础正是半导体行业。在这种社会背景的需求下，单晶硅作为一种半导体材料也得到了广泛的应用。由于全球市场需求的12英寸(300mm)晶圆片，需求直径逐渐增大至17英寸以上，且需求量越来越大。生产单晶硅的主要方法有：直拉法(cz法)、区熔法(fz法)和外延法，直拉法是生产单晶硅最为广泛的应用。

单晶炉生产过程包括以下工序：拆炉-装料-熔料-引晶-放肩-转肩-等径-收尾-停炉。而等径控制是单晶炉自动控制的核心，放肩是前提。大单晶在生长过程中可受到温度、拉速、转速、坩埚升速、保护气体的流量与温度等因素的影响。在忽略一些干扰因素影响下，单晶生长受温度和拉速影响。因此，炉内热场和生长速度的精准是单晶控制的重点。

在等径过程前，存在一个问题，就是放肩的成功率，在目前大部分放肩工艺中都是通过调整拉速、晶转、埚转和埚升来实现，对于放肩温度的调整只是根据具体放肩形状，楞线开口大小，等实际晶体形状来调节温度，但对于如何进行温度的调整并没有一个明确的规则。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大直径单晶硅放肩生长工艺，该工艺可以提高放肩的成功率。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种大直径单晶硅放肩生长工艺，其特征在于，放肩系统作业参数(sop，标准作业程序)中的长度按照1mm、15mm、30mm、45mm、60mm、75mm、90mm、105mm编写，降温速率定义为放肩温度差值(sp值差值)除以放肩长度差值；放肩初始时放肩温度sp值减少0-5，在1mm时放肩温度sp值减少1-2；在15mm时放肩温度sp值减少5-6，降温速率为0.3-0.4，保证比前面的放肩温度降得多，使其有变大的过程；在30mm时，肩部形状初步确定，需要加快放肩速度，放肩温度sp值减少10-12，降温速率为0.3-0.4；在45mm时放肩温度sp值减少20-22，降温速率为0.5-0.6；在60mm时放肩温度sp值减少31-33，降温速率为0.7-0.8；在75mm时放肩温度sp值减少50-55，降温速率为1.2-1.35；在90mm时放肩温度sp值减少69-71，降温速率为1.35-1.4；在105mm时放肩温度sp值减少90-92，降温速率为1.42-1.55。

在引晶结束时的拉速必定高于放肩的拉速设定值，才可以形成放肩过程，所以放肩初始的降温不至于过低，0-5即可。放肩过程是把细颈缓慢放大到目标直径的过程。在放肩过程中，楞线生长方向应为沿着液面向外生长，在前30mm过程中不易过快，过快会导致，楞线开口。楞线在开口过程中，楞线部位的生长速率会略低于其他部位，若楞线开口过早，其肩部形状呈方形，会导致放肩失败。在30mm-60mm为放肩至关重要的阶段，不易过快，也不易过慢，过快(速率快)开口向外部生长，肩部形状变方，局部楞线突然变成点状，放肩失败，过慢(速率慢)开口向内部生长，肩部变圆，并呈碗状，楞线向液面内生长。在60mm以后，肩部直径大约在200mm左右，放肩形状确定，只要降温速率变快就可以了。

本发明的大直径单晶硅放肩生长工艺用于生长的单晶硅的等径直径为15英寸以上，放肩长度在90-100mm。

本发明的大直径单晶硅放肩生长工艺所使用的单晶炉为全自动单晶炉，放肩开始前，操作主界面将热场温度sp值校正成为1300，即将信号值均分为1300份。所述单晶炉适用于15英寸以上的轻掺硼合金单晶，电阻率在1-5ω·cm。

本发明的优点在于：

按照本发明提供的大直径单晶硅放肩工艺，在放肩过程的参数设定中，定义降温速率参数，即温度随单晶长度的变化。通过调整降温速率，保证功率不发生反弹，减少对单晶的热冲击，提升放肩成功率，还可以减少人工对于放肩的影响，提高生产的稳定性。

附图说明

图1为对比例放肩工艺的sp值和功率图。

图2为实施例放肩工艺的sp值和功率图。

具体实施方式

下面结合以下实施例对本发明的一种大直径单晶硅放肩生长工艺做进一步的详细说明。

以下以等径直径15英寸、放肩长度在90-95mm的大直径单晶硅的生产工艺为例，使用的炉型为晶盛tdr105-zjs，品种直径适用于15英寸以上，轻掺硼合金单晶，电阻率在1-5ω·cm。

本发明的温度单位为sp值，其运算方法是光学信号转化电信号的数值直接保留，不再进一步转化为温度单位(这样可以使数值更准确)。例如在使用晶盛tdr105-zjs炉子时，在引晶前温度稳定，每次将其校正成为1300，即，使信号值均分为1300份，利于之后每一次工艺降温的稳定性。

表1

表1中列举了实施例和对比例在放肩过程中的工艺参数，表2中分别给出了实施例和对比例的放肩工艺热场温度的降温参数。

表2

实施例在引晶完成后的放肩过程中，控制热场温度进行多次降温，降温速率参数(温差除以长度差)逐步增大，拉速均匀，在整个放肩过程中肩部形状完好，顺利进入等径，可以保证放肩时功率不发生反弹或者放肩放方断棱。在对比例中，放肩工艺在前60mm的速率明显不均，忽快忽慢，整体拉晶情况差。

图1为对比例放肩工艺的sp值和功率图，按照表1的参数平行进行了两次试验，可以明显看出所测得的主加热器功率在30mm以后有一个明显上升的曲线，导致放肩失败。图2为实施例放肩工艺的sp值和功率图，在整个放肩过程中，整体的功率都没有上扬的趋势。

将表1中实施例的参数控制用于5台炉台，统计3个月的运行数据，炉台拉晶情况稳定，效果良好，放肩成功率由之前的50％提升到85％。

技术特征：

1.一种大直径单晶硅放肩生长工艺，其特征在于，放肩系统作业参数中的长度按照1mm、15mm、30mm、45mm、60mm、75mm、90mm、105mm编写，降温速率定义为放肩温度差值除以放肩长度差值；放肩初始时放肩温度sp值减少0-5，在1mm时放肩温度sp值减少1-2；在15mm时放肩温度sp值减少5-6，降温速率为0.3-0.4；在30mm时，放肩温度sp值减少10-12，降温速率为0.3-0.4；在45mm时放肩温度sp值减少20-22，降温速率为0.5-0.6；在60mm时放肩温度sp值减少31-33，降温速率为0.7-0.8；在75mm时放肩温度sp值减少50-55，降温速率为1.2-1.35；在90mm时放肩温度sp值减少69-71，降温速率为1.35-1.4；在105mm时放肩温度sp值减少90-92，降温速率为1.42-1.55。

2.根据权利要求1所述的大直径单晶硅放肩生长工艺，其特征在于，所述单晶硅的等径直径为15英寸以上，放肩长度在90-100mm。

3.根据权利要求1所述的大直径单晶硅放肩生长工艺，其特征在于，所用单晶炉为全自动单晶炉，放肩开始前，操作主界面将热场温度sp值校正成为1300，即将信号值均分为1300份。

4.根据权利要求3所述的大直径单晶硅放肩生长工艺，其特征在于，所述单晶炉适用于15英寸以上的轻掺硼合金单晶，电阻率在1-5ω·cm。

技术总结
本发明公开了一种大直径单晶硅放肩生长工艺。在放肩过程中，放肩初始时放肩温度SP值减少0‑5，在1mm时放肩温度SP值减少1‑2；在15mm时放肩温度SP值减少5‑6，降温速率为0.3；在30mm时，放肩温度SP值减少10‑12，降温速率为0.3；在45mm时放肩温度SP值减少20‑22，降温速率为0.5；在60mm时放肩温度SP值减少31‑33，降温速率为0.7；在75mm时放肩温度SP值减少50‑55，降温速率为1.2；在90mm时放肩温度SP值减少69‑71，降温速率为1.35；在105mm时放肩温度SP值减少90‑92，降温速率为1.42。该工艺能够保证放肩时功率不发生反弹。

技术研发人员：李永博;王利超;尚锐刚;王永涛;崔彬;方峰
受保护的技术使用者：有研半导体材料有限公司
技术研发日：2020.08.24
技术公布日：2020.12.08