单晶硅棒及其引晶结构和引晶方法与流程

本申请涉及半导体，具体而言涉及一种单晶硅棒及其引晶结构和引晶方法。

背景技术：

1、在直拉法生长单晶硅棒的引晶阶段，将具有特定晶向（一般为<100>或<111>）的籽晶浸入高温硅熔体时，籽晶会因热应力冲击而不可避免地产生位错，例如刃型位错、螺型位错、混合位错等，这些位错缺陷若不加控制将延续至后续生长的单晶硅棒中。

2、为解决此问题，通常采用生长一段细颈（dash neck）使位错滑移至晶体表面并排出，以获得无位错单晶。通常，细颈段的长度越长、直径越小，位错排出效果越好。

3、然而，螺型位错的特性在于其位错线与滑移矢量平行，在引晶过程中，部分螺型位错的位错线延伸路径会与单晶生长方向相平行。由于相关技术中形成的等径细颈段或对称正弦波形细颈段内部的热应力场分布较为对称，难以产生足够的径向非对称驱动力促使这类垂直向下生长的螺型位错发生偏转，导致其难以被滑移排出。残留的螺型位错会在后续生长的单晶硅棒中形成贯穿整根晶棒的线状缺陷，严重影响单晶硅棒的成晶质量。

技术实现思路

1、在 技术实现要素： 部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、针对目前存在的问题，本申请一方面提供一种单晶硅棒的引晶结构，所述引晶结构用于集成电路级半导体单晶硅棒生长，所述单晶硅棒的电阻率为1~20mω·cm，所述引晶结构包括籽晶以及沿单晶生长方向与所述籽晶相连接的细颈段；

3、所述细颈段包括沿所述单晶生长方向依次连续交替排列的扩张部和收缩部；其中，所述扩张部的直径沿所述单晶生长方向逐渐增大，所述收缩部的直径沿所述单晶生长方向逐渐减小；

4、所述扩张部的最小直径处与最大直径处的外轮廓连线与所述细颈段的中心轴线之间的夹角为扩张角，所述收缩部的最大直径处与最小直径处的外轮廓连线与所述中心轴线之间的夹角为收缩角；

5、对于任意相邻的一个所述扩张部和一个所述收缩部，所述扩张角小于所述收缩角，其中，所述扩张角小于等于35.26°，所述收缩角大于等于54.74°；

6、对于任意相邻的一个所述扩张部和一个所述收缩部，所述扩张部沿所述单晶生长方向的长度大于所述收缩部沿所述单晶生长方向的长度，使所述细颈段整体呈现非对称波动外形，以使得螺型位错被驱动至晶体表面并排出。

7、在本申请的一些实施例中，所述扩张角小于所述细颈段的滑移面与所述细颈段的中心轴线之间的夹角，所述收缩角大于所述细颈段的滑移面的法线与所述细颈段的中心轴线之间的夹角。

8、在本申请的一些实施例中，所述细颈段的最大直径为所述细颈段的最小直径的1.5倍~2.5倍；

9、其中，所述细颈段的最小直径为所述收缩部的末端与相邻的所述扩张部的始端交界处的直径，所述细颈段的最大直径为所述扩张部的末端与相邻的所述收缩部的始端交界处的直径。

10、在本申请的一些实施例中，所述细颈段的最小直径为3mm~6mm。

11、在本申请的一些实施例中，所述细颈段的长度为200mm~300mm。

12、在本申请的一些实施例中，对于任意相邻的一个所述扩张部和一个所述收缩部，所述扩张部沿所述单晶生长方向的长度与所述收缩部沿所述单晶生长方向的长度的比值大于等于2。

13、根据本申请再一方面，提供了一种单晶硅棒的引晶方法，所述引晶方法用于集成电路级半导体单晶硅棒生长，所述单晶硅棒的电阻率为1~20mω·cm，所述引晶方法包括：

14、提供硅熔体和籽晶；

15、将所述籽晶浸入所述硅熔体中，提拉所述籽晶进行引晶以形成与所述籽晶相连接的细颈段；

16、其中，在形成所述细颈段的过程中，交替采用第一提拉速度和第二提拉速度提拉所述籽晶，采用阶跃式切换模式实现所述第一提拉速度和所述第二提拉速度之间的切换，所述第二提拉速度大于所述第一提拉速度，以基于所述第一提拉速度形成直径沿单晶生长方向逐渐增大的扩张部，以及基于所述第二提拉速度形成直径沿所述单晶生长方向逐渐减小的收缩部，使得形成的所述细颈段包括沿单晶生长方向依次连续交替排列的所述扩张部和所述收缩部，且对于任意相邻的一个所述扩张部和一个所述收缩部，所述扩张部沿所述单晶生长方向的长度大于所述收缩部沿所述单晶生长方向的长度，使所述细颈段整体呈现非对称波动外形，以使得螺型位错被驱动至晶体表面并排出；

17、其中，所述扩张部的最小直径处与最大直径处的外轮廓连线与所述细颈段的中心轴线之间的夹角为扩张角，所述收缩部的最大直径处与最小直径处的外轮廓连线与所述中心轴线之间的夹角为收缩角；

18、对于任意相邻的一个所述扩张部和一个所述收缩部，所述扩张角小于所述收缩角，其中，所述扩张角小于等于35.26°，所述收缩角大于等于54.74°。

19、在本申请的一些实施例中，所述第一提拉速度为0.5mm/min～3mm/min，所述第二提拉速度为5mm/min～8mm/min。

20、根据本申请再一方面，提供了一种单晶硅棒，包括上述中任一项所述的单晶硅棒的引晶结构。

21、根据本申请再一方面，提供了一种单晶硅棒，所述单晶硅棒上述的引晶方法制备得到，且所述单晶硅棒的电阻率为1~20mω·cm。

22、本申请的单晶硅棒及其引晶结构和引晶方法，能够将螺型位错强行驱动至晶体表面并排出，克服了相关技术中等径细颈段或对称正弦波形细颈段难以排出与单晶生长方向平行的螺型位错的缺陷，避免了残留的螺型位错在后续生长的单晶硅棒中形成贯穿整根晶棒的线状缺陷，显著提升了单晶硅棒的成晶质量。

23、同时，由于非对称波动外形显著提升了单位长度内的位错排出效率，能够以较短的细颈长度实现优异的排错效果，从而缩短了细颈段的总长度，减少了引晶时间损耗，提高了设备产能。此外，这也避免了为追求位错完全排出而过度增加细颈长度，或将细颈直径过度缩小所导致的细颈在承受晶棒总重时因应力过大而发生断裂的风险，降低了引晶失败率，减少了因重新引晶造成的生产时间浪费。

1.一种单晶硅棒的引晶结构，其特征在于，所述引晶结构用于集成电路级半导体单晶硅棒生长，所述单晶硅棒的电阻率为1~20mω·cm，所述引晶结构包括籽晶以及沿单晶生长方向与所述籽晶相连接的细颈段；

2.如权利要求1所述的引晶结构，其特征在于，所述扩张角小于所述细颈段的滑移面与所述细颈段的中心轴线之间的夹角，所述收缩角大于所述细颈段的滑移面的法线与所述细颈段的中心轴线之间的夹角。

3.如权利要求1所述的引晶结构，其特征在于，所述细颈段的最大直径为所述细颈段的最小直径的1.5倍~2.5倍；

4.如权利要求3所述的引晶结构，其特征在于，所述细颈段的最小直径为3mm~6mm。

5.如权利要求1所述的引晶结构，其特征在于，所述细颈段的长度为200mm~300mm。

6.如权利要求1所述的引晶结构，其特征在于，对于任意相邻的一个所述扩张部和一个所述收缩部，所述扩张部沿所述单晶生长方向的长度与所述收缩部沿所述单晶生长方向的长度的比值大于等于2。

7.一种单晶硅棒的引晶方法，其特征在于，所述引晶方法用于集成电路级半导体单晶硅棒生长，所述单晶硅棒的电阻率为1~20mω·cm，所述引晶方法包括：

8.如权利要求7所述的引晶方法，其特征在于，所述第一提拉速度为0.5mm/min～3mm/min，所述第二提拉速度为5mm/min～8mm/min。

9.一种单晶硅棒，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的单晶硅棒的引晶结构。

10.一种单晶硅棒，其特征在于，所述单晶硅棒由如权利要求7或8所述的引晶方法制备得到，且所述单晶硅棒的电阻率为1~20mω·cm。