[发明专利]一种用于重掺锑直拉单晶硅的掺杂装置及掺杂方法

说明书

本发明公开了一种用于重掺锑直拉单晶硅的掺杂装置及掺杂方法。该掺杂装置由透明的石英玻璃制成，包括固定支架、盛锑的石英杯和底托；所述固定支架包括固定环和连接杆，该固定环为圆形，固定环上设有缺口，并通过该缺口插接固定在籽晶夹头上方；所述石英杯的上部为圆筒形，下部为漏斗形且由五个小漏斗构成；所述石英杯的上端开口，下端在每个小漏斗底部设有通孔；所述底托由四根圆柱形石英棒构成，各个石英棒相互对称地连接在石英杯的外壁上。本发明的掺杂装置在掺杂过程中优点在于：可以直接固定在籽晶夹头上方，不用拆装籽晶和连接器，石英杯下部有五个通孔，缩短了掺杂的时间；底托石英棒下端与石英杯下端的距离固定，提高掺杂稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于重掺锑直拉单晶硅的掺杂装置及掺杂方法，属于直拉单晶硅技术领域。

背景技术

目前，半导体硅材料可分为重掺硅单晶和轻掺硅单晶。单晶的电阻率值是由被选择的掺杂元素的掺入量来确定的，掺杂元素的掺入量越大，单晶的电阻率越低。掺入量很大的单晶，称为重掺硅单晶；反之，掺杂元素的掺入量少，则称为轻掺硅单晶。

其中，重掺硅单晶是最为理想的外延衬底材料，其市场需求量不断增加。重掺硅单晶用于制造超大规模集成电路开关电源肖特基二极管和场控高频电力电子器件特殊电子器件。现代电网控制系统，要求集成电路体积小、转换快、耐高压，军事控制、制导的电路，要求抗高频能力强、体积小，重掺硅单晶产品是首选产品，是我国国民经济发展、国防等特殊行业急需的新材料。

而拉制重掺硅单晶时，需要掺入的量比较大。目前主要的搀杂剂是砷、磷、锑，均具有很强的挥发性，它们产生的挥发物对人体和环境都存在着极强的伤害。以Sb掺杂剂为例，正在吸引着众多材料厂家的关注。但Sb蒸气压较高极易挥发，无法通过共熔的方式进行掺杂。之前有通过将Sb烧结于籽晶下部，但烧结过程复杂、费用较高。因此，在拉制重掺Sb硅单晶时，一般都通过钟罩方式进行掺杂。

目前生产中所用的掺杂装置的结构如图1所示，石英钟罩3通过链接钩2固定在籽晶夹头1上。而采用该掺杂装置进行掺杂时存在一些缺点：

1、安装掺杂装置时，需拆下籽晶将掺杂装置悬挂于籽晶重锤上；掺杂完毕之后需重新拆下掺杂装置并装回籽晶；这不仅仅增加了操作的时间，而且增大了籽晶被沾污的可能；石英杯下部只有一个通孔掺杂缓慢。

2、下降掺杂装置进行掺杂时，如果掺杂装置的底端离熔体液面太远，会使掺杂剂飞溅；如果离熔体液面太近，可能导致掺杂装置底部浸入熔体中，造成掺杂剂更大程度的喷溅，降低掺杂效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于重掺锑直拉单晶硅的掺杂装置，改变传统掺杂装置的弊端，使掺杂方法更加简洁、安全，掺杂位置更加精确，提高掺杂效率。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述掺杂装置用于重掺锑直拉单晶硅的掺杂方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于重掺锑直拉单晶硅的掺杂装置，该装置由透明的石英玻璃制成，包括固定支架、盛锑的石英杯和底托；

所述固定支架包括固定环和连接杆，该固定环为圆形，固定环上设有缺口，并通过该缺口插接固定在籽晶夹头上方；

所述石英杯的上部为圆筒形，下部为漏斗形且由五个小漏斗构成；所述石英杯的上端开口，下端在每个小漏斗底部设有通孔；

优选地，所述石英杯的圆筒形部分的外径为100mm，内径为94mm，高度为100mm。

优选地，所述通孔直径为2mm。

优选地，所述底托的石英棒下端与石英杯下端之间的距离为30mm。

一种使用所述掺杂装置(图6)生产重掺锑直拉单晶硅的掺杂方法，包括以下步骤：