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1、(10)申请公布号 CN 102358951 A (43)申请公布日 2012.02.22 CN 102358951 A *CN102358951A* (21)申请号 201110306527.3 (22)申请日 2011.10.11 C30B 13/20(2006.01) C30B 29/06(2006.01) (71)申请人 天津市环欧半导体材料技术有限公 司 地址 300384 天津市西青区华苑产业园区 （环外） 海泰东路 12 号 (72)发明人 高树良 张雪囡 王彦君 靳立辉 康冬辉 王遵义 李建弘 沈浩平 (74)专利代理机构 天津中环专利商标代理有限 公司 12105 代理人 王。
2、凤英 (54) 发明名称 一种生产 6 英寸区熔气掺硅单晶的热系统 及工艺 (57) 摘要 本发明涉及一种生产 6 英寸区熔气掺 硅单晶的热系统及工艺。热系统包括线圈和 保温筒， 线圈上表面为倾斜多台阶线圈， 线圈 外 径 为 35050mm，内 径 为 502mm，厚 度 为 302mm。 保 温 筒 直 径 为 35050mm， 高度为 10020mm。线圈与保温筒的距离为 10050mm。其工艺为 ： 在扩肩过程中向炉室内通 入掺杂气体， 下轴转速为 7 10rpm， 扩肩角度为 40 2 ； 在等径生长过程中， 下轴下降速度约 为 3 4mm/min， 下轴转速为 3 5rpm， 线圈。
3、发生 器功率为其额定功率的 60% 70%。通过采用新 设计的热系统及调整了工艺参数， 可以成功拉制 出 6 英寸区熔气掺硅单晶， 解决了大直径区熔 气掺硅单晶在生产过程容易产生位错断苞及 “出 刺” 问题， 从而满足市场对大直径硅单晶的需求。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 CN 102358967 A1/1 页 2 1. 一种生产 6 英寸区熔气掺硅单晶的热系统， 包括线圈 （1）和保温筒 （2） ， 其特 征在于 ： 所述线圈 （1）上表面为倾斜多台阶线圈， 线圈 （1）外径为 3505。
4、0mm， 内径为 502mm， 厚度为 302mm。 2. 根据权利要求 1 所述的一种 6 英寸区熔气掺硅单晶的热系统， 其特征在于 ： 所述 保温筒 （2） 直径为 35050mm， 高度为 10020mm。 3. 根据权利要求 1 所述的一种 6 英寸区熔气掺硅单晶的热系统， 其特征在于 ： 所述 线圈 （1） 与保温筒 （2） 的距离为 10050mm。 4. 一种生产 6 英寸区熔气掺硅单晶的工艺， 其特征在于 ： 在扩肩过程中向炉膛通入 掺杂气体， 下轴转速为 7 10rpm， 扩肩角度为 40 2； 在等径生长过程中， 下轴下降速 度为 3 4mm/min， 下轴转速为 3 5r。
5、pm， 线圈发生器功率为其额定功率的 60% 70%。 权 利 要 求 书 CN 102358951 A CN 102358967 A1/2 页 3 一种生产 6 英寸区熔气掺硅单晶的热系统及工艺 技术领域 0001 本发明涉及硅单晶的生产方法， 特别涉及一种生产 6 英寸区熔气掺硅单晶的热 系统及工艺。 背景技术 0002 半导体器件厂家出于提高生产率、 降低成本、 增加利润等方面的考虑， 都逐步要求 增大硅片的直径， 大直径化是半导体器件行业和材料行业的永恒课题。但是在区熔硅单晶 的生产过程中， 随着单晶直径的增大， 其成晶也越来越困难。 0003 拉制区熔直径单晶， 由于单晶中心处散热较。
6、慢， 边缘散热较快， 所以单晶固液界面 为下凹的碗状。单晶边缘先于中心凝固， 当中心处凝固时体积膨胀， 会产内部应力。一旦应 力大于硅单晶的弹性极限， 则会产生位错断苞。 在拉制大直径硅单晶时问题尤为突出， 由于 直径较大， 单晶内外散热速度差别更大， 中心凝固结晶时产生的应力也更大， 更容易产生位 错断苞。单晶在生长过程中， 一旦碰到杂质颗粒， 很容易产生新的晶核而变成多晶。对单晶 进行掺杂， 即为向单晶晶格内部引入杂质原子， 增加了断苞的风险。 要成功拉制大直径掺杂 单晶， 对热场提出了更高要求。 0004 现有技术下的区熔硅单晶的最大尺寸为 5 英寸或 6 英寸。 发明内容 0005 本。
7、发明的目的在于提供一种生产 6 英寸区熔气掺硅单晶的热系统及工艺。 0006 为达到以上目的， 需对热系统进行调整， 使单晶内部和外部的凝固更为同步， 以降 低应力导致断苞的概率。 0007 增加保温筒的高度至 100mm 左右， 直径增加至 35050mm， 与线圈间距离降低至 10050mm， 增强了其保温效果， 可以减缓单晶外部的冷却速率， 从而使单晶内外凝固结晶 较为同步， 降低产生的热应力。 0008 等径过程中， 降低下轴转速至 35rpm ； 扩肩过程中， 降低下轴转速至 710rpm。两 者都可以降低单晶与周围气氛的相对运动， 也可以减缓单晶外部的冷却速率， 从而使单晶 内外凝。
8、固结晶较为同步， 降低产生的热应力。 0009 扩肩时选择缓慢扩肩， 使扩肩角度为 40 2， 也可以使单晶内部和边缘的凝 固结晶较为同步， 降低热应力产生的概率。 0010 由于单晶冷却速率降低了， 所以对硅单晶相变潜热的释放能力也降低了， 需要适 当降低下轴的下降速度， 经多次试验， 下降速度降至 34mm/min 较为适宜。 0011 单晶直径尺寸增加， 单位时间需要的硅熔体供应也相应增加， 那么需要增加线圈 发生器的功率以熔化更多的多晶硅。通过试验， 线圈发生器功率为其额定功率的 60%70% 可以满足生产的要求。 0012 选择外径为 35050mm， 内径为 502mm， 厚度为 。
9、302mm， 上表面为上表面为 倾斜多台阶线圈， 则可以使电磁场的分布以及对多晶料棒的加热更加均匀， 防止 “出刺” 问 说 明 书 CN 102358951 A CN 102358967 A2/2 页 4 题。 0013 本发明所采取的技术方案是 ： 一种生产 6 英寸区熔气掺硅单晶的热系统， 包括线圈和保温筒， 其特征在于 ： 所述线圈上表面为倾斜多台阶线圈， 线圈外径为 35050mm， 内径为 502mm， 厚度为 302mm。 0014 所述保温筒直径为 35050mm， 高度为 10020mm。 0015 所述线圈与保温筒的距离为 10050mm。 0016 一种生产 6 英寸区熔。
10、气掺硅单晶的工艺， 其特征在于 ： 在扩肩过程中向炉室内 通入掺杂气体， 下轴转速为 7 10rpm， 扩肩角度为 40 2； 在等径生长过程中， 下轴下 降速度约为 3 4mm/min， 下轴转速为 3 5rpm， 线圈发生器功率为其额定功率的 60% 70%。 0017 本发明所产生的有益效果是 ： 通过采用新设计的热系统及调整了工艺参数， 可以 成功拉制出 6 英寸区熔气掺硅单晶， 解决了大直径区熔气掺硅单晶在生产过程容易产生 位错断苞及 “出刺” 问题， 从而满足市场对大直径硅单晶的需求。 附图说明 0018 图 1 为生产 6 英寸区熔气掺硅单晶的热系统结构示意图。 具体实施方式 0。
11、019 以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。 参照图1， 一种生产6英寸区熔 气掺硅单晶的热系统包括线圈 1 和保温筒 2， 线圈 1 上表面为倾斜多台阶线圈， 线圈 1 外径 为 300mm， 内径为 50mm， 厚度为 30mm。保温筒 2 直径为 300mm， 高度为 100mm。线圈 1 与保温筒 2 的距离为 100mm。线圈 1 的冷却水水路 3 和保温筒 2 的冷却水水路 4 分别位于 二者内部。 0020 生产6英寸区熔气掺硅单晶采用的设备为PVA FZ-30型， 其工艺具体步骤如下 ： 一、 首先将炉门打开， 用纤维纸将炉门内壁、 上炉室、 上轴、 线圈和保温筒等部分擦。
12、拭一 遍 ； 将卡盘安装在多晶料头部， 并用扳手拧紧， 之后将卡盘安装在上轴低端， 之后调整多晶 料棒 5， 使之呈竖直状态 ； 然后安装线圈 1 和保温筒 2， 并用水平仪进行水平调整。之后用专 门的对中工具进行线圈的对中。 之后将石墨环伸出， 下降多晶料棒， 使之位于石墨环上方约 3mm。 0021 二、 抽真空至炉压为 0.1bar， 之后充入 Ar 气使炉压达到 4bar， 之后缓慢增加功率 进行预热， 预热时间为 30 分钟。之后向上升起单晶 6 约 5mm， 收回石墨环， 下降多晶料棒进 行加热。 0022 三、 拉细颈 ： 细颈直径 2 3mm， 长度为 150mm。 0023 四、 扩肩 ： 在扩肩过程中向炉内通入掺杂气体， 下轴转速为 7 10rpm， 扩肩角度为 42。 0024 五、 等径生长 ： 在等径生长过程中， 下轴下降速度为 3.5mm/min， 下轴转速为 5rpm， 线圈发生器功率为其额定功率的 60% 70%。 0025 六、 收尾 ： 收尾长度为 150mm。 说 明 书 CN 102358951 A CN 102358967 A1/1 页 5 图 1 说 明 书 附 图 CN 102358951 A 。