CN115058767B - 一种用于mcz法拉制重掺锑单晶的加掺方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法和装置，该方法包括以下步骤：事先在连杆的底部分别套设上单晶硅片和下单晶硅片，限位凸起对下单晶硅片和上单晶硅片的底部进行支撑，在将钟罩套设在连杆上，上单晶硅片和下单晶硅片对钟罩的底部进行封闭，使锑金属原料能够储存在储存腔的内腔，单晶硅在坩埚内部融化后，根据单晶硅液的量，来对需要添加的锑金属重量进行计算。本发明具备便于加料进行掺杂的优点，解决了目前的锑单晶加掺方法在伞盖上部铺设金属小料来进行加掺，但是籽晶在坩埚内生长为伞盖状耗时较长，生长过程中容易产生埚内结晶现象，伞盖太小无法完全盛放掺杂金属的问题。
Description
技术领域
本发明涉及硅单晶制备技术领域，具体为一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法和装置。
背景技术
硅单晶制备，就是要实现由多晶到单晶的转变，即原子由液相的随机排列直接转变为有序阵列，由不对称结构转变为对称结构，但这种转变不是整体效应，而是通过固液界面的移动而逐渐完成的。为实现上述转化过程，多晶硅就要经过由固态到熔融态，然后又由熔融态硅到固态晶品体硅的转变。这就是从熔体硅中生长单品硅所遵循的途径。
从熔体中生长硅单晶的方法，目前应用最广泛的主要有两种：有坩埚直拉法和无坩埚悬浮区熔法，MCZ法拉制就是坩埚直拉法，在制备硅单晶时，通常要加入一定数量杂质元素，加入的杂质元素决定了被掺杂半导体的导电类型、电阻率、少子寿命等电学性能，掺杂元素的选择必须以掺杂过程方便为准，又能获得良好的电学性能和良好晶体完整性为前提。
在硅单晶中掺杂锑金属形成锑单晶，增加了硅单晶的绝缘性，锑单晶为光电子器件的发展做出了贡献，锑单晶可以制作特殊的器件和集成电路，例如隧道二极管、半导体激光器和红外探测器就需要用到锑单晶进行制造。
锑单晶的加掺方法目前是通过籽晶在熔硅中结晶生长为伞状硅晶体，将掺杂剂放入伞状内，在伞盖上部铺设金属小料来进行加掺，但是籽晶在坩埚内生长为伞盖状耗时较长，生长过程中容易产生埚内结晶现象；伞盖直径超过50mm后会有炸裂风险，伞盖太小无法完全盛放掺杂金属，这些问题降低了硅单晶的掺杂效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法和装置，具备便于加料进行掺杂的优点，解决了目前的锑单晶加掺方法在伞盖上部铺设金属小料来进行加掺，但是籽晶在坩埚内生长为伞盖状耗时较长，生长过程中容易产生埚内结晶现象，伞盖太小无法完全盛放掺杂金属的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法，包括以下步骤：
1)事先在连杆的底部分别套设上单晶硅片和下单晶硅片，限位凸起对下单晶硅片和上单晶硅片的底部进行支撑，在将钟罩套设在连杆上，上单晶硅片和下单晶硅片对钟罩的底部进行封闭，使锑金属原料能够储存在储存腔的内腔，单晶硅在坩埚内部融化后，根据单晶硅液的量，来对需要添加的锑金属重量进行计算；
2)计算好后对锑金属进行称量，将称量好的锑金属加入到漏斗内，锑金属颗粒通过加料腔进入到钟罩内部的储存腔内进行储存，把连杆的顶部安装在吊装设备上，吊装设备通过连杆将上单晶硅片和下单晶硅片放入到单晶炉内的硅液中，放入的过程中钟罩受热辐射的影响，使储存腔内部的锑金属提前熔化；
3)下单晶硅片和上单晶硅片进入到硅液内部后熔化与硅液混合，使液态的锑金属进入到硅液的内部，对硅液进行掺杂，储存腔内部锑金属的挥发分通过加料腔排出，进入到单晶炉内部，防止储存腔的内部堆积挥发分，硅液掺杂后使用MCZ法进行拉制生产锑晶棒。
为了便于对锑金属进行加料，作为本发明的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法优选的，所述锑金属原料为1-3mm的圆球。
一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺装置，所述包括钟罩，所述钟罩的顶部贯穿设置有连杆，所述连杆的表面分别套设有下单晶硅片和上单晶硅片，所述下单晶硅片的顶部与上单晶硅片的底部活动连接，所述上单晶硅片的顶部与钟罩的底部活动连接，所述钟罩顶部的左侧设置有漏斗。
为了便于防止连杆断裂，作为本发明的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺装置优选的，所述连杆的直径为20-25mm。
为了便于防止下单晶硅片和上单晶硅片断裂，作为本发明的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺装置优选的，所述下单晶硅片和上单晶硅片的厚度为5-6mm，所述下单晶硅片和上单晶硅片的直径相同。
为了便于对下单晶硅片和上单晶硅片进行限位支撑，作为本发明的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺装置优选的，所述连杆的底部设置有限位凸起。
为了便于锑金属颗粒进入到钟罩的内部，作为本发明的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺装置优选的，所述钟罩的内部开设有储存腔，所述漏斗的内部开设有加料腔，所述加料腔与储存腔连通。
为了便于防止连杆、钟罩和漏斗熔化，作为本发明的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺装置优选的，所述钟罩和漏斗的材料均为石英，所述连杆的材料为钼合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过钟罩、连杆、漏斗、下单晶硅片、上单晶硅片、限位凸起、储存腔和加料腔的配合使用，解决了目前的锑单晶加掺方法在伞盖上部铺设金属小料来进行加掺，但是籽晶在坩埚内生长为伞盖状耗时较长，生长过程中容易产生埚内结晶现象，伞盖太小无法完全盛放掺杂金属的问题。
2、本发明通过在下单晶硅片的顶部设置上单晶硅片，能够防止下单晶硅片的顶部和底部受热不均匀导致炸裂，造成锑金属掺料不能完全进入硅液内，通过设置限位凸起，能够对下单晶硅片的底部进行限位，使其能够对上单晶硅片和钟罩进行支撑，通过设置漏斗，能够向钟罩的内部添加锑金属原料，通过设置连杆，能够对下单晶硅片、上单晶硅片和钟罩进行安装，并带动其进入到单晶硅加工装置内。
附图说明
图1为本发明轴测图；
图2为本发明左视图；
图3为本发明主视剖视图。
图中：1、钟罩；2、连杆；3、漏斗；4、下单晶硅片；5、上单晶硅片；6、限位凸起；7、储存腔；8、加料腔。
具体实施方式
请参阅图1-图3，一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法，包括以下步骤：
1)事先在连杆2的底部分别套设上单晶硅片5和下单晶硅片4，限位凸起6对下单晶硅片4和上单晶硅片5的底部进行支撑，在将钟罩1套设在连杆2上，上单晶硅片5和下单晶硅片4对钟罩1的底部进行封闭，使锑金属原料能够储存在储存腔7的内腔，单晶硅在坩埚内部融化后，根据单晶硅液的量，来对需要添加的锑金属重量进行计算；
2)计算好后对锑金属进行称量，将称量好的锑金属加入到漏斗3内，锑金属颗粒通过加料腔8进入到钟罩1内部的储存腔7内进行储存，把连杆2的顶部安装在吊装设备上，吊装设备通过连杆2将上单晶硅片5和下单晶硅片4放入到单晶炉内的硅液中，放入的过程中钟罩1受热辐射的影响，使储存腔7内部的锑金属提前熔化；
3)下单晶硅片4和上单晶硅片5进入到硅液内部后熔化与硅液混合，使液态的锑金属进入到硅液的内部，对硅液进行掺杂，储存腔7内部锑金属的挥发分通过加料腔8排出，进入到单晶炉内部，防止储存腔7的内部堆积挥发分，硅液掺杂后使用MCZ法进行拉制生产锑晶棒。
本实施例中：通过漏斗3把锑金属放置在钟罩1的内部，并通过下单晶硅片4和上单晶硅片5对锑金属进行阻隔，当下单晶硅片4和上单晶硅片5熔化在硅液的内部后，液态锑金属能够进入到硅液内部进行掺杂，增加了掺杂的效率；
锑的熔点是630摄氏度，硅液的温度在1420摄氏度以上，在锑金属进入到单晶炉内时，钟罩1受热辐射影响，锑在单晶炉内会提前融化，通过在下单晶硅片4的顶部设置上单晶硅片5，上单晶硅片5起到过渡作用，能够防止下单晶硅片4的底部和顶部受热不均匀导致炸裂，造成锑金属掺料不能完全进入到硅液内；
漏斗3的内部开设有加料腔8，可以通过加料腔8向钟罩1内部添加锑金属料，加料腔8会方便熔硅中的掺杂挥发，不易产生挥发物富集；
作为本发明的一种技术优化方案，锑金属原料为1-3mm的圆球。
本实施例中：锑金属原料为1-3mm的圆球，能够便于通过漏斗3快速的加入到储存腔7的内部。
请参阅图1-图3，一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺装置，包括钟罩1，钟罩1的顶部贯穿设置有连杆2，连杆2的表面分别套设有下单晶硅片4和上单晶硅片5，下单晶硅片4的顶部与上单晶硅片5的底部活动连接，上单晶硅片5的顶部与钟罩1的底部活动连接，钟罩1顶部的左侧设置有漏斗3。
本实施例中：连杆2能够对钟罩1、下单晶硅片4和上单晶硅片5进行安装，使钟罩1能够对锑金属进行存放，下单晶硅片4和上单晶硅片5能够顺利的进入硅液熔化，漏斗3能够便于向钟罩1内部添加锑金属颗粒，同时排出挥发分。
作为本发明的一种技术优化方案，连杆2的直径为20-25mm。
本实施例中：连杆2的直径为20-25mm，能够防止连杆2断裂，造成生产事故。
作为本发明的一种技术优化方案，下单晶硅片4和上单晶硅片5的厚度为5-6mm，下单晶硅片4和上单晶硅片5的直径相同。
本实施例中：下单晶硅片4和上单晶硅片5的厚度为5-6mm，能够防止单晶硅片4和上单晶硅片5炸裂。
作为本发明的一种技术优化方案，连杆2的底部设置有限位凸起6。
本实施例中：在连杆2的底部设置限位凸起，能够对下单晶硅片4和上单晶硅片5进行支撑限位，使钟罩1能够放置在上单晶硅片5的顶部。
作为本发明的一种技术优化方案，钟罩1的内部开设有储存腔7，漏斗3的内部开设有加料腔8，加料腔8与储存腔7连通。
本实施例中：通过开启加料腔8和储存腔7，能够便于锑金属颗粒通过漏斗3进入到钟罩1内部进行储存，同时便于挥发分通过加料腔8排出。
作为本发明的一种技术优化方案，钟罩1和漏斗3的材料均为石英，连杆2的材料为钼合金。
本实施例中：钟罩1和漏斗3的材料均为石英，连杆2的材料为钼合金，能够防止连杆2、钟罩1和漏斗3受到高温熔化。
综上所述：该用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法和装置，通过钟罩1、连杆2、漏斗3、下单晶硅片4、上单晶硅片5、限位凸起6、储存腔7和加料腔8的配合使用，解决了目前的锑单晶加掺方法在伞盖上部铺设金属小料来进行加掺，但是籽晶在坩埚内生长为伞盖状耗时较长，生长过程中容易产生埚内结晶现象，伞盖太小无法完全盛放掺杂金属的问题。
Claims (5)
1.一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)事先在连杆(2)的底部分别套设上单晶硅片(5)和下单晶硅片(4)，限位凸起(6)对下单晶硅片(4)和上单晶硅片(5)的底部进行支撑，在将钟罩(1)套设在连杆(2)上，上单晶硅片(5)和下单晶硅片(4)对钟罩(1)的底部进行封闭，使锑金属原料能够储存在储存腔(7)的内腔，单晶硅在坩埚内部融化后，根据单晶硅液的量，来对需要添加的锑金属重量进行计算；
2)计算好后对锑金属进行称量，将称量好的锑金属加入到漏斗(3)内，锑金属颗粒通过加料腔(8)进入到钟罩(1)内部的储存腔(7)内进行储存，把连杆(2)的顶部安装在吊装设备上，吊装设备通过连杆(2)将上单晶硅片(5)和下单晶硅片(4)放入到单晶炉内的硅液中，放入的过程中钟罩(1)受热辐射的影响，使储存腔(7)内部的锑金属提前熔化；
3)下单晶硅片(4)和上单晶硅片(5)进入到硅液内部后熔化与硅液混合，使液态的锑金属进入到硅液的内部，对硅液进行掺杂，储存腔(7)内部锑金属的挥发分通过加料腔(8)排出，进入到单晶炉内部，防止储存腔(7)的内部堆积挥发分，硅液掺杂后使用MCZ法进行拉制生产锑晶棒；
所述锑金属原料为1-3mm的圆球。
2.根据权利要求1所述的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法的装置，包括钟罩(1)，其特征在于：所述钟罩(1)的顶部贯穿设置有连杆(2)，所述连杆(2)的表面分别套设有下单晶硅片(4)和上单晶硅片(5)，所述下单晶硅片(4)的顶部与上单晶硅片(5)的底部活动连接，所述上单晶硅片(5)的顶部与钟罩(1)的底部活动连接，所述钟罩(1)顶部的左侧设置有漏斗(3)；
所述连杆(2)的底部设置有限位凸起(6)；
所述钟罩(1)的内部开设有储存腔(7)，所述漏斗(3)的内部开设有加料腔(8)，所述加料腔(8)与储存腔(7)连通。
3.根据权利要求2所述的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法用的装置，其特征在于：所述连杆(2)的直径为20-25mm。
4.根据权利要求2所述的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法用的装置，其特征在于：所述下单晶硅片(4)和上单晶硅片(5)的厚度为5-6mm，所述下单晶硅片(4)和上单晶硅片(5)的直径相同。
5.根据权利要求2所述的一种用于MCZ法拉制重掺锑单晶的加掺方法用的装置，其特征在于：所述钟罩(1)和漏斗(3)的材料均为石英，所述连杆(2)的材料为钼合金。
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