CN211713244U - 一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置及掺杂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，包括掺杂罩和定位件，定位件设于掺杂罩上，且定位件的一端与掺杂罩连接，定位件的另一端延伸出掺杂罩靠近硅溶液一端的端面，在掺杂时，定位件与硅溶液接触，对掺杂罩进行定位。本实用新型的有益效果是用于将低熔点元素(磷、砷)掺入硅溶液中的掺杂器使用，具有掺杂罩和定位件，对掺杂罩进行定位，使得掺杂效果一致性好。

Description

一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置及掺杂装置

技术领域

本实用新型属于直拉单晶技术领域，尤其是涉及一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置及掺杂装置。

背景技术

晶体硅材料常用作集成电路的初始材料，典型生产单晶硅的方法是Czochralski法(即CZ工艺)。首先将原料多晶硅熔化在石英坩埚中，在多晶硅已完全熔化并且温度达到平衡之后，将一个晶种浸入熔体并且随后慢慢提起，通常在提起的同时要不断地转动晶体，这样单晶就逐渐生长成比较大的硅晶体。

在生长高品质的硅晶体时，一些影响晶体生长的条件必须小心地加以控制，比如温度、压力、提拉速度和熔体中的杂质。为了控制晶体材料的导电类型和导电能力，一些特定的杂质会被有意识地加到熔融态硅中做掺杂剂。低熔点的高纯元素如磷、砷、锑作为掺杂剂被导入熔融态硅中。

目前，在晶体生长过程中掺杂其它元素需要与多晶硅混合，随后再熔化，造成部分掺杂剂的挥发损失。对于低熔点的掺杂元素，如红磷(Red Phosphor，RP)、砷(As)、锑(Sb)等，由于其升华温度比较低，在硅熔化后再加入掺杂剂，可以显著减少掺杂剂由于升华蒸发带来的损失，从而有利于改善晶锭的电阻率调控。

然而在该方法中装载有掺杂剂的料斗与单晶炉提拉轴连接，单晶炉的坩埚轴与提拉轴在同一条直线上，掺杂装置始终对准石英坩埚中间部分的熔体表面。因此不论坩埚轴与提拉轴转动方式(顺时针、逆时针)以及转动速度如何，由于坩埚轴与提拉轴的对中的关系决定了其掺杂装置始终对准石英坩埚中间特定部分的熔体表面，结果是掺杂元素的蒸汽只能从坩埚中间部分硅熔体表面进入熔体，使得掺杂效果一致性不好，熔体内杂质分布不均匀。

发明内容

鉴于上述问题，本实用新型要解决的问题是提供一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置及掺杂装置，用于将低熔点元素(磷、砷)掺入硅溶液中的掺杂器使用，具有掺杂罩和定位件，对掺杂罩进行定位，使得掺杂效果一致性好。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，包括掺杂罩和定位件，定位件设于掺杂罩上，且定位件的一端与掺杂罩连接，定位件的另一端延伸出掺杂罩靠近硅溶液一端的端面，在掺杂时，定位件与硅溶液接触，对掺杂罩进行定位。

进一步的，定位件包括连接件和限位件，连接件与掺杂罩连接，限位件与连接件连接，且限位件远离与连接件连接的一端延伸出掺杂罩靠近硅溶液的一端端面，用于对掺杂罩进行定位，定准掺杂罩与硅溶液之间的距离。

进一步的，连接件为安装座，安装座与掺杂罩连接，限位件与安装座可拆卸连接。

进一步的，安装座的数量为多个，对称设于掺杂罩的外壁上。

进一步的，限位件的数量与安装座的数量相适应，限位件为定位销。

进一步的，连接件为安装环，安装环与掺杂罩连接，且安装环与掺杂罩同轴设置。

进一步的，安装环的高度不大于安装环与掺杂罩的连接处至掺杂罩靠近硅溶液端的端面的距离。

进一步的，限位件的数量为多个，多个限位件均与安装环连接，且多个限位件对称设于安装环上。

进一步的，限位件的材质为石英。

一种掺杂装置，包括上述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置和掺杂器，定位装置设于掺杂器上。

由于采用上述技术方案，使得用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置结构简单，安装拆卸方便，便于使用，具有掺杂罩和定位件，定位件的末端延伸出掺杂罩的靠近硅溶液一端的端面，使得定位件与硅溶液液面接触，掺杂罩不与硅溶液液面接触，定准掺杂罩与硅溶液液面之间的距离，对掺杂罩进行定位；定位件的数量为多个，对称设于掺杂罩的周侧，从不同角度对掺杂罩进行定位，在缆绳旋转时每个角度都可以观察到定位件的位置，便于定位准确，使掺杂效果一致性好，熔体内杂质分布均匀。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例的结构示意图；

图2是图1的A部放大图；

图3是本实用新型的一实施例的限位件的结构示意图；

图4是本实用新型的一实施例的掺杂罩与安装座的安装结构示意图；

图5是本实用新型的实施例二的结构示意图；

图6是图5的B部放大图；

图7是本实用新型的实施例二的掺杂罩与安装环的安装结构示意图。

图中：

1、掺杂罩 2、定位件 20、限位件

21、安装座 22、安装环

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1-7示出了本实用新型两个实施例的结构示意图，具体示出了两个实施例的结构，两个实施例均涉及一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置及掺杂装置，用于在直拉单晶过程中，对掺杂器进行定位使用，该用于生长掺杂直拉单晶的掺杂器定位装置具有掺杂罩和定位件，在进行掺杂时，定位件的末端与硅溶液接触，且掺杂罩不与硅溶液接触，以此来定准掺杂罩底部与硅液的距离，便于掺杂器进行掺杂，使掺杂效果一致性好，熔体内杂质分布均匀。

在掺杂过程中，掺杂元素气体首先接触表层熔体，掺杂元素通过扩散进入到表层熔体；其次通过熔体的对流运动使表层熔体中的杂质在熔体逐渐分散均匀。在单位时间内通过单位面积的硅熔体进入的掺杂元素的质量，定义为掺杂强度。掺杂强度的大小对掺杂的效率和掺杂元素在熔体内部分布是否均匀有重要影响。通常的情况是掺杂强度小，掺杂效率高且熔体内部的杂质分布也更均匀。

实施例一

一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，如图1-4所示，包括掺杂罩1和定位件2，定位件2设于掺杂罩1上，且定位件2的一端与掺杂罩1连接，定位件2的另一端延伸出掺杂罩1靠近硅溶液一端的端面，在掺杂时，定位件2与硅溶液接触，对掺杂罩1进行定位。在进行掺杂时，将掺杂器悬挂在掺杂罩1内，掺杂罩1下降，当定位件2与硅溶液接触时，掺杂罩1停止下降，对掺杂罩1下降位置进行定位，掺杂罩1靠近硅溶液的一端不与硅溶液接触，定准掺杂罩1靠近硅溶液的一端与硅溶液之间的距离，掺杂元素的蒸汽可以从坩埚中间部分周边的硅熔体表面进入熔体，掺杂剂均匀掺入硅溶液中，保证掺杂的均一性，均一性好。

具体的，上述的掺杂罩1为一端开口的桶状结构，其形状可以是圆柱形，或者是正方形，或者是圆台形，或者是其他形状，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。在本实施例中，该掺杂罩1为圆柱形，便于掺杂器的悬挂。在掺杂罩1未开口的一端的内侧壁上，固定安装有一挂钩，便于掺杂器的悬挂安装，使得掺杂器位于掺杂罩1内，对掺杂器内的掺杂剂进行保护，避免掺杂器内的掺杂剂被氩气流吹飞，造成掺杂剂的浪费。该掺杂罩1的高度与掺杂器的高度相适应，便于对掺杂剂进行保护。

上述的定位件2用于对掺杂罩1在掺杂时进行定位，避免掺杂罩1与硅溶液接触。该定位件2包括连接件和限位件20，连接件与掺杂罩1连接，限位件20与连接件连接，便于限位件20通过连接件与掺杂罩1连接，便于连接件或限位件20相对于掺杂罩1移动，调节限位件20的末端与掺杂罩1靠近硅溶液的一端的相对距离，且限位件20远离与连接件连接的一端延伸出掺杂罩1靠近硅溶液的一端的端面，用于对掺杂罩1进行定位，限位件20与硅溶液接触，掺杂罩1不与硅溶液接触，定准掺杂罩1与硅溶液之间的距离，掺杂元素蒸汽可以从该距离溢出，从坩埚中间部分及周边硅熔体表面进入熔体，使得掺杂效果一致性好。

具体的，上述的连接件为安装座21，安装座21与掺杂罩1连接，限位件20与安装座21可拆卸连接。该安装座21与掺杂罩1的连接可以是固定连接，或者是可拆卸连接，或者是其他连接方式，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

该安装座21为板状结构，且在安装座21上设有通孔，便于限位件20的安装，该通孔的直径与限位件20的直径相适应，该安装座21的厚度根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

该安装座21在安装时，安装在掺杂罩1的外侧侧壁上，且安装座21安装在掺杂罩1靠近硅溶液的一端的端部的侧壁上，安装座21的下表面与掺杂罩1的该端的端面平齐，或者，安装座21的下表面位于掺杂罩1的该端的端面的上部，便于限位件20安装时，限位件20的末端延伸出掺杂罩1的该端的端部，与硅溶液液面接触，对掺杂罩1进行定位。

安装座21与掺杂罩1可以是一体成型，或者是通过螺栓等连接件固定连接，或者是其他连接方式，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

该安装座21的数量为多个，对称设于掺杂罩1的外壁上，也就是，多个安装座21以掺杂罩1的轴线为对称线，对称安装在掺杂罩1的外壁上，且多个安装座21位于同一平面上，便于限位件20安装时，多个限位件20的末端位于同一平面上，便于对掺杂罩1进行定位。优选的，在本实施例中，安装座21的数量为四个，对称安装在掺杂罩1的外侧壁上。

上述的限位件20的数量与安装座21的数量相适应，在每一个安装座21上均安装有一个限位件20，使得与掺杂罩1在缆绳的作用下转动时，可以从各个角度观察到限位件20的位置，便于对掺杂罩1进行定位。

该限位件20为定位销，该限位件20可以是T型，或者是L型，或者是其他形状，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。在本实施例中，该限位件20为L型，且在限位件20的一端固定安装有阻挡件，阻挡件的直径大于限位件20的直径，限位件20在安装时，限位件20自由端穿过安装座21上的通孔并向下延伸，安装在安装座21上，阻挡件进行阻挡，避免限位件20从安装座21上脱落。安装座21与限位件20套设，便于限位件20的安装与拆卸。

该限位件20的材质优选为石英，在与硅溶液接触时，不会引入新的杂质，保证直拉单晶的质量。

一种掺杂装置，包括上述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置和掺杂器，该定位装置设于掺杂器上，对掺杂器在添加掺杂剂时进行定位，定准掺杂罩与硅溶液之间的距离，掺杂元素蒸汽可以从该距离溢出，从坩埚中间部分及周边硅熔体表面进入熔体，使得掺杂效果一致性好。

该用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置及掺杂器在使用时，将掺杂罩1未开口端与缆绳连接，将掺杂器悬挂于掺杂罩1的内部，将安装座21固定安装在掺杂罩1上，同时，将限位件20安装在安装座21上，且限位件20的自由端延伸出掺杂罩1靠近硅溶液的一端的端部，下降掺杂罩1，当限位件20的自由端与硅溶液接触时，掺杂罩1停止下降，进行掺杂剂的添加，掺杂元素蒸汽可以从该距离溢出，从坩埚中间部分及周边硅熔体表面进入熔体，使得掺杂效果一致性好。

实施例二

一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，如图5-7所示，包括掺杂罩1和定位件2，定位件2设于掺杂罩1上，且定位件2的一端与掺杂罩1连接，定位件2的另一端延伸出掺杂罩1靠近硅溶液一端的端面，在掺杂时，定位件2与硅溶液接触，对掺杂罩1进行定位。在进行掺杂时，将掺杂器悬挂在掺杂罩1内，掺杂罩1下降，当定位件2与硅溶液接触时，掺杂罩1停止下降，对掺杂罩1下降位置进行定位，掺杂罩1靠近硅溶液的一端不与硅溶液接触，定准掺杂罩1靠近硅溶液的一端与硅溶液之间的距离，掺杂元素的蒸汽可以从坩埚中间部分周边的硅熔体表面进入熔体，掺杂剂均匀掺入硅溶液中，保证掺杂的均一性好。

具体的，上述的掺杂罩1为一端开口的桶状结构，其形状可以是圆柱形，或者是正方形，或者是圆台形，或者是其他形状，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。在本实施例中，该掺杂罩1为圆柱形，便于掺杂器的悬挂。在掺杂罩1未开口的一端的内侧壁上，固定安装有一挂钩，便于掺杂器的悬挂安装，使得掺杂器位于掺杂罩1内，对掺杂器内的掺杂剂进行保护，避免掺杂器内的掺杂剂被氩气流吹飞，造成掺杂剂的浪费。该掺杂罩1的高度与掺杂器的高度相适应，便于对掺杂剂进行保护。

上述的定位件2用于对掺杂罩1在掺杂时进行定位，避免掺杂罩1与硅溶液接触。该定位件2包括连接件和限位件20，连接件与掺杂罩1连接，限位件20与连接件连接，便于限位件20通过连接件与掺杂罩1连接，便于连接件或限位件20相对于掺杂罩1移动，调节限位件20的末端与掺杂罩1靠近硅溶液的一端的相对距离，且限位件20远离与连接件连接的一端延伸出掺杂罩1靠近硅溶液的一端的端面，用于对掺杂罩1进行定位，限位件20与硅溶液接触，掺杂罩1不与硅溶液接触，定准掺杂罩1与硅溶液之间的距离，掺杂元素蒸汽可以从该距离溢出，从坩埚中间部分及周边硅熔体表面进入熔体，使得掺杂效果一致性好。

上述的连接件为安装环22，安装环22与掺杂罩1连接，且安装环22与掺杂罩1同轴设置。该安装环22的直径与掺杂罩1的直径相适应，使得安装环22能够套装在掺杂罩1上，且安装环22的形状与掺杂罩1的形状相适应，便于安装环22的安装。

该安装环22在安装时，安装环22固定安装在掺杂罩1的外壁上，且位于掺杂罩1靠近硅溶液的一端的外壁上，便于限位件20的安装。安装环22的末端可以与掺杂罩1的靠近硅溶液的一端的端部平齐，或者，安装环22的末端可以位于掺杂罩1的靠近硅溶液的一端的端部的上部的外壁上，便于限位件20安装时，限位件20的自由端延伸出掺杂罩1的靠近硅溶液的一端的端部，与硅溶液接触，且掺杂罩1的该端不与硅溶液接触，对掺杂罩1进行定位。

安装环22为环状结构，且安装环22的截面形状可以是L型，或者是Z型，或者是其他形状，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。在本实施例中，该安装环22的截面形状优选为L型，安装环22的一连接臂与掺杂罩1固定连接，安装环22的另一连接臂上设有多个通孔，限位件20通过通孔与安装环22连接。安装环22的一连接臂与掺杂罩1的固定连接方式可以是通过螺栓等连接件连接，或者是一体成型，或者是其他固定连接方式，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

该安装环22的高度不大于安装环22与掺杂罩1的连接处至掺杂罩1靠近硅溶液端的端面的距离，也就是，安装环22在安装时，安装环22的一连接臂与掺杂罩1的侧壁固定连接，安装环22的另一连接臂与掺杂罩1的靠近硅溶液的一端的端面相平行，且安装环22的另一连接臂所在的平面与掺杂罩1的该端的端面平齐或位于该端端面的上部，便于限位件20的自由端延伸出掺杂罩1的该端端面，与硅溶液液面接触，对掺杂罩1进行定位。

上述的限位件20的数量为多个，多个限位件20均与安装环22连接，且多个限位件20对称设于安装环22上，多个限位件20以掺杂罩1的轴线为对称线，对称安装在安装环22上，从不同角度对掺杂罩1进行定位，便于从不同角度观察限位件20是否与硅溶液液面接触，定准掺杂罩1与硅溶液的距离。

该限位件20为定位销，该限位件20可以是T型，或者是L型，或者是其他形状，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。在本实施例中，该限位件20为L型，且在限位件20的一端固定安装有阻挡件，阻挡件的直径大于限位件20的直径，限位件20在安装时，限位件20自由端穿过安装环22上的通孔并向下延伸，安装在安装环22上，阻挡件进行阻挡，避免限位件20从安装环22上脱落。安装环22与限位件20套设，便于限位件20的安装与拆卸。

该限位件20的材质优选为石英，在与硅溶液接触时，不会引入新的杂质，保证直拉单晶的质量。

一种掺杂装置，包括上述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置和掺杂器，该定位装置设于掺杂器上，对掺杂器在添加掺杂剂时进行定位，掺杂元素蒸汽可以从该距离溢出，从坩埚中间部分及周边硅熔体表面进入熔体，使得掺杂效果一致性好。

该用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置及掺杂器在使用时，将掺杂罩1未开口端与缆绳连接，将掺杂器悬挂于掺杂罩1的内部，将安装环22固定安装在掺杂罩1上，同时，将限位件20安装在安装环22上，且限位件20的自由端延伸出掺杂罩1靠近硅溶液的一端的端部，下降掺杂罩1，当限位件20的自由端与硅溶液接触时，掺杂罩1停止下降，进行掺杂剂的添加，掺杂元素蒸汽可以从该距离溢出，从坩埚中间部分及周边硅熔体表面进入熔体，使得掺杂效果一致性好。

由于采用上述技术方案，使得用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置结构简单，安装拆卸方便，便于使用，具有掺杂罩和定位件，定位件的末端延伸出掺杂罩的靠近硅溶液一端的端面，使得定位件与硅溶液液面接触，掺杂罩不与硅溶液液面接触，定准掺杂罩与硅溶液液面之间的距离，对掺杂罩进行定位；定位件的数量为多个，对称设于掺杂罩的周侧，从不同角度对掺杂罩进行定位，在缆绳旋转时每个角度都可以观察到定位件的位置，便于定位准确，使掺杂效果一致性好，熔体内杂质分布均匀。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，其特征在于：包括掺杂罩和定位件，所述定位件设于所述掺杂罩上，且所述定位件的一端与所述掺杂罩连接，所述定位件的另一端延伸出所述掺杂罩靠近硅溶液一端的端面，在掺杂时，所述定位件与所述硅溶液接触，对掺杂罩进行定位。

2.根据权利要求1所述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，其特征在于：所述定位件包括连接件和限位件，所述连接件与所述掺杂罩连接，所述限位件与所述连接件连接，且所述限位件远离与所述连接件连接的一端延伸出所述掺杂罩靠近硅溶液的一端端面，用于对所述掺杂罩进行定位，定准所述掺杂罩与硅溶液之间的距离。

3.根据权利要求2所述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，其特征在于：所述连接件为安装座，所述安装座与所述掺杂罩连接，所述限位件与所述安装座可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，其特征在于：所述安装座的数量为多个，对称设于所述掺杂罩的外壁上。

5.根据权利要求3或4所述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，其特征在于：所述限位件的数量与所述安装座的数量相适应，所述限位件为定位销。

6.根据权利要求2所述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，其特征在于：所述连接件为安装环，所述安装环与所述掺杂罩连接，且所述安装环与所述掺杂罩同轴设置。

7.根据权利要求6所述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，其特征在于：所述安装环的高度不大于所述安装环与所述掺杂罩的连接处至所述掺杂罩靠近所述硅溶液端的端面的距离。

8.根据权利要求7所述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，其特征在于：所述限位件的数量为多个，所述多个限位件均与所述安装环连接，且所述多个限位件对称设于所述安装环上。

9.根据权利要求2-4、6-8任一项所述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置，其特征在于：所述限位件的材质为石英。

10.一种掺杂装置，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的用于生长掺杂直拉晶体的掺杂器定位装置和掺杂器，所述定位装置设于所述掺杂器上。

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