[发明专利]一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置及方法

说明书

本发明提供了一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置及方法，通过合理的管路结构设计及在掺杂气路上设置掺杂罐，实现掺杂气体及掺杂氩气的均匀混合，通过对掺杂气均匀性的控制、高精度压力的稳定控制及气体流量的控制，可以精确有效的控制进入区熔炉炉膛内的掺杂气流量的相对比例，不但满足了不同的电阻率产品0.1‑8000欧姆.厘米的加工工艺要求，同时可将现有气相掺杂技术的理论计算与实际电阻率偏差降低到5％左右。

技术领域

本发明属于气相掺杂区熔硅单晶生产技术领域，尤其是涉及一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置及方法。

背景技术

中子嬗变掺杂(NTD)技术自上世纪70年代在我国开始采用以来，至今已相当成熟，其以电阻率均匀性较好的优点，被广泛用于区熔(FZ)单晶的生产。随着我国电子工业的高速发展，对FZ单晶片的需求迅速增长，我国现有的中子辐照能力已远远不能满足FZ单晶生产的需要，成了FZ单晶发展的瓶颈，而且中子辐照单晶周期较长，成本较高，需要采用其他非中照控制电阻率的方法弥补NTD能力的不足。

区熔硅单晶的其余掺杂生长工艺有三种，即固体掺杂法、液相掺杂法和气相掺杂法。其中，区熔单晶气相掺杂技术是将含有掺杂剂的气流吹向熔区，因其简易灵活、生产周期短、成本较低的优点成为生产区熔硅单晶重要的掺杂方法。目前，国内对于直径较大的区熔硅单晶的掺杂方法主要采用气相掺杂方法，用PH₃作N型单晶掺杂，用B₂H₆气体制备P型单晶掺杂，气相掺杂方法既可以有效避免单晶生长和掺杂准备过程中与器皿接触造成的沾污问题，又不会出现NTD单晶的辐照缺陷，具有晶格损伤小、少子寿命高、生产周期短及生产成本低等特点，是获取高少子寿命低阻区熔硅单晶的最佳方式。

在现有的生长掺杂工艺过程中，主要根据FZ硅单晶气相掺杂原理，结合单晶直径、气体流量、气体浓度、掺杂装置等条件，进行理论计算并与实际生产经验相结合，进一步给定掺杂控制量，但其掺杂稳定性差，理论计算与实际电阻率偏差在10％左右，造成的掺杂量不精准，容易导致生长晶体电阻率出现偏差，存在一定的质量分险。因此如何提高区熔气相掺杂稳定性，降低理论计算与实际电阻率偏差，是生产面临的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，所述掺杂装置与区熔炉连通，包括保护氩气管路、掺杂氩气管路、掺杂气体管路、掺杂罐、掺杂气入炉管路及排气管路；所述掺杂氩气管路及所述掺杂气体管路的输出端均与所述掺杂罐的进气口连通，所述掺杂罐的出气口与所述掺杂气入炉管路的输入端连通；所述掺杂气入炉管路的输出端及所述保护氩气管路的输出端均与区熔炉的中炉室连接；所述排气管路的进气端与所述区熔炉内腔连通；所述保护氩气管路、所述掺杂氩气管路、所述掺杂气体管路、所述掺杂气入炉管路及排气管路上均设有质量流量计；所述掺杂罐上设有压力控制器。

进一步的，所述掺杂气体管路包括相互独立的第一掺杂气体管路和第二掺杂气体管路；所述第一掺杂气体管路及所述第二掺杂气体管路的输出端通过掺杂气体转换开关选择性的与所述掺杂罐连通。

进一步的，所述掺杂罐包括罐体及设于所述罐体内腔的混匀装置。

进一步的，所述混匀装置包括多个设置于所述罐体内腔的翅片，多个所述翅片之间形成交错的气体流动通道。

进一步的，所述排气管路包括上排气管路及下排气管路；所述上排气管路的进气端与所述区熔炉的上炉室内腔连通，所述下排气管路的进气端与所述区熔炉的下炉室内腔连通；所述上排气管路及所述下排气管路上均设有气体过滤器及质量流量计。

进一步的，所述保护氩气管路、所述掺杂氩气管路、所述第一掺杂气体管路、所述第二掺杂气体管路、所述上排气管路及所述下排气管路上均设有气体过滤器。