[发明专利]含辅助加料结构的单晶炉及其应用

说明书

本发明提供一种含有辅助加料结构的单晶炉及其应用，其特征在于该单晶硅生长炉内部装有辅助加料结构，该辅助加料结构带有独立的称重装置，可在辅助加料的同时，实时监控辅助原料的加入量，从而能实现单晶硅掺杂浓度的精确控制，有利于稳定单晶硅轴向电阻率，以及满足特殊掺杂需求单晶硅晶锭生长。

技术领域

本发明涉及一种含有辅助加料结构的单晶炉及其应用，具体涉及一种含有辅助加料结构的可在晶锭生长过程中不断添加辅助掺杂剂的单晶硅提拉炉。

背景技术

随着电力电子技术向高频化、节能化、轻量化、小型化发展，对功率半导体器件的频率特性、开关特性、功率容量、功率耗损、高可靠性、低成本提出了新要求。新一代硅微波了器件、肖特基器件、场控高频电力电子器件和功率集成电路要求硅单晶衬底材料为超低阻值（1.8×10^-3Ω•cm）。目前在0.002~0.005Ω•cm的电阻率范围内一般选用重掺砷硅单晶，在低于0.0018Ω•cm的电阻率范围内一般选用重掺磷硅单晶。重掺硅单晶的掺杂一般采用固体掺杂方法，即在装料过程所需的磷和多晶料一次性全部投入石英坩埚中。由于磷的蒸汽压较高，它在多晶硅融化和单晶生长过程中会在液面处大量的挥发，难以有效控制晶锭中实际的掺杂浓度，晶锭轴向掺杂浓度变化梯度大，致使轴向电阻率变化大，晶锭利用率低。

传统的改进方法是在单晶炉上设计一掺杂勺，在原料完全融化后，将提前装入掺杂勺内的含磷元素的原料倒入熔体中。这一方法的缺点是掺杂勺内的原料在升温过程处于高温环境，容易蒸发。在倒入熔体的过程中极易发生溅射，容易破坏炉内结构器件，污染炉内环境，直接影响单晶硅生长，且未改善生长过程熔体中磷元素的挥发而引起的浓度变化。国外曾采用气相掺杂法在硅熔体中掺杂磷元素，所采用的气体均匀磷元素的烷类，空气中易燃易爆，剧毒。气相掺杂装置比较复杂，尾气处理与安全保障投入巨大。生产与运营成本较高，利于规模化生产。

同时，在集成电路用单晶硅生长过程中，由于掺杂元素的分凝问题，熔体中掺杂元素的浓度逐渐升高，导致晶锭从头部到尾部电阻率降低幅度较大，晶锭轴向电阻率波动增大，不利于集成电路设计制造。目前现有技术是在装料过程一次性投入相反导电类型的掺杂元素，从而抑制电阻率降低的速率。该技术虽在一定纯度上能缓解电阻率降低的幅度，但在晶体生长过程中不能进行实时调控，晶锭尾部电阻率变化幅度依然较大，不能彻底解决因分凝而导致的电阻率降低的问题。

针对以上缺点，本发明提供一种带有连续辅助加料结构的单晶硅生长炉以及其应用方法，能实现单晶硅内所含掺杂元素的掺杂浓度的精确控制，稳定晶锭中的掺杂浓度，减小电阻率的波动。

发明内容

本发明是鉴于如上述的问题而完成的，其目的在于提供一种含有辅助加料结构的单晶炉，所述单晶炉可以在晶锭生长过程中，向石英坩埚内按需精确添加辅料例如掺杂剂、多晶硅料，从而满足特殊性能晶锭的生长与制造，诸如高掺杂低电阻率功率器件用的单晶硅片、较小轴向电阻率波动的集成电路用硅片、功率器件用单晶硅片，提高晶锭的品质和利用率。

为了达成所述目的，本发明提供一种含有辅助加料结构的单晶炉，是利用切克劳斯法来实行的单晶硅生长炉，其具备：包括融化原料的石英坩埚，支撑石英坩埚的石墨坩埚，以及坩埚支撑架；坩埚包围于石墨加热器内，在石墨加热器15外，装配有辐射材料4、保温材料5等形成了下部热屏；上部热屏包括漏斗型的具有导流功能的保温热屏17，以及与其相连的水平保温热屏12，从而使上部热屏之上的空间与下部空间仅通过漏斗型热屏的下部中央导通。