[发明专利]一种直拉硅单晶的镓元素掺杂装置及其掺杂方法

权利要求书

1.一种直拉硅单晶的镓元素掺杂装置，其特征在于：包括具有底部掺杂孔(4)的掺杂杯(3)，所述掺杂杯上设有悬挂结构，悬挂结构上设有与提拉夹头相匹配的吊杆(1)；所述掺杂杯(3)的材质为熔点高于硅且不易与熔硅反应的材质；所述掺杂孔内填充有固化的熔硅。

2.根据权利要求1所述的直拉硅单晶的镓元素掺杂装置，其特征在于：所述掺杂杯(3)的材质为高纯石英或者碳化硅或者蓝宝石。

3.根据权利要求1所述的直拉硅单晶的镓元素掺杂装置，其特征在于：所述悬挂机构为三爪吊绳(2)，所述三爪吊绳使用高纯金属钼制作，所述掺杂杯上设有固定孔(5)固定三爪吊绳，三爪吊绳上部与吊杆固定。

4.根据权利要求3所述的直拉硅单晶的镓元素掺杂装置，其特征在于：所述掺杂杯底部为锥形，所述掺杂孔设于掺杂杯底部，所述掺杂杯顶部外圈设有凸缘，所述固定孔设于所述凸缘上。

5.根据权利要求4所述的直拉硅单晶的镓元素掺杂装置，其特征在于：所述掺杂孔设有五个，其中一个掺杂孔设于掺杂杯底部锥形尖顶位置，另外四个掺杂孔在同一水平面上环绕锥形尖顶处掺杂孔均匀设置。

6.根据权利要求5所述的直拉硅单晶的镓元素掺杂装置，其特征在于：所述掺杂孔的直径为2mm，所述锥形底高度大于8mm，所述掺杂杯最上部掺杂孔的最上部边沿距离锥形尖顶的位置为3～8mm。

7.根据权利要求1所述的直拉硅单晶的镓元素掺杂装置，其特征在于：所述掺杂装置的制作过程为：首先将掺杂杯下降至硅熔体中，硅熔体须浸没掺杂孔；然后将掺杂杯提离硅熔体液面，由于掺杂孔较小，熔硅将会有部分液体在液体表面张力作用下被残留在掺杂杯的掺杂孔上；最后，残留在掺杂孔的熔硅在单晶炉温度梯度作用下遇冷固化，封住掺杂孔，实现掺杂杯容器制作。

8.一种使用权利要求1所述掺杂装置的直拉硅单晶的镓元素掺杂方法，其特征在于：

1)使用前用熔硅封住掺杂杯底部掺杂孔；

2)将准备好的多晶料、石英坩埚放入单晶炉加温熔化；

3)掺杂剂称量及准备，在室温下称取镓金属，放入掺杂杯中待用；

4)隔离单晶炉主室与副室，并将盛放有镓元素的掺杂杯放入副室中，掺杂杯吊杆固定在提拉夹头上；

5)关闭副室，经过副室清洗清洗后，连通主副室，下降掺杂杯至液面下3～8mm，浸没掺杂孔，待封住掺杂孔的硅料熔化，镓元素将沿着掺杂孔流向熔硅；

6)待镓元素基本留到熔体中后，打开晶体提拉开关，将掺杂杯提离熔硅，在熔硅的表面张力作用下，由于掺杂孔较小，熔硅将会有部分液体在液体表面张力作用下被残留在掺杂杯的掺杂孔上；最后，残留在掺杂孔的熔硅在单晶炉温度梯度作用下遇冷固化，封住掺杂孔，为下次掺杂做好准备；

7)将掺杂杯升至副室中，并进行主副室隔离，打开副室，待冷却后，取出掺杂杯放置与洁净处待下次使用，安装上籽晶，冲洗副室，并连通主副室；

8)待熔体进行充分对流后，进行硅单晶生长步骤。

9.根据权利要求8所述的直拉硅单晶的镓元素掺杂方法，其特征在于：对于使用再加料工艺的硅单晶生长而言，完成再加料并待多晶料熔化结束后执行3)～9)步骤即可；对于断苞回熔多次，导致掺杂剂蒸发严重，晶体的目标电阻率与实际电阻率相差10％以上，采用3)～9)步骤进行镓元素的补充掺杂提高生产中电阻率对档率和良率。

10.根据权利要求8所述的直拉硅单晶的镓元素掺杂方法，其特征在于：步骤5)中根据需要，打开晶体转速和坩埚转速，加快镓元素的扩散。