[发明专利]一种籽晶铺设方法、晶体硅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种籽晶的铺设方法、晶体硅及其制备方法。

背景技术

目前，晶体硅的铸造方法主要分为无籽晶引晶法和有籽晶引晶法。无籽晶引晶法是通过精密控制石英坩埚底部的温度梯度和过冷度来增大枝晶晶粒的尺寸，该方法对晶体生长初期的要求很高，由于石英坩埚的导热性较差，枝晶形核的分布存在随机性，无籽晶很难重复生长大晶粒。有籽晶引晶法是先通过将一定数量和一定尺寸大小的单晶籽晶作为引晶基础铺设在石英坩埚底部，在熔化阶段保持籽晶不完全熔化，然后通过降温和调节引晶阶段的温度梯度等使得硅晶体从剩余的单晶籽晶上进行引晶生长从而得到晶体硅。

图1为传统有籽晶引晶法的籽晶铺设示意图。由图1可知，由于有籽晶引晶法是将一定数量和一定尺寸的籽晶1拼接铺设在石英坩埚底部，这些籽晶1之间会存在或大或小的拼接缝11，一方面，在引晶过程中这些籽晶拼接缝11容易形成小角度晶界，小角度晶界不但在生长过程中成为了位错源，造成生长过程中位错的不断增殖，而且金属杂质容易在小角度晶界处富集和沉淀诱发二次位错源，显著降低了晶体硅的晶体质量和单晶收益率；另一方面，硅熔体很容易流入到籽晶的拼接的缝隙中，由于缝隙中的温度相对较低导致硅熔体在狭小的缝隙中凝固，不但造成了生长应力同时也在缝隙中积聚了分凝的杂质，这些现象很容易造成位错的产生，随着引晶生长后这些位错的不断增殖，显著降低了晶体硅的晶体质量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种籽晶的铺设方法，通过在第一籽晶层上设置第二籽晶层，阻挡硅熔体流入到籽晶层内部，且第二籽晶层的硅料之间的缝隙宽度较大，硅熔体在该缝隙中凝固不会产生的较大的生长应力，也不会在缝隙中积聚分凝的杂质，因此可以减少位错的产生。本发明还提供了一种晶体硅及其制备方法。

本发明第一方面提供了一种籽晶的铺设方法，用于铸造晶体硅，包括以下步骤：

提供坩埚，在所述坩埚底部形成第一籽晶层；然后在所述第一籽晶层上铺设硅块，形成第二籽晶层，相邻两硅块之间留有宽度不小于1cm的缝隙，所述第一籽晶层和所述第二籽晶层构成籽晶层，所述籽晶层在垂直于所述坩埚底部的方向上没有贯通的缝隙。

优选地，所述相邻两硅块之间的缝隙宽度为1-7cm。

优选地，在所述坩埚底部铺设多块籽晶形成所述第一籽晶层，所述籽晶之间留有缝隙，所述第二籽晶层中的所述硅块覆盖在所述籽晶之间的缝隙上。

优选地，所述第二籽晶层包括至少两层硅块层，所述第二籽晶层在垂直于所述坩埚底部的方向上没有贯通的缝隙。

优选地，当所述第二籽晶层包括至少两层硅块层，所述第二籽晶层的铺设方法为：在所述第一籽晶层上形成第一硅块层，所述第一硅块层的相邻两硅块之间留有宽度不小于1cm的缝隙；然后在所述第一硅块层上形成第二硅块层，所述第二硅块层覆盖在所述第一硅块层的所述缝隙上，且所述第二硅块层的相邻两硅块之间留有宽度不小于1cm的缝隙；然后再在所述第二硅块层形成第三硅块层，所述第三硅块层覆盖在所述第二硅块层的所述缝隙上，且所述第三硅块层的相邻两硅块之间留有宽度不小于1cm的缝隙；以此类推，在所述第一籽晶层上得到至少两层硅块层构成的所述第二籽晶层。

优选地，所述第二籽晶层为一层硅块层或多层硅块层，当所述第二籽晶层为一层硅块层时，所述第二籽晶层的高度小于2cm；当所述第二籽晶层为多层硅块层时，所述多层硅块层中作为引晶基础的相邻两层硅块层中的上层硅块层的高度小于2cm。

优选地，所述籽晶层还包括保护层，所述保护层为一层或多层硅材料，所述保护层的铺设方法为：在所述第二籽晶层上铺设硅材料，所述硅材料覆盖在所述第二籽晶层的所述缝隙上，形成所述保护层。

优选地，所述第一籽晶层的籽晶和所述第二籽晶层的硅块的生长晶向差和侧面法向方向的晶向差中的至少一种为0度或大于10度。

本发明第一方面提供的籽晶铺设方法，通过在第一籽晶层上设置第二籽晶层，利用第二籽晶层覆盖第一籽晶层籽晶之间的拼接缝隙，以使所述籽晶层在垂直于所述坩埚底部的方向上没有贯通的缝隙，在熔化阶段硅熔体不会熔到拼接缝处开始引晶，这样晶体硅不会受到拼接缝的影响；另外，第二籽晶层之间留有宽度不小于1cm的缝隙，缝隙较宽，硅熔体在该缝隙中凝固不会产生的较大的生长应力，也不会在缝隙中积聚分凝的杂质，因此可以减少位错的产生。另外，由于消除了拼接缝隙的影响，晶体硅不容易形成小角度晶界，且减少了位错的增殖，提高了晶体硅质量。

本发明第二方面提供了一种晶体硅的铸锭制备方法，包括以下步骤：