排除单晶硅引晶位错的生长方法及单晶晶棒的拉晶方法与流程

本发明涉及单晶硅引晶方法，具体涉及一种排除单晶硅引晶位错的生长方法及单晶晶棒的拉晶方法。

背景技术：

1、直拉法（czochralski法，简称cz法）是目前制备硅单晶的主流方法，世界上约70%～80%的硅单晶产量采用该法生产。直拉法生长硅单晶的基本工艺流程包括：加料→熔化→缩颈生长→放肩生长→等径生长→尾部生长。其中，缩颈（又称引晶或引细颈）是决定晶体能否实现无位错生长的关键工序之一。

2、在直拉法生长硅单晶的过程中，当籽晶浸入高温硅熔体时，由于籽晶与熔体之间存在巨大的温差，热冲击会在籽晶中产生大量滑移位错。为消除这些位错，业界普遍采用dash缩颈技术（亦称dash颈部法）：将籽晶快速向上提拉，使生长出的晶体直径缩小至一定尺寸，由于位错线与晶体生长轴成一定交角，只要缩颈长度足够，位错便能延伸至晶体表面而得以排除，从而实现零位错晶体的生长。缩颈生长完成后，依次进入细径段和放肩段。细径段是衔接缩颈与放肩的过渡区域，其直径的精确控制对后续放肩的成功率具有决定性影响。目前，现有技术中对引晶段的直径的控制主要依赖操作人员的经验以及传统的拉速-温度调控方式。然而，由于直拉法晶体生长过程具有强耦合、大滞后、多变量干扰等特性，细径段的直径控制精度难以保证，导致放肩ng（不合格）率居高不下，严重影响了单晶生长的成品率和生产效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种排除单晶硅引晶位错的生长方法以降低放肩ng率。

2、还有必要提供一种单晶晶棒的拉晶方法。

3、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

4、一种排除单晶硅引晶位错的生长方法，将引晶过程中依次分为缩颈段、细颈段，通过分段双pid控制引晶过程，以使缩颈段、细颈段通过对应的pid控制，进而缩颈段能够快速收径，达到目标直径，细颈段能够稳定维持目标直径，避免放肩ng；

5、所述目标直径为5.5mm。

6、优选地，包括以下步骤：

7、s1：设定缩颈段pid控制的比例系数p1、积分系数i1、微分系数d1，细颈段pid控制的比例系数p2、积分系数i2、微分系数d2，以及引晶参数和缩颈段、细颈段的直径设定值；

8、s2：提拉籽晶进行引晶，根据设置的缩颈段pid系数、细颈段pid系数控制引晶，以使缩颈段、细颈段的实际直径等于直径设定值。

9、优选地，所述缩颈段pid控制的比例系数p1为4.0-6.0；

10、所述缩颈段pid控制的积分系数i1为0.08-0.12；

11、所述缩颈段pid控制的微分系数d1为0.01-0.03；

12、所述细颈段pid控制的比例系数p2为0.8-1.5；

13、所述细颈段pid控制的积分系数i2为0.01-0.03；

14、所述细颈段pid控制的微分系数d2为0.05-0.08。

15、优选地，所述引晶参数包括引晶长度、引晶速度中的至少一项。

16、所述缩颈段为引晶开始拉制引晶长度为80mm；

17、所述缩颈段为引晶长度80mm之后到引晶结束。

18、优选地，所述细颈段的直径设定值为5.5mm。

19、优选地，所述缩颈段中，引晶长度为10mm时，直径设定值为18mm，引晶长度为80mm时，直径设定值为5.5mm。

20、优选地，所述细颈段的直径设定值的上限为6.5mm、下限为3.5mm。

21、优选地，适用拉制4-6吋晶棒。

22、优选地，所述4吋晶棒的细颈段的长度为180mm，所述5吋晶棒的细颈段的长度为180mm，所述6吋晶棒的细颈段的长度为250mm。

23、一种单晶晶棒的拉晶方法，包括如上所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

25、本发明提供排除单晶硅引晶位错的生长方法，将引晶过程中依次分为缩颈段、细颈段，通过分段双pid控制引晶过程，以使缩颈段、细颈段通过对应的pid控制，进而缩颈段能够快速收径，达到目标直径5.5mm，细颈段能够稳定维持目标直径，使得晶体进入放肩阶段时其固液界面处的位错密度已降至理论最低水平。因此，放肩过程中因位错遗传导致的晶体挛晶、多晶化或断棱等ng现象得到根本性遏制。放肩过程中ng率显著降低，从而极大节省了因放肩失败导致的重熔、重装及重复引晶所耗费的物料成本与时间成本，有效提高了直拉硅单晶炉的单炉次产出率和整体生产效率。

1.一种排除单晶硅引晶位错的生长方法，其特征在于，将引晶过程中依次分为缩颈段、细颈段，通过分段双pid控制引晶过程，以使缩颈段、细颈段通过对应的pid控制，进而缩颈段能够快速收径，达到目标直径，细颈段能够稳定维持目标直径，避免放肩ng；

2.如权利要求1所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法，其特征在于，所述缩颈段pid控制的比例系数p1为4.0-6.0；

4.如权利要求2所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法，其特征在于，所述引晶参数包括引晶长度、引晶速度中的至少一项；

5.如权利要求4所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法，其特征在于，所述细颈段的直径设定值为5.5mm。

6.如权利要求4所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法，其特征在于，所述缩颈段中，引晶长度为10mm时，直径设定值为18mm，引晶长度为80mm时，直径设定值为5.5mm。

7.如权利要求5所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法，其特征在于，所述细颈段的直径设定值的上限为6.5mm、下限为3.5mm。

8.如权利要求4所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法，其特征在于，适用拉制4-6吋晶棒。

9.如权利要求8所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法，其特征在于，所述4吋晶棒的细颈段的长度为180mm，所述5吋晶棒的细颈段的长度为180mm，所述6吋晶棒的细颈段的长度为250mm。

10.一种单晶晶棒的拉晶方法，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的排除单晶硅引晶位错的生长方法。