[发明专利]单晶硅平收尾方法及制备方法

说明书

本发明涉及单晶硅平收尾方法及制备方法，平收尾方法包括：关闭自动温度控制系统，停止坩埚上升；手动升温10～20℃，晶体提拉速度降低至0.1～0.4mm/min，保持晶体继续生长20～30min，晶体与固液界面接触的一端由凹面生长为平面；关闭晶体提拉速度的自动控制系统，手动降低提拉速度至小于0.1mm/min，保持晶体继续生长20～30min，晶体与固液界面接触的一端由平面生长为凸面；将坩埚一次性下降20～50mm，使晶体脱离坩埚内熔硅液面，降低晶体转速和坩埚转速；晶体降温，继续提拉晶体获得产品。本发明可减少熔硅的耗用量，缩短单晶硅的制备周期，提高单晶硅合格品的长度和重量以及成品的合格率。

技术领域

本发明涉及单晶硅生产的技术领域，尤其涉及一种单晶硅平收尾方法及制备方法。

背景技术

硅材料是目前世界上最主要的元素半导体材料，在半导体工业中广泛应用，是电子工业的基础材料。其中单晶硅材料是目前世界上热工制备的晶格最完整、体积最大、纯度最高的晶体材料。

当前制备单晶硅主要有两种技术，根据晶体生长方式不同，可以分为直拉单晶硅和区熔单晶硅。直拉单晶硅是利用切氏法(又称直拉法)制备，称为CZ单晶硅；区熔单晶硅是利用悬浮区域熔炼的方法制备的。这两种单晶硅具有不用的特性和不同的器件应用领域，其中，直拉单晶硅主要应用于微电子集成电路和太阳能电池方面，是单晶硅的主体。对于太阳能电池用直拉单晶硅，位错是主要的晶体缺陷。由于位错可能吸引其他杂质原子在位错位置沉淀，而且还可能直接影响p-n结的性能，这些都会导致晶体硅和器件性能的下降，降低太阳能电池的光电转换效率。

位错是一种线缺陷，它是晶体在外力作用下，部分晶体在一定的晶面上沿一定的晶体方向产生滑移，其晶体移动部位和非移动部位的边界就是位错。

直拉法是运用熔体的冷凝结晶驱动原理，在固液界面处，由于熔体温度下降，将产生由液态转换成固态的相变化。直拉法生长单晶硅的制备步骤一般包括：多晶硅的装料和熔化、种晶、缩颈、放肩、等颈和收尾。单晶硅生长完成时，如果晶体硅突然脱离硅熔体液面，其中断处将会受到很大的热应力，超过硅中位错产生的临界应力时，导致大量位错在界面处产生，同时位错向上部单晶部分反向延伸，延伸的距离一般能达到一个直径的长度，这将大大降低单晶硅产品的合格率，在长期的实践中发现，直拉单晶如何减少尾部位错返延伸，是提高单晶成品率的关键之一。

为了减少单晶硅收尾过程中位错的反延，目前采取的措施为在单晶硅等径生长工序结束后，进行完整收尾工序收尾。采用该方式收尾，需要逐渐缩小晶体硅的直径，直至很小的一点，然后脱离液面，完成该收尾工序需要耗用时间约6.5小时，在收尾过程中需要耗用大量的电力、氩气、纯水和人力等资源，大大增加了生产成本；此外，该完整收尾工序需要占用熔硅料约6kg，该部分硅料形成的单晶棒尾部，由于其外观形状不能成为合格产品，需将其切除并循环利用，降低了单炉的合格率。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供一种单晶硅平收尾方法及制备方法，该方法可以排除因收尾后位错的产生而造成等径合格品的反切，减少收尾工序中熔硅的耗用量，缩短收尾周期，提高单晶合格品长度和重量，提高合格率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单晶硅平收尾方法，该方法包括如下步骤：

步骤S01：关闭自动温度控制系统，将坩埚的运动上升速度降为零；

步骤S02：手动升温10～20℃，晶体的提拉速度降低至0.1～0.4mm/min，保持晶体继续生长20～30min，此时晶体与固液界面接触的一端由凹面生长为平面；

步骤S03：关闭晶体提拉速度的自动控制系统，手动调节晶体的提拉速度，使得晶体的提拉速度小于0.1mm/min，保持晶体继续生长20～30min，此时晶体与固液界面接触的一端由平面生长为凸面；

步骤S04：将坩埚一次性下降20～50mm，使得晶体脱离坩埚内熔硅液面，然后降低晶体转速和坩埚转速；