CN104928760A - 一种用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂装置和掺杂方法 - Google Patents

一种用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂装置和掺杂方法 Download PDF

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莫宇
李春龙
吕菲
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Abstract

本发明涉及一种用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂装置和掺杂方法，掺杂装置由耐高温石英玻璃制成阶梯型倒置杯状体，从上到下分为固定腔、置放腔、扩散腔三部分，固定腔、置放腔为直径较小的圆筒部分，固定腔顶部四周留有数个小孔用于与直拉硅单晶生长炉内的挂钩连接，置放腔与固定腔之间有一块石英玻璃片相隔绝，扩散腔(3)为直径稍大于固定腔、置放腔直径的开口圆筒，置放腔和扩散腔(3)连接部位有三个L型卡槽，用于固定嵌入的硅片；掺杂时，将掺杂元素置于置放腔内，插入一薄硅片使置放腔和扩散腔隔开，将置放腔和扩散腔都浸入直拉硅单晶炉的熔体中，掺杂元素将在隔绝外界空间的情况下直接在熔体中进行扩散，有益效果是提高了重掺掺杂的准确性和效率，并且该掺杂装置结构简单，使用方便。

Description

一种用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂装置和掺杂方法
技术领域
    本发明涉及一种用于重掺硼或磷直拉硅单晶生长的控制技术，特别涉及一种用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂装置和掺杂方法。
背景技术
    硼、磷是重掺P型硅单晶和重掺N型硅单晶主要选择使用的掺杂剂。硼具有不易挥发，分凝系数高等特性，可以在装料过程中直接加入；磷具有易挥发，易燃易爆，分凝系数高等特性，必须在多晶料熔化完成后，再使用特殊方法将其掺入。目前，硼无任何适合在熔体内掺杂的装置，硼的熔点较熔硅高，其会漂浮在熔硅上，需要更高的熔体温度才能缓慢扩散入熔硅中，需要很长时间，且温度越高，熔体与石英坩埚壁反应越剧烈，会显著提高熔体中的氧含量，影响生长出的单晶的质量，因此若电阻率不合适，补掺硼元素将较为困难；磷的掺杂方式多采用漏斗式掺杂，气化的磷蒸汽通过漏斗口进入熔硅中并被吸收，但该方法掺杂效率仍无法达到100%，且磷蒸汽会凝结在漏斗上难以处理，影响了装置的连续使用性。
发明内容
    鉴于现有技术存在的问题，本发明设计了一种新型的掺杂装置，能有效解决硼元素补掺的难题，并且能有效提高磷元素掺杂效率，具体技术方案是：一种用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂装置，其特征在于：所述的用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂装置由耐高温石英玻璃制成阶梯型倒置杯状体，从上到下分为固定腔、置放腔、扩散腔三部分，固定腔、置放腔为直径较小的圆筒部分，固定腔顶部四周留有数个小孔用于与直拉硅单晶生长炉内的挂钩连接，置放腔与固定腔之间有一块石英玻璃片相隔绝，扩散腔为直径稍大于固定腔、置放腔直径的开口圆筒，置放腔和扩散连接部位有三个L型卡槽，用于固定嵌入的硅片。
掺杂方法包括以下步骤，步骤一、先倒置装置，加入需掺杂的硼、磷元素后，取一片薄硅片插入到L型卡槽中，重新放正装置；步骤二、在硅单晶生长炉内固定挂钩，放置硅单晶，加热直拉硅单晶生长炉直至硅单晶融化；步骤三、打开直拉硅单晶生长炉上盖，将固定腔顶部四周的数个小孔挂于炉内挂钩上，使装置的置放腔、扩散腔两部份都浸入熔体中，待硅片熔化后，掺杂元素在隔绝外界空间的情况下直接扩散入熔体中。
    本发明的有益效果是：提高了重掺掺杂的准确性和效率，提高生长出的单晶质量，并且该掺杂装置结构简单，使用方便。
附图说明
  图1为本发明掺杂装置的主视剖面图。
  图2为本发明放于直拉硅单晶生长炉结构示意图。
具体实施方式
    以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明的掺杂装置由耐高温石英玻璃制成阶梯型倒置杯状体，从上到下分为固定腔1、置放腔2、扩散腔3三部分，固定腔1、置放腔2为直径较小的圆筒部分，固定腔1顶部四周留有数个小孔1-1用于与直拉硅单晶生长炉内的挂钩连接，置放腔2与固定腔1之间有一块石英玻璃片4相隔绝，扩散腔3为直径稍大于固定腔1、置放腔2直径的开口圆筒，置放腔2和扩散腔3连接部位有三个L型卡槽5，用于固定嵌入的硅片7。
    具体实施流程如下：将掺杂装置倒置，使扩散腔3敞口向上，将所需要掺杂的硼元素或磷元素从敞口加入到掺杂装置的置放腔2，掺杂元素将停留在置放腔2与固定腔1之间石英玻璃片4上，然后取一片薄硅片7插入到L型卡槽5上，再将掺杂装置重新放正，掺杂元素将落到硅片7上，最后将掺杂装置的小孔1-1与直拉硅单晶炉挂钩相连，控制挂钩下降把掺杂装置的置放腔2、扩散腔3两部分都熔入熔体中，等待5到10分钟，掺杂剂熔化完成后即可将掺杂装置取出，更换成籽晶进行单晶拉制。

Claims (2)

1.一种用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂装置，其特征在于：所述的用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂装置由耐高温石英玻璃制成阶梯型倒置杯状体，从上到下分为固定腔（1）、置放腔（2）、扩散腔（3）三部分，固定腔（1）、置放腔（2）为直径较小的圆筒部分，固定腔（1）顶部四周留有数个小孔（1-1）用于与直拉硅单晶生长炉内的挂钩连接，置放腔（2）与固定腔（1）之间有一块石英玻璃片（4）相隔绝，扩散腔(3)为直径稍大于固定腔（1）、置放腔（2）直径的开口圆筒，置放腔（2）和扩散腔（3）连接部位有三个L型卡槽（5），用于固定嵌入的硅片（7）。
2.一种用于重掺硼或磷直拉硅单晶掺杂方法，包括以下步骤，
步骤一、先倒置装置，加入需掺杂的硼、磷元素后，取一片薄硅片（7）插入到L型卡槽（5）中，重新放正装置；
步骤二、在硅单晶生长炉内固定挂钩，放置硅单晶，加热直拉硅单晶生长炉直至硅单晶融化；
步骤三、打开直拉硅单晶生长炉上盖，将固定腔（1）顶部四周的数个小孔（1-1）挂于炉内挂钩上，使装置的置放腔（2）、扩散腔（3）两部份都浸入熔体中，待硅片（7）熔化后，掺杂元素在隔绝外界空间的情况下直接扩散入熔体中。
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