[實用新型]用于生長摻雜直拉晶體的摻雜裝置

有效

• 申請號: 201120503113.5
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN202430327U
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 方峰;高朝陽;鄧德輝;鄭沉;王學峰
• 申請（專利權）人: 有研半導體材料股份有限公司;國泰半導體材料有限公司
• 主分類號: C30B15/04
• 分類號: C30B15/04;C30B29/06
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 郭佩蘭

技術領域

本實用新型涉及一種用于生長摻雜直拉晶體的摻雜裝置。特別涉及一種將低熔點元素(磷、砷)摻入硅熔體中的裝置，用于生長直徑8英寸及8英寸以上的摻雜硅晶體。?

背景技術

晶體硅材料常用作集成電路的初始材料，典型生產單晶硅的方法是Czochralski法(即CZ工藝)。首先將原料多晶硅熔化在石英坩堝中，在多晶硅已完全熔化并且溫度達到平衡之后，將一個晶種浸入熔體并且隨后慢慢提起，通常在提起的同時要不斷地轉動晶體，這樣單晶就逐漸生長成比較大的硅晶體。?

在生長高品質的硅晶體時，一些影響晶體生長的條件必須小心地加以控制，比如溫度、壓力、提拉速度和熔體中的雜質。為了控制晶體材料的導電類型和導電能力，一些特定的雜質會被有意識地加到熔融態硅中做摻雜劑。低熔點的高純元素如磷、砷、銻作為摻雜劑被導入熔融態硅中。?

目前，在晶體生長過程中摻雜其它元素需要與多晶硅混合，隨后再熔化，造成部分摻雜劑的揮發損失。對于低熔點的摻雜元素，如紅磷(Red?Phosphor，RP)、砷(As)、銻(Sb)等，由于其升華溫度比較低，在硅熔化后再加入摻雜劑，可以顯著減少摻雜劑由于升華蒸發帶來的損失，從而有利于改善晶錠的電阻率調控。?

在中國專利文獻01136694.X“一種用于直拉單晶制備中的摻雜方法及其裝置”公開了一種直拉硅單晶摻雜的方法和裝置。在原料多晶硅熔化后形成的熔體上方，裝載有摻雜劑的料斗降到熔體正上方，硅熔體的輻射熱能使料斗中摻雜元素(磷、砷)升華，摻雜元素升華形成蒸汽吹向硅熔體表面，磷、砷擴散進入到硅的熔體。?

然而在該方法中裝載有摻雜劑的料斗與單晶爐提拉軸連接，單晶爐的坩堝軸與提拉軸在同一條直線上，摻雜裝置始終對準石英坩堝中間部分的熔體表面。因此不論坩堝軸與提拉軸轉動方式(順時針、逆時針)以及轉動速度如何，由于坩堝軸與提拉軸的對中的關系決定了其摻雜裝置始終對準石英坩堝中間特定部分的熔體表面，結果是摻雜元素的蒸汽只能從坩堝中間部分硅熔體表面進入熔體。?

隨著單晶直徑的增大，坩堝直徑隨之增大，生長直徑8英寸的摻雜單晶要求石英坩堝的直徑24英寸。典型的配置為24英寸石英坩堝裝入120-140公斤的多晶硅。這個裝料量是6英寸以下晶體生長裝料量地3-5倍；若使8英寸晶體具有與6英寸晶體相同的電阻率，其摻雜量將增加3-5倍。對于生長直徑8英寸及直徑8英寸以?上的摻雜單晶采用現有技術，為了達到熔體中要求的雜質濃度，摻雜量顯著提高。?

在摻雜過程中，摻雜元素氣體首先接觸表層熔體，摻雜元素通過擴散進入到表層熔體；其次通過熔體的對流運動使表層熔體中的雜質在熔體逐漸分散均勻。在單位時間內通過單位面積的硅熔體進入的摻雜元素的質量，定義為摻雜強度。摻雜強度的大小對摻雜的效率和摻雜元素在熔體內部分布是否均勻有重要影響。通常的情況是摻雜強度的小，摻雜效率高且熔體內部的雜質分布也更均勻。?

為了減少摻雜強度，采用多次摻雜的技術，即同樣重量的摻雜劑分為2～3份，逐次地摻入同一個坩堝的熔體中。但采用這種摻雜模式單晶爐需要進行多次3～4次隔離/凈化操作，增加了操作的復雜性。?

摻雜強度高時摻雜元素分布不均勻，從熔體表面逸出SiO與摻雜元素升華形成蒸汽容易結合成“顆粒”，這種“顆粒”在熔體表面，很難溶于硅的熔體，也不容易從熔體表面揮發。“顆粒”的存在，造成無位錯晶體的生長失敗和回熔次數的增加。美國專利文獻US?6899760在摻雜裝置中設計了篩板，摻雜時篩板浸入到硅熔體中，摻雜結束后希望篩板將“顆粒”從熔體中帶出。但篩板必須浸入到硅熔體中，摻雜過程摻雜元素升華造成摻雜裝置內部壓力劇烈變化極易造成“噴硅”，嚴重的“噴硅”可能造成摻雜裝置的損毀。?

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種用于生長摻雜直拉晶體的摻雜裝置，該摻雜裝置能增加接觸、吸收氣態摻雜元素的熔體面積、降低摻雜強度、提高摻雜效率、提高直徑8英寸及8英寸以上的摻雜硅晶體無位錯收率，并能提高摻雜元素分布的均勻性。?

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：?

一種用于生長摻雜直拉晶體的摻雜裝置，該摻雜裝置由摻雜單元組合而成，該摻雜裝置與單晶爐的提拉軸連接，該摻雜單元的軸線不與石英坩堝的軸線和/或單晶爐的提拉軸重合，該摻雜單元相對于石英坩堝的軸線處于偏心狀態。?

作為本實用新型的一種優選方案，所述摻雜裝置具有兩個摻雜單元，每個摻雜單元的軸線均不與石英坩堝的軸線和/或單晶爐的提拉軸重合，每個摻雜單元相對于石英坩堝的軸線均處于偏心狀態。?