[发明专利]将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法

权利要求书

1.将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将石英舟的上部设计为圆环形状，石英舟的底部设计为球缺形状，球缺外表面曲面半径r与直拉硅单晶生长用的石英坩埚的底部内表面的曲面半径R相同，形成新型石英舟；

S2、在硅磷合金制备时，将硅单质放在步骤S1中设计的新型石英舟内、磷单质放在另一个普通石英舟内，在高温下通过使用定向凝固技术制备出特定重量的高磷含量的硅磷合金；

S3、将制备的高磷含量的硅磷合金连同新型石英舟一起进行弱酸漂洗、超纯水超声清洗，去除表面氧化层及污渍；

S4、在重掺磷硅单晶生长的装料阶段，将硅磷合金连同新型石英舟一起放置在形状匹配的石英坩埚底部中央，然后将多晶硅料装填在新型石英舟周围和上方；

S5、将石英坩埚放置在单晶炉内的石墨坩埚内，并通过升降机构将石墨坩埚放置在加热器内特定区域，要求新型石英舟处于加热器热区的中央区域；

S6、提升加热器功率进行升温，直至加热器热区中央区域温度上升至设定温度，然后保持恒温一段时间；

S7、继续提升加热器功率至设定化料功率进行升温，将多晶硅料和硅磷合金逐渐熔化，直至全部熔化完成；最后下降加热器功率至设定长晶功率，稳定温度在硅熔点附近，然后进入晶体生长阶段。

2.根据权利要求1所述的将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法，其特征在于：所述步骤S1中，新型石英舟的底部外表面曲面半径r的设计范围为350～700mm；新型石英舟的高度为25～45mm，新型石英舟的顶端水平高度小于收尾硅液面；新型石英舟上部圆环的内直径为160～240mm，新型石英舟圆环部分的口径大于晶体直径；新型石英舟的纯度为6N以上。

3.根据权利要求1所述的将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过定向凝固技术制备出的硅磷合金即是将要掺入硅熔液中的掺杂剂，由于磷元素的掺杂入量要求精准，因此硅磷合金的重量是需要精心计算的；具体包括：

第一步，根据重掺磷硅单晶的目标电阻率，计算出重掺磷硅单晶的磷掺杂剂浓度；

第二步，根据硅单晶生长磷元素的分凝作用，计算出硅熔液的磷掺杂剂浓度；

第三步，根据硅熔液的磷掺杂剂浓度以及硅液重量，计算出所需要掺入的磷元素重量；

第四步，根据掺入的磷元素重量以及硅磷合金的磷含量，最终计算出所需硅磷合金的重量。

4.根据权利要求3所述的将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法，其特征在于：所述第一步中，根据重掺磷硅单晶的目标电阻率，通过如下式(1)计算得出重掺磷硅单晶的磷掺杂剂浓度N_D：

式(1)中，ρ为电阻率；N_D为磷掺杂剂浓度，单位为atoms/cm^-3。

5.根据权利要求3所述的将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法，其特征在于：所述第二步中，根据硅单晶生长磷元素的分凝作用，通过如下式(2)计算得出硅熔液的磷掺杂剂浓度C_L：

式(2)中，k_eff为有效分凝系数。

6.根据权利要求3所述的将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法，其特征在于：所述第三步中，根据硅熔液的磷掺杂剂浓度以及硅液重量，通过如下式(3)计算得出所需要掺入的磷元素重量M：

式(3)中，m为磷的相对原子质量，单位为g/mol；N_A为阿伏伽德罗常数，单位为atoms/mol；W为硅熔液重量；ρ为硅熔液的密度，单位为g/cm³。

7.根据权利要求3所述的将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法，其特征在于：所述第四步中，所需硅磷合金的磷含量为40％～45％；所述硅磷合金的重量误差为-2％～+2％。