CN1129747A - 制备单晶的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及按照引上法制备单晶硅的装置，主要包括一个可用惰性气体清扫的接受器，容纳熔体的坩埚，自熔体提拉单晶的装置，和一个管锥状本体，该本体屏蔽生长的单晶并把熔体上方的接受室分成内外两部分区域，惰性气体被导入接受室内部区域在本体的低端和熔体表面之间朝向熔体流过，进入接受室外部区域，其中的本体至少有一个小孔，本发明还涉及按照引上法制备单晶硅的方法。

Description

制备单晶的装置和方法

本发明涉及按照引上法制备单晶硅的方法和装置。该方法的主要特点是，在与环境相隔离的接受器内，单晶型籽晶被引入与坩埚内备好的熔体料接触，然后以一定速度将其自熔体中拉出，就此单晶在籽晶下面开始生长。许多提拉装置都配置管锥状本体对生长的单晶进行屏蔽。US4330362叙述了一种本体，它屏蔽单晶并且朝向熔体锥状变细，所以有着杯状外形。这种锥体同轴式围住生长晶体的全长或部分长度，遮挡来自坩埚壁散发的辐射热。这样做的一个结果就是可以更高的速度提拉晶体。

提拉单晶的同时不断产生一氧化硅，它以气体的形式飘入熔体上方的接受室内。接受器用惰性气体清扫，以防止一氧化硅以固体的形式沉积在提拉装置坩埚区域内的冷部件上，防止它到达单晶的结晶前沿，以及防止晶体内产生位错。惰性气体通常被导向熔体表面，与生成的一氧化硅一起被排出接受器。屏蔽单晶的本体将熔体上方的接受室分成内外两部分区域。去除一氧化硅的惰性气流被导入时，通常通过接受室的内部区域朝向熔体表面。然后在屏蔽体的低端和熔体表面之间流过，进入接受室外部区域，最后到达接受器壁上的排放口。

制备掺锑或掺砷的晶体时，出现的突出的事情是，要求在晶体中高掺杂量的晶体的特定的产品，实际上是达不到的或者仅仅以非常低的产量才能达到。生长晶体的直径越大，掺入高浓度掺杂剂就越难。所说掺杂剂在液态硅中的蒸气压相当高，所以，熔体很快排空掺杂剂。因此，试图使掺杂剂过饱和，以弥补掺杂剂的不足。遗憾的是这种措施促使单晶产生位错，在继续提拉之前不得不以耗时工序进行回熔。同时，如此之多的掺杂剂留在坩埚之内使得掺杂剂掺入晶格所要求的速度已不能获得。

因此，下文叙述的本发明的目的是改进按照引上法的单晶硅制备方法，使得即便制备高锑或高砷含量的单晶硅并不困难，而且产率优良。

本发明涉及按照引上法制备单晶硅的一种装置，主要包括可用惰性气体清扫的一种接受器，容纳熔体的坩埚，自熔体提拉单晶的装置，和一管锥状本体，该本体屏蔽生长的单晶并把熔体上方的接受室分成内外两部分区域，惰性气体被朝着熔体导入接受室内部区域在本体的低端和熔体表面之间流过，进入接受室外部区域，其中的锥体至少有一个小孔，使惰性气体能够通过该小孔直接从接受室的内部区域流入外部区域。

本发明涉及按照引上法制备单晶硅的方法，包括在接受室内自熔体提拉单晶，单晶被管锥状本体环绕，该本体将其屏蔽并将熔体上方的接受室分成内外两部分区域，惰性气流被导入接受室内部区域并朝向熔体表面，在本体的低端和熔体表面之间流过，进入接受室外部区域，其中部分惰性气流通过本体内至少一个小孔直接从接受室的内部区域流入外部区域。

本方法和装置所提出的改良出乎意料地足以克服上文遇到的困难，即制备高掺杂锑或砷的单晶的困难。由于提拉单晶的熔体不再需要上文所述超过饱和程度的浓度，本申请的特别优点是可以制备直径超过100mm的晶体。然而应当注意，本方法也能用来将氧掺入单晶，因而对单晶硅的制备具有通用的含义。这种另外的作用还可以不管有意引入掺杂剂的类型和掺杂量，同样产生这种作用，例如在掺杂硼或磷时。在生长后单晶中所测量到的氧含量自身以屏蔽单晶本体上小孔的数目和大小为函数来改变。两者都能影响单晶吸附氧的绝对含量和单晶内轴向氧浓度。因此，例如可以将单晶从头到尾的氧浓度降低到更大或更小的范围程度。

本发明将上文单晶硅和用锑及砷掺杂的全部的制备都简化了，对此一种可能的解释是，在熔体表面上方的气体空间内存在一种对流动条件有益的作用。

下面结合附图详述本发明。图1a)-d)每一个都表示为按照引上法制备单晶装置的纵剖视图。只有为了理解本发明所必须的特征才画在图上。图2a)-h)表示屏蔽单晶优选实施方案的本体的纵剖视图。不同的图中使用的相同的参照数字指示同一装置部件。首先参看图1a)-d)。本发明的装置包括接受器1，它容纳了充满熔融的硅和可选添加的掺杂剂的坩埚2。单晶5是利用提拉装置4从熔体3拉出来的。单晶被旋转对称的本体6环绕，该本体6将前述单晶屏蔽并把熔体上方的接受室分成内部区域7和外部区域8。本体低端9和熔体表面10之间的距离优选从5到50mm，这样，惰性气体，按图1a)-d)中箭头所示，在锥体的低端9和熔体表面10之间流过，进入接受室外部区域8。惰性气流进一步的路径是从接受室外部区域8远至接受器壁上一个或多个出口11，如上述箭头所示。屏蔽单晶的本体6可以是管状或锥状。在锥状情况下，单晶和锥体内壁之间的距离可继续减小直至锥体的低端。在管状体的情况下，这个距离可维持恒定在该本体的整个高度之上。本体的高度在本发明中的重要性不大，一般采用的高度要超过一定的最小高度，必须注意要确保生长晶体的特定热区被锥体遮挡。例如，图1b)中描述的本体6就从接受器1的上部断面垂直延伸进入坩埚2。按照本发明，环绕单晶的本体壁并非全部封闭，而是至少有一个小孔12，惰性气流通过小孔引入接受室内部区域流经熔体表面，部分气流直接进入接受室外部区域。通过小孔的总面积可设定特定的分割比例，利用它使惰性气流分成支流以不同方式离开接受室内部区域7。

优选的是，流经本体6上小孔12的支流应当以径向均匀分布方式流入接受室外部区域。因此，多个小孔，例如钻多个小洞，可以在本体周边等距地提供。按图1a)所述实施方案，本体6上小孔12包括在本体周围以规则化间隔的多个槽口。屏蔽单晶的本体特别优选的实施方案显示于图2a)-h)。这里提出的本体小孔采用槽口12的形式，它随从本体周边，并且仅仅由支撑本体低端的附设支柱13将其断开。作为选择，可以使两个或多个槽口排列在另一个的上方。优选槽口的宽度为5-50mm。屏蔽单晶的本体在其低端由反射屏14定界，反射屏优选圆环形式并且以平行熔体表面方式安置。按照图2a)，d)，e)和h)的实施方案，依据相对于反射屏表面上槽口12的位置而相区别。在所述第一实施方案的情况下，被附设支柱支撑的本体低端单独用反射屏形成，所述部件，在余下实施方案的情况下，包括反射屏和安放其上的管状或锥状本体壁的部件。

根据反射屏的设计，对接受室熔体上方的气流流动条件产生影响也是能够办到的。优选的是，反射屏内凸15沿突入接受室内部区域，并且朝向单晶延伸10-80mm。反射屏外径可以选择，其方式是，反射屏用其凸沿16凸进外部接受室朝向坩埚内壁伸展，例如，10-80mm。但是，不应把反射屏外径选择成小于本体管状或锥状的外径，该本体设置在反射屏的表面上(按照图2c)和g)的实施方案)或者朝向所说表面(按照图2d)和h)的实施方案)。

Claims (4)

1.一种按照引上法制备单晶硅的装置，主要包括一个可用惰性气体清扫的接受器，一个容纳熔体的坩埚，自熔体提拉单晶的装置，和一个管锥状本体，该本体屏蔽生长的单晶并把熔体上方的接受室分成内外两部分区域，惰性气体被导入接受室内部区域在本体的低端和熔体表面之间朝向熔体流过，进入接受室外部区域，其中的本体至少有一个小孔，使惰性气体能够通过该小孔直接从接受室的内部区域流入外部区域。

2.根据权利要求1的装置，其中本体内小孔采用槽口形式，槽口在本体周边下部。

3.根据权利要求1或2的装置，其中本体在其底部以环形反射屏定界。

4.一种按照引上法制备单晶硅的方法，主要包括：

在接受器内自坩埚内备好的熔体提拉单晶，单晶被管锥状本体环绕，本体将其屏蔽并将熔体上方的接受室分成内外两部分区域；

惰性气流被导入接受室内部区域朝向熔体表面，在本体的低端和熔体表面之间流经，进入接受室外部区域，其中部分惰性气流通过本体内至少一个小孔直接从接受室的内部区域流入外部区域。

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