技術領域

????本發明涉及一種區熔硅單晶的制備方法，特別涉及一種制備區熔硅單晶的鑄造區熔氣摻法。

背景技術

目前，現有技術中生產非本征區熔硅單晶的工藝主要有：NTD法、區熔氣摻法和直拉區熔法三種。其一，NTD中子輻照法生產的區熔硅單晶電阻率均勻性最高，但成本較大，生產周期長。其二，區熔氣摻法在生產過程中，通過通入摻雜氣對區熔硅單晶進行摻雜。摻雜氣（磷烷或硼烷）是固態摻雜劑磷或硼的氫化物，高溫時受熱分解為氫氣和相應固態摻雜劑。在氣摻法拉制區熔硅單晶時，向爐室通入摻雜氣，摻雜氣在熔區附近高溫處分解，分解生成的摻雜劑進入到硅熔體中從而起到摻雜目的，生成的氫氣則分散在爐室內。這就是區熔氣摻法摻雜的原理。

摻雜氣經過氣液相界面將摻雜劑摻入到硅熔體中，進而在硅熔體凝固結晶后成功將摻雜劑摻入硅單晶中。通過摻雜劑移動路徑可以知道，熔體表面的摻雜劑濃度較高，而熔體內部摻雜劑濃度較低。而且由于區熔法中，硅熔體的體積較小，對流較弱，對摻雜劑的攪拌作用非常弱，最終導致區熔硅單晶中摻雜劑分布不均，這也是導致區熔硅單晶徑向電阻率不均勻的主要原因之一。

其三，直拉區熔法，首先采用直拉法拉制硅多晶棒，摻雜劑在直拉階段通過常規摻雜方式摻入到多晶硅棒中。隨著硅熔體不斷凝固結晶，受偏析作用的影響，硅熔體中摻雜劑濃度也越來越高，凝固的硅晶體電阻率也越來越低。又由于硅晶棒中心散熱慢，邊緣散熱快，因而其固液界面為上凹形，這樣在多晶硅棒中會形成上凹形的等電阻率面，且電阻率逐漸降低。

區熔硅單晶在區熔法拉制階段，若多晶硅棒頭部向下，在多晶硅棒的化料界面上，熔化的硅熔體電阻率較為接近，則為硅單晶生長提供的硅熔體電阻率較為均勻。但是由于多晶硅棒本身軸向電阻率不均勻，再加上偏析作用的影響，拉制的區熔硅單晶軸向電阻率梯度很大。同樣，區熔硅單晶中心散熱慢，邊緣散熱快，其固液界面為下凹形，所以區熔硅單晶的等電阻率面為下凹形。較大的軸向電阻率梯度導致硅片中心電阻率和邊緣電阻率相差較大，因而大大降低了區熔硅單晶的徑向電阻率均勻性。

在區熔法拉制階段，若多晶硅棒頭部向上，由于硅多晶本身軸向電阻率分布的影響以及偏析現象的影響，雖然所拉制的區熔硅單晶軸向電阻率分布比頭部向下時有所改善，但是仍然不能得到有效控制。其次多晶硅棒熔化界面處熔化的硅熔體，其電阻率差別較大，在不能得到有效熔體對流作用下，熔體電阻率較為不均勻，最終也降低了區熔硅單晶的徑向電阻率均勻性。

綜上所述方法現有的工藝方法均存在不足之處，有待于改進。

發明內容

本發明的目的就是為克服現有技術的不足，提供一種有效提高區熔硅單晶徑向電阻率均勻性的方法。

本發明是通過這樣的技術方案實現的：一種制備區熔硅單晶的鑄造區熔氣摻法，其特征在于，采用鑄造法制備多晶硅，之后對多晶硅進行切方、滾磨、開槽和開圓錐機加工，以加工后的多晶硅棒作為區熔硅單晶原料，采用區熔氣摻法進行拉晶，且在開始拉晶時通入定量的摻雜氣，摻雜氣可以是磷烷或硼烷。摻雜氣為磷烷時，硅熔體中摻雜劑濃度達到值c0/k=1.7×10¹⁴?atom/cm³至6.5×10²¹atom/cm³范圍之后即停止通入摻雜氣；摻雜氣為硼烷時，硅熔體中摻雜劑濃度達到值c0/k=7.6×10¹³到1.6×10²¹atom/cm³范圍之后即停止通入摻雜氣；若區熔單晶硅摻雜劑目標濃度為c0則控制硅多晶的摻雜劑平均濃度值為c0，k為摻雜劑偏析系數；所述方法包括如下步驟：?

a)??????采用鑄造法制備多晶硅，然后對多晶硅進行切方、滾磨、開槽和開圓錐機加工；

b)??????以機加工后制得的多晶硅棒為原料，采用區熔氣摻法進行拉晶，通過現有技術，控制多晶硅棒橫截面摻雜劑濃度均為初始濃度c0；區熔拉晶時，從擴肩階段開始通入定量摻雜氣，通過現有氣摻技術，在保持階段使得硅熔體中摻雜劑的濃度值達到：c0/k，之后停止通入摻雜氣；

c)??????保持階段，假設結晶體積為V0，則流入的新熔體體積為V0，硅熔體體積恒定不變，結晶的硅單晶中摻雜劑濃度為c0，則硅熔體摻雜劑減少量為c0*V0，而新增加的摻雜劑為c0*V0，摻雜劑總量不變，最終，硅熔體摻雜劑濃度維持在c0/k，使硅單晶的濃度也穩定在c0這一目標值；

????根據上述步驟制備獲得的區熔硅單晶軸向及徑向電阻率均勻性達到RRV＜8%。