[发明专利]直拉硅单晶的掺杂装置及方法

说明书

一种用于直拉硅单晶的掺杂装置及方法，属于直拉法生产单晶硅设备技术领域，包括石英内胆、石英钟罩和石英杯，在石英钟罩内设置石英内胆，石英杯内置于石英内胆，在内胆本体的上端从上而下依次盖合有第一石英盖、第二石英盖，第一石英盖与第二石英盖之间形成排气腔，第二石英盖上设置有第一通气孔，第一通气孔上垂直安装有调压管，排气片盖合在第一通气孔上，在内胆本体的环壁上设有第二通气孔，第二通气孔位于所述第一石英盖与第二石英盖之间，在掺杂过程中，通过排气片、调压管及通气孔可调节石英内胆内的压力，避免冒泡现象的产生，减少掺杂剂的挥发，使得气化掺杂剂充分融入硅熔液中进行掺杂，提高掺杂率，减少炉内污染。

技术领域

本发明属于直拉法生产单晶硅设备技术领域，具体涉及一种直拉硅单晶的掺杂装置及方法。

背景技术

重掺硅单晶片是最为理想的外延衬底材料，广泛应用于集成电路和高端功率器件中，随着集成电路和功率器件应用领域和范围的不断扩大，对磷、砷重掺硅单晶片的市场需求量也不断增加，尤其是对电阻率的要求。目前砷、磷N型硅单晶掺杂主要采用气相挥发的掺杂方式。

中国专利CN1289722C公开了一种用于重掺直拉硅单晶制造的掺杂方法及其掺杂漏斗，采用的方法是将掺杂剂磷、砷装在掺杂漏斗中，降低漏斗至漏斗下部的漏斗嘴浸入液面5至10mm深，使气化的掺杂剂通过漏嘴进入硅熔体并被吸收，一定程度上提高了磷、砷的掺杂率，但存在的问题是当漏斗嘴浸入液面以下，由于硅熔液温度较高，使得磷或砷气体扩散，漏斗内气压增大，掺杂时容易产生冒泡现象，气泡从硅熔液中逸出，导致掺杂剂挥发，炉内污染较高。

中国公开专利CN101717993B提出一种直拉重掺锑单晶的掺杂方法及掺杂装置，这一结构掺杂碗的结构使得掺杂合金气化进入熔硅的面积受限，致使挥发缓慢，无法在挥发过程中充分与熔硅液面接触，达不到充分掺杂的目的。而且这种结构也容易在掺杂过程中产生晃动，导致气相掺杂不均匀，影响单晶硅棒质量。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种直拉硅单晶的掺杂装置及方法以解决砷和磷掺杂率低，炉内污染高，硅单晶的电阻率高的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种直拉硅单晶的掺杂装置，包括掺杂部件，所述掺杂部件包括石英内胆、石英钟罩和石英杯，所述石英内胆包括内胆本体、浸液管、第一石英盖、第二石英盖、调压管和排气片，所述内胆本体为中空结构，所述内胆本体上下开口，所述浸液管的两端开口，所述浸液管的上端与内胆本体的下端连接，所述浸液管的下端为自由端，在内胆本体的上端从上而下依次盖合有第一石英盖、第二石英盖，所述第一石英盖与第二石英盖之间形成排气腔，在第二石英盖上设有第一通气孔，所述调压管竖直设置，所述调压管两端开口，所述调压管的下端与第一通气孔的上端面连接，所述排气片为圆形，所述排气片盖合在第一通气孔上，所述排气片的直径大于第一通气孔的内径，所述排气片的直径小于调压管的内径，所述石英钟罩设于内胆本体外围，所述石英钟罩为筒状，所述石英钟罩的下端开口，所述石英钟罩的上端与内胆本体的外壁密封连接，在内胆本体的环壁上设有第二通气孔，所述第二通气孔位于所述第一石英盖与第二石英盖之间，所述排气腔通过第二通气孔与石英钟罩的内腔连通，所述石英杯内置于内胆本体，所述石英杯的上端开口与内胆本体的内腔连通。

优选的，所述内胆本体底壁为锥形。

优选的，所述浸液管的下端能够浸入硅熔液的液面以下。

优选的，所述第二石英盖的下部设置有挂钩，用于悬挂所述石英杯。

优选的，所述石英杯的上端设置有吊耳，所述吊耳悬挂于挂钩上。

优选的，所述直拉硅单晶的掺杂装置还包括单晶炉，所述单晶炉内安装有石英坩埚。

优选的，所述掺杂部件设置在所述单晶炉内，且位于石英坩埚的正上方，所述掺杂部件可垂直上下移动。