CN103866377A - 一种获得宽范围电阻率区熔硅单晶的气掺系统装置及方法 - Google Patents

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陈海滨
闫志瑞
梁开金
黄龙辉
李明飞
刘志伟
付斌
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You Yan Semi Materials Co., Ltd.
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GUOTAI SEMICONDUCTOR MATERIALS CO Ltd
Grinm Semiconductor Materials Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种获得宽范围电阻率区熔硅单晶的气掺系统装置及方法，该气掺系统装置包括磷烷气体管道、氩气管道、入炉气体管道、排空管道，该四路管道分别通过VCO接口连接至一桥形管路上，其中，磷烷气体管道和氩气管道连接在该桥形管路的一端，入炉气体管道和排空管道连接在该桥形管路的另一端；磷烷气体管道、氩气管道和入炉气体管道上分别安装有质量流量计，排空管道上安装有压力控制计。采用该气掺系统装置进行气相掺杂，在区熔法生长单晶硅的熔球阶段，磷烷气体与氩气在桥形管路内混合后进入入炉气体管道，熔球阶段结束后，进行引晶、放肩、等径、收尾，通过改变注入区熔炉的磷烷气体的剂量，可以获得电阻率范围在0.1～2000Ω·cm的区熔硅单晶。

Description

一种获得宽范围电阻率区熔硅单晶的气掺系统装置及方法
技术领域
本发明涉及一种获得宽范围电阻率区熔硅单晶的气掺系统装置及方法，属于气相掺杂区熔硅单晶的生产技术领域。
背景技术
目前，硅单晶主要是通过直拉法和区熔法生产的。直拉法生产的硅单晶中氧、碳含量高。硅单晶的高氧含量会产生施主效应，使N型硅晶体电阻率下降，P型硅晶体电阻率上升，甚至会使P型晶体转变成N型，造成硅材料的电学性能难以控制。硅单晶的高氧含量也会产生氧沉淀，从而诱发位错、层错等二次缺陷，对于双极型器件，位错的存在会促进发射极漏电流增加，降低电流增益；同时降低发射效率，击穿电压降低；对于MOS器件而言，位错导致的漏电流增加产生的后果更严重。硅中的碳会使器件击穿电压大大降低，漏电流增加，影响器件质量。另外直拉法生产的硅单晶电阻率低，很难满足功率器件的要求。
区熔法生产的硅单晶虽然能降低氧碳含量，并且能获得高的电阻率，但采用中子辐照的区熔法生产成本高，生产周期长，且受辐照资源短缺的限制。采用气相掺杂区熔法(气掺区熔)生产硅单晶可以很好的解决这些问题。因为普通的气相掺杂系统(气掺系统)混合效果差，用同一种掺杂气体得到的区熔硅单晶电阻率范围很窄。因此，必须改善气掺系统以得到宽范围电阻率的气相掺杂区熔硅单晶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气掺系统装置，用于区熔法生长硅单晶，以获得电阻率范围很宽的气相掺杂区熔硅单晶。
本发明的另一目的在于提供一种采用该气掺系统装置的气相掺杂方法，以精确的控制区熔硅单晶的电阻率，降低成本，缩短生产周期。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种获得宽范围电阻率区熔硅单晶的气掺系统装置，包括磷烷气体管道、氩气管道、入炉气体管道、排空管道，该四路管道分别通过O型圈面密封接口(VCO接口)连接至一桥形管路上，其中，磷烷气体管道和氩气管道连接在该桥形管路的一端，入炉气体管道和排空管道连接在该桥形管路的另一端；磷烷气体管道、氩气管道和入炉气体管道上分别安装有质量流量计，排空管道上安装有压力控制计。
在所述气掺系统装置中，桥形管路和四路管道均为不锈钢材质。
在所述气掺系统装置中，磷烷气体管道上的质量流量计的量程范围为5～100mL/min。氩气管道上的质量流量计的量程范围为250mL/min～5L/min。入炉气体管道上的质量流量计的量程范围为25～500mL/min。压力控制计所设定的压力高于区熔炉内氩气压力的0.5bar以上。
一种采用所述的气掺系统装置进行气相掺杂的方法，在区熔法生长单晶硅的熔球阶段，由磷烷气体管道向桥形管路内通入磷烷气体，以氩气为载气，磷烷气体的浓度为70ppm；由氩气管道向桥形管路内通入氩气，携带磷烷气体的氩气与另一路氩气在桥形管路内混合后进入入炉气体管道，通过排空管道上的压力控制计控制入炉气体的压力高于区熔炉内氩气压力的0.5bar以上，调节磷烷气体管道、氩气管道、入炉气体管道的气体流量及相对比例，改变注入区熔炉的磷烷气体的剂量，熔球阶段结束后，进行引晶、放肩、等径、收尾，获得电阻率范围在0.1～2000Ω·cm的区熔硅单晶。
本发明的优点是：
本发明的气掺系统装置可以精确控制进入区熔炉的掺杂气体的流量计相对比例，从而能够更精确地控制区熔硅单晶的电阻率，可以获得电阻率范围在0.1～2000Ω·cm的区熔硅单晶。
采用本发明的气掺系统装置进行气相掺杂生产区熔硅单晶，生产成本低、周期短，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的气掺系统装置中气体管道之间的连接关系示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的气掺系统装置，包括磷烷气体管道1、氩气管道2、入炉气体管道7、排空管道8，该四路管道分别通过VCO接口3连接至一桥形管路4上，其中，磷烷气体管道1和氩气管道2连接在该桥形管路4的一端，入炉气体管道7和排空管道8连接在该桥形管路4的另一端；磷烷气体管道1、氩气管道2和入炉气体管道7上分别安装有质量流量计，排空管道上安装有压力控制计。
其中，磷烷气体管道1上的质量流量计5的量程范围为5～100mL/min，用于控制磷烷气体的流量，采用氩气为载气，磷烷气体管道内磷烷气体的浓度为70ppm。氩气管道2上的质量流量计6的量程范围为250mL/min～5L/min，用于控制氩气气体的流量。桥形管路4通过VCO接口3把四个管道连接起来，用于混合从磷烷气体管道1和氩气管道2流入的磷烷和氩气；混合后的气体流入入炉气体管道7和排空管道8，入炉气体管道7上的质量流量计9的量程范围为25～500mL/min，用于控制入炉混合气体的流量。排空管道8将过量的混合气体排出以保证设定的入炉气体的压力。
四路管道和桥形管路均采用不锈钢材料。
在硅单晶生长过程中，根据需要计算出磷烷气体管道1中的磷烷气体、氩气管道2中的氩气、入炉气体管道7中的混合入炉气体所需的流量，压力控制计10所需设定的压力必须大于区熔炉内氩气压力0.5bar以上。将以上流量值、压力值在区熔炉控制面板上设定好。装料，对中，抽真空，充氩气，预热，熔球，开掺杂气体，引晶，放肩，等径，收尾。通过改变注入区熔炉的磷烷气体的剂量，可以获得电阻率范围在0.1～2000Ω·cm的区熔硅单晶。

Claims (8)

1.一种获得宽范围电阻率区熔硅单晶的气掺系统装置，其特征在于，包括磷烷气体管道、氩气管道、入炉气体管道、排空管道，该四路管道分别通过O型圈面密封接口连接至一桥形管路上，其中，磷烷气体管道和氩气管道连接在该桥形管路的一端，入炉气体管道和排空管道连接在该桥形管路的另一端；磷烷气体管道、氩气管道和入炉气体管道上分别安装有质量流量计，排空管道上安装有压力控制计。
2.根据权利要求1所述的气掺系统装置，其特征在于，所述的桥形管路为不锈钢材质的管道。
3.根据权利要求1所述的气掺系统装置，其特征在于，所述的四路管道为不锈钢材质。
4.根据权利要求1所述的气掺系统装置，其特征在于，所述磷烷气体管道上的质量流量计的量程范围为5～100mL/min。
5.根据权利要求1所述的气掺系统装置，其特征在于，所述氩气管道上的质量流量计的量程范围为250mL/min～5L/min。
6.根据权利要求1所述的气掺系统装置，其特征在于，所述入炉气体管道上的质量流量计的量程范围为25～500mL/min。
7.根据权利要求1所述的气掺系统装置，其特征在于，所述压力控制计所设定的压力高于区熔炉内氩气压力的0.5bar以上。
8.一种采用权利要求1所述的气掺系统装置进行气相掺杂的方法，其特征在于，在区熔法生长单晶硅的熔球阶段，由磷烷气体管道向桥形管路内通入磷烷气体，以氩气为载气，磷烷气体的浓度为70ppm；由氩气管道向桥形管路内通入氩气，携带磷烷气体的氩气与另一路氩气在桥形管路内混合后进入入炉气体管道，通过排空管道上的压力控制计控制入炉气体的压力高于区熔炉内氩气压力的0.5bar以上，调节磷烷气体管道、氩气管道、入炉气体管道的气体流量及相对比例，改变注入区熔炉的磷烷气体的剂量，熔球阶段结束后，进行引晶、放肩、等径、收尾，获得电阻率范围在0.1～2000Q·cm的区熔硅单晶。
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