能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法
阅读说明：本技术 能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法 (Production method of heavily arsenic-doped silicon single crystal capable of inhibiting resistivity from warping ) 是由 闫龙 张兴茂 周文辉 李小红 伊冉 王忠保 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法,属于硅单晶生产技术领域。通过统计分析,找到重掺砷硅单晶晶棒出现电阻率反翘率峰值处所对应的等径长度及该处影响电阻率反翘的特征因子,通过调整该特征因子,降低电阻率反翘率。例如,通过降低坩埚转速和/或提高单晶炉炉压,能够有效抑制重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘,提高产品合格率,减少浪费。(The invention provides a method for producing heavily arsenic-doped silicon single crystals capable of inhibiting resistivity from warping, and belongs to the technical field of silicon single crystal production. Through statistical analysis, the isodiametric length corresponding to the position of the monocrystalline ingot heavily doped with arsenic with the occurrence of the resistivity warp rate peak value and the characteristic factor influencing the resistivity warp at the position are found, and the resistivity warp rate is reduced by adjusting the characteristic factor. For example, the reverse tilting of the resistivity of the heavily arsenic-doped silicon single crystal rod can be effectively inhibited by reducing the rotating speed of the crucible and/or increasing the furnace pressure of the single crystal furnace, the product percent of pass is increased, and the waste is reduced.)
技术领域
本发明属于硅单晶生产技术领域，具体涉及一种能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法。
背景技术
重掺砷单晶硅片是非常理想的外延衬底材料。由于砷具有很强的挥发性，使得生产过程中，重掺砷单晶的电阻率很难控制准确。当砷的挥发作用大于其分凝作用时，电阻率会出现头低尾高的情况（通常情况下，因分凝效应单晶电阻率轴向分布是头高尾低的），我们称之为电阻率反翘。电阻率反翘导致重掺砷硅单晶的电阻率超出产品规格要求，造成过多浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法，以解决现有技术中存在的重掺砷硅单晶电阻率反翘的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法，重掺砷硅单晶等径过程中，在目标位置，调整影响电阻率反翘的特征因子，以降低电阻率反翘率；其中，影响电阻率反翘的特征因子通过以下步骤确认：
统计若干根重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘率峰值所在位置对应的等径长度，并求取平均等径长度；
获取若干根重掺砷硅单晶晶棒在平均等径长度处的若干潜在影响因子以及重掺砷硅单晶晶棒在平均等径长度处的电阻率反翘率；
计算电阻率反翘率与每一个潜在影响因子的相关度，并对相关度由大到小进行排序；
取相关度排序靠前的一个或两个所述潜在影响因子作为影响电阻率反翘的特征因子。
优选地，所述潜在影响因子包括坩埚转速、单晶炉炉压、氩气流量、单晶生长速度、温度。
优选地，步骤“统计若干根重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘率峰值所在位置对应的等径长度，并求取平均等径长度”中，对重掺砷硅单晶晶棒进行分段，每段长度30mm～100mm，测量每段电阻率，并统计电阻率峰值所在位置对应的等径长度。
优选地，步骤“计算电阻率反翘率与每一个潜在影响因子的相关度，并对相关度由大到小进行排序”中，采用相关系数分析方法计算电阻率反翘率与每一个潜在影响因子的相关系数，并求取相关系数的绝对值，作为每一个潜在影响因子的相关度。
优选地，包括以下步骤：
获取影响电阻率反翘的特征因子的调整策略；
获取调整时机；其中，所述调整时机为（A-120）mm～（A-30）mm，A为平均等径长度。
优选地，当确定的影响电阻率反翘的特征因子为坩埚转速时，则下调坩埚转速1rpm～5rpm，以降低电阻率反翘率；
当确定的影响电阻率反翘的特征因子为坩埚转速和单晶炉炉压时，则同时下调坩埚转速1rpm～5rpm，上调单晶炉炉压2kPa～15kPa，以降低电阻率反翘率。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法，其有益效果是：通过统计分析，找到重掺砷硅单晶晶棒出现电阻率反翘率峰值处所对应的等径长度及该处影响电阻率反翘的特征因子，通过调整该特征因子，降低电阻率反翘率。以本发明实施例为例，通过降低坩埚转速和/或提高单晶炉炉压，能够有效抑制重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘，提高产品合格率，减少浪费。
具体实施方式
以下对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
在一具体实施方式中，一种能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法，重掺砷硅单晶等径过程中，在目标位置，调整影响电阻率反翘的特征因子，以降低电阻率反翘率。其中，影响电阻率反翘的特征因子通过以下步骤确认：
S01、统计若干根重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘率峰值所在位置对应的等径长度，并求取平均等径长度。
一般地，重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘出现在等径头部400mm范围内，为更准确获取重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘率峰值，对待检测重掺砷硅单晶晶棒的头部进行进一步分段，每段长度30mm～100mm，测量每段电阻率，找到电阻率最大处，并统计电阻率最大处所在位置对应的等径长度。
值得说明的是，反翘率=（等径50mm处电阻率-等级250mm处电阻率）/等级50mm处电阻率。当反翘率为负值时，表示存在反翘，其负值越小反翘越严重，反正反翘率为正值时，表示不反翘，其正值越大，电阻率越不反翘。
S02、获取若干根重掺砷硅单晶晶棒在平均等径长度处的若干潜在影响因子以及重掺砷硅单晶晶棒在平均等径长度处的电阻率反翘率。
其中，潜在影响因子包括但不限于坩埚转速、单晶炉炉压、氩气流量、单晶生长速度、温度。
S03、计算电阻率反翘率与每一个潜在影响因子的相关度，并对相关度由大到小进行排序。
作为优选，采用相关系数分析方法计算电阻率反翘率与每一个潜在影响因子的相关系数，并求取相关系数的绝对值，作为每一个潜在影响因子的相关度。
S04、取相关度排序靠前的一个或两个所述潜在影响因子作为影响电阻率反翘的特征因子。
也就是说，选取与重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘率相关度最高的一个或者两个所述潜在影响因子，作为影响电阻率反翘的特征因子。调整该一个或者两个所述潜在影响因子，能够显著影响重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘率。
作为一优选的实施方式，所述能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法包括以下步骤：
S10、获取影响电阻率反翘的特征因子的调整策略。
即确定影响重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘的一个或者两个特征因子后，根据实际生产情况及设备、工艺状态，在保证重掺砷硅单晶晶棒其他性能参数（如电阻率、强度等）不发生本质改变的情况下，对特征因子进行调整，以降低电阻率反翘率。
S20、获取调整时机；其中，所述调整时机为（A-120）mm～（A-30）mm，A为平均等径长度。
也就是说，确定重掺砷硅单晶晶棒电阻率反翘峰值处对应的等径长度后，并确定调整方案后，在实践中，通过单晶炉控制系统进行自动调整。调整过程中，系统实时获取等径长度数据，并当等径长度达到（A-120）mm～（A-30）mm时，进入调整，至等径长度达到A时，完成调整。
在一具体实施例中，当确定的影响电阻率反翘的特征因子为坩埚转速时，则下调坩埚转速1rpm～5rpm，以降低电阻率反翘率。一般地，等径过程中，坩埚转速为6rpm～14rpm，实践表明，下调坩埚转速有利于抑制重掺砷硅单晶电阻率反翘，但当坩埚转速下调量过大时，达到制程能力极限，继续降低该特征因子，则影响成晶。
当确定的影响电阻率反翘的特征因子为坩埚转速和单晶炉炉压时，则同时下调坩埚转速1rpm～5rpm，上调单晶炉炉压2kPa～15kPa，以降低电阻率反翘率。
以下通过具体实施例，进一步说明本发明的技术方案及技术效果。值得说明的是，以下具体实验例均采用汉虹2408SR单晶炉，以本发明提供方式，生产8吋低电阻率（电阻率目标0.003Ω.cm）重掺砷硅单晶。本发明实验例中，未特别限定的工艺参数，均采用本领域技术人员可以获取的一般意义的参数。
未加强调时，以下实验例同一工艺过程，均以平行设置的10台汉虹2408SR单晶炉，生产2个批次（即总计拉制20个晶棒）作为统计背景基数。
通过数据整理，发现重掺砷硅单晶电阻率反翘发生在晶棒头部400mm范围内，具体位置不明，所以第一步细分0～400mm晶棒（每30mm～100mm分为1段），找到电阻率反翘最大值所在的区域集中在200mm～300mm处，平均值（即平均等径长度）为250mm。
获取重掺砷硅单晶晶棒在等径250mm处及附近的坩埚转速、单晶炉炉压、氩气流量、单晶生长速度、温度五个变量，作为潜在影响因子。分析上述五个变量与电阻率反翘率的相关度，并对相关度进行排序，得出坩埚转速、单晶炉炉压对重掺砷硅单晶电阻率反翘具有较大影响。
对比例一
进入等径工序后，保持坩埚转速为a（一般地，6≤a≤14），单晶炉炉压为b（一般地，8≤b≤24），直至等径结束，统计平均电阻率反翘率为7.9%。
实验例一～实施例四
保持单晶炉炉压为b，并从进入等径150mm处开始至等径250mm处结束，逐渐降低坩埚转速为分别a-1，a-2，a-3，a-4，直至等径结束。其他条件同对比例1，统计平均电阻率反翘率分别为-6.1%、-5.6%、-3.2%、-1.5%。
实验例五～实施例八
从进入等径150mm处开始至等径250mm处结束，逐渐降低坩埚转速为a-4，同时提高单晶炉炉压分别为b+3，b+7、b+11，直至等径结束。其他条件同对比例1，统计平均电阻率反翘率分别为-1.27%、0.33%、1.4%。
由实施例一至实施例四可以看出，进入等径后150mm-250mm处，降低坩埚转速，有利于抑制重掺砷硅单晶的电阻率的反翘。但是，当坩埚转速被降低到一定程度后，达到制程能力极限，影响成晶。此时，辅助提高单晶炉炉压，有利于进一步调整重掺砷硅单晶的电阻率的反翘率，使得产品合格率上升，减少浪费。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。