[發明專利]提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置及其處理工藝

有效

• 申請號: 201110197642.1
• 申請日: 2011-07-14
• 公開（公告）號: CN102260900A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 周建華
• 申請（專利權）人: 西安華晶電子技術股份有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B15/12;C30B15/14;C30B29/06
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于單晶硅生產技術領域，尤其是涉及一種提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置及其處理工藝。

背景技術

單晶硅，又稱硅單晶，是一種半導體材料。近幾年來，隨著光伏產業的迅猛發展，單晶硅又被用來制作太陽能電池，呈現出供不應求的局面。隨著高科技的發展，生產近乎完美的高質量單晶硅，是每一個材料廠家、器件廠家的共同愿望，這種單晶硅具有良好的斷面電阻率均勻性、高壽命、含碳量少、微缺陷密度小、含氧量可以控制的特點。

目前，生產單晶硅的方法有直拉法、區熔法、基座法、片狀生長法、氣相生長法、外延法等，其中基座法、片狀生長法、氣相生長法和外延法都因各自的不足未能被普遍推廣；而直拉法和區熔法比較，以直拉法為主要加工方法，它的投料量多、生產的單晶直徑大，設備自動化程度高，工藝比較簡單，生產效率高。直拉法生產的單晶硅，占世界單晶硅總量的70％以上。直拉法又稱為切克勞斯基法，簡稱CZ法。CZ法的特點是在一個直筒型的熱系統中，用石墨電阻加熱，將裝在高純石英坩堝中的多晶硅熔化，然后將籽晶插入熔體表面進行熔接，同時轉動籽晶，再反向轉動坩堝，籽晶緩慢向上提升，經過引晶、放大、轉肩、等徑生長、收尾過程，一支硅單晶就生長出了。

單晶爐是一種在惰性氣體環境中，用石墨加熱器將多晶硅等多晶材料熔化，并用直拉法生長無錯位硅單晶的設備。采用單晶爐生產硅單晶過程中，為拉制一定型號和電阻率的硅單晶，便要選用適當的摻雜劑。五族元素常用作單晶硅的N型摻雜劑，主要有磷、砷、銻等。三族元素常用作單晶硅的P型摻雜劑，主要有硼、鋁、鎵等。一般來說，拉制低電阻率單晶(電阻率小于10^-2Ω·cm)，一般選用純元素摻雜劑。拉制較高電阻率的單晶(電阻率大于10^-1Ω·cm)，一般選用母合金做摻雜劑。所謂“母合金”就是雜質元素與硅的合金。常用的母合金有硅磷和硅硼兩種，采用母合金做摻雜劑是為了使摻雜量更容易控制、更準確。

但是實際采用單晶爐生產硅單晶過程中，由于上述摻雜劑的摻雜元素在硅單晶內生長界面處固液兩相中的擴散速度不同，從而導致拉制成型硅單晶晶體的縱向電阻率不一致，即拉制成型硅單晶晶體的電阻率由頭部至尾部逐漸降低。尤其是對于N型硅單晶來說，其硅單晶晶體頭尾之間的電阻率相差特別大。例如，目前所生產半導體級單晶硅的電阻率由頭部至尾部衰減較為嚴重，半導體級單晶硅頭部的電阻率約38Ω·cm，半導體級單晶硅中部的電阻率約32Ω·cm，而其尾部的電阻率約20Ω·cm。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單、設計合理、對現有單晶爐的改進部分小、投入成本低且使用效果好的提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置，包括單晶爐，所述單晶爐包括單晶爐爐體和布設在單晶爐爐體外側的功率柜，所述單晶爐爐體包括主爐室和位于主爐室正上方的副爐室，所述主爐室內設置有石英坩堝、布設在石英坩堝正上方的導流筒、套裝在石英坩堝外側的石墨坩堝和布設在石墨坩堝正下方的石墨熱場系統，所述石墨熱場系統與功率柜上所設置的接線端相接，其特征在于：還包括水平放置在石英坩堝內側中部的石英筒，所述石英筒為上下均開口的圓柱狀筒體且所述圓柱狀筒體的壁厚為3mm～10mm，所述石英筒的外徑為其所處石英坩堝內徑的1/2～1/3；所述石英筒與石英坩堝呈同軸布設，且石英筒的頂部高度不高于石英坩堝的頂部高度；所述石英筒底部沿圓周方向開有用于將石英坩堝內腔與石英筒內腔連通的多個通孔，多個所述通孔的結構和尺寸均相同且多個所述通孔呈均勻布設。

上述提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置，其特征在于：所述石英筒的頂部與石英坩堝的頂部相平齊，或者石英筒的頂部高度比石英坩堝的頂部高度低2cm～3cm。

上述提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置，其特征在于：所述通孔的橫截面面積為6mm²～40mm²，且所述通孔的橫截面面積越大，所開通孔的數量越少。

上述提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置，其特征在于：所述通孔的數量為6個～2個。

上述提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置，其特征在于：所述通孔為開在石英筒底部邊沿上的凹槽。

上述提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置，其特征在于：所述凹槽的數量為3個，且所述凹槽為直徑為2mm～5mm的半圓形槽。

上述提高單晶硅縱向電阻率一致性的裝置，其特征是：所述圓柱狀筒體的壁厚為5mm～10mm。