[发明专利]一种新型区熔气掺单晶的掺杂气路

说明书

技术领域

本发明创造区熔单晶硅生长技术领域，具体涉及单晶硅区熔炉中一种新型掺杂气路。

背景技术

区熔硅单晶制备过程中，掺入一定量的电活性杂质可将高纯度多晶硅原料制成具有一定电学性质的掺杂硅单晶。目前，区熔硅单晶的掺杂方法有多晶沉积法、硅芯掺杂法、溶液涂敷掺杂法、棒孔掺杂法、中子嬗变掺杂法(NTD)和气相掺杂法等。其中，中子嬗变掺杂法，即NTD单晶的电阻率轴向及径向均匀性是最好的，同时加工周期长，价格也十分昂贵。故而，各大厂家考虑到成本问题便转向低成本、电阻率均匀性较低的气相掺杂法制备的硅单晶，以至于目前全球各类区熔硅单晶总量的80％为气相掺杂单晶。

由于单晶硅材料的电学性质几乎对所有杂质都非常敏感，且单晶硅生长过程对轴向和平面内的掺杂均匀性都提出了严格的要求，因此掺杂过程中对掺杂工艺的控制是非常重要的，对掺杂工艺的控制也是本领域技术人员不断研究和改善的课题。申请人已经对区熔硅单晶气相掺杂生长工艺进行了大量的研究，设计出了一整套合理的气相掺杂生长工艺，其中包括公开号为CN1455028、CN1763266、CN1865530、CN1865531、CN103114325A、CN103114326A的专利申请，在此并入作为参考。但是在上述研究中未涉及到掺杂气路对掺杂工艺影响的研究。

掺杂气路用于将确定流量的保护气及掺杂气经混合后输送入区熔炉中，普通的气路管道结构如图1所示，类似“工”字型，掺杂气路的混合部分一般位于区熔炉内一个固定的空间，空间的大小受到限制，一般在80cm×95cm以内，因此气体往往未经混合均匀便直接输送至区熔炉内，导致区熔炉内掺杂气分布不均，生产出的气掺单晶硅轴向均匀性不佳，气掺单晶均匀性的重复性也并不理想。

发明内容

本发明创造为解决上述问题，提供一种新型区熔气掺单晶的掺杂气路，能够在区熔炉有限的空间内使掺杂气与保护气在入炉前充分均匀混合，改善气掺单晶均匀性、提高掺杂效率。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是，将掺杂气路管道结构改造为类似“π”字型，所述“π”字型掺杂气路中间为一段足够长的L段管道，所述L段管道的一端连通保护气进气口、掺杂气进气口，另一端连通出气口及排气口，所述出气口进入炉膛内部，所述保护气进气口、掺杂气进气口及出气口均设有流量计，所述排气口设有压力阀。

其中，所述压力阀能够保证进入炉膛的气体具有稳定的浓度和压力，且“π”字型弯道的设置也能够保证入炉气体流动的稳定性，不会引起入炉气体的扰动。

其中，所述保护气一般为氩气，所述掺杂气可以为磷烷(PH₃)、硼烷(B₂H₆)中的一种或多种。

优选的，所述掺杂气进气口位于所述保护气进气口上方，所述出气口位于所述排气口上方。由于保护气体的流量一般较大，保护气体在管道中由下方涌入上方并与位于上方管道中的掺杂气混合时，具有较大的冲量作用而在管道内产生湍流，从而加强混合效果。

进一步，所述L段管道的长度为35-50cm，优选为40-45cm。

进一步，所述“π”字型掺杂气路的管道内径为0.3-0.6cm，优选为0.4-0.6cm。

进一步，所述保护气进气口的流量范围控制在0-30L/min，所述掺杂气进气口的流量范围控制在0-1L/min，所述出气口的流量范围控制在0-200ml/min，所述排气口压力的调节范围控制在0-20bar。优选的，所述保护气进气口的流量范围控制在0-10L/min，所述掺杂气进气口的流量范围控制在0-0.5L/min，所述出气口的流量范围控制在0-100ml/min，所述排气口压力的调节范围控制在0-10bar。

本发明创造具有的优点和积极效果是：能够在有限的空间内改善气路中掺杂气体的混合效果，一方面可以使得气掺单晶的轴向综合均匀性提高1.5以上个百分点，甚至可以达到接近于NTD电阻率均匀性的效果；另一方面可以提高掺杂效率，使掺杂气的使用量节省5％以上，降低生产成本；同时，通过精确控制掺杂气体的流量，气掺单晶均匀性的重复性也有显著的提高。

附图说明

图1是普通的区熔气掺单晶的掺杂气路结构示意图。

图2是本发明创造一种新型区熔气掺单晶的掺杂气路的一种优选实施方案。

图3是实施例1生产的单晶产品轴向电阻率的测试结果。

图4是对比例1生产的单晶产品轴向电阻率的测试结果。