[發(fā)明專利]一種提高區(qū)熔氣相摻雜穩(wěn)定性的摻雜裝置及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810331557.1
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108411357A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉凱;吳磊;王遵義;吳峰;李東;王克旭
• 申請（專利權(quán)）人: 天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司
• 主分類號: C30B13/12
• 分類號: C30B13/12;C30B13/28;C30B29/06
• 代理公司: 天津?yàn)I海科緯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 楊慧玲

本發(fā)明提供了一種提高區(qū)熔氣相摻雜穩(wěn)定性的摻雜裝置及方法，通過合理的管路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及在摻雜氣路上設(shè)置摻雜罐，實(shí)現(xiàn)摻雜氣體及摻雜氬氣的均勻混合，通過對摻雜氣均勻性的控制、高精度壓力的穩(wěn)定控制及氣體流量的控制，可以精確有效的控制進(jìn)入?yún)^(qū)熔爐爐膛內(nèi)的摻雜氣流量的相對比例，不但滿足了不同的電阻率產(chǎn)品0.1?8000歐姆.厘米的加工工藝要求，同時(shí)可將現(xiàn)有氣相摻雜技術(shù)的理論計(jì)算與實(shí)際電阻率偏差降低到5％左右。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣相摻雜區(qū)熔硅單晶生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種提高區(qū)熔氣相摻雜穩(wěn)定性的摻雜裝置及方法。

背景技術(shù)

中子嬗變摻雜(NTD)技術(shù)自上世紀(jì)70年代在我國開始采用以來，至今已相當(dāng)成熟，其以電阻率均勻性較好的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于區(qū)熔(FZ)單晶的生產(chǎn)。隨著我國電子工業(yè)的高速發(fā)展，對FZ單晶片的需求迅速增長，我國現(xiàn)有的中子輻照能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足FZ單晶生產(chǎn)的需要，成了FZ單晶發(fā)展的瓶頸，而且中子輻照單晶周期較長，成本較高，需要采用其他非中照控制電阻率的方法彌補(bǔ)NTD能力的不足。

區(qū)熔硅單晶的其余摻雜生長工藝有三種，即固體摻雜法、液相摻雜法和氣相摻雜法。其中，區(qū)熔單晶氣相摻雜技術(shù)是將含有摻雜劑的氣流吹向熔區(qū)，因其簡易靈活、生產(chǎn)周期短、成本較低的優(yōu)點(diǎn)成為生產(chǎn)區(qū)熔硅單晶重要的摻雜方法。目前，國內(nèi)對于直徑較大的區(qū)熔硅單晶的摻雜方法主要采用氣相摻雜方法，用PH₃作N型單晶摻雜，用B₂H₆氣體制備P型單晶摻雜，氣相摻雜方法既可以有效避免單晶生長和摻雜準(zhǔn)備過程中與器皿接觸造成的沾污問題，又不會(huì)出現(xiàn)NTD單晶的輻照缺陷，具有晶格損傷小、少子壽命高、生產(chǎn)周期短及生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，是獲取高少子壽命低阻區(qū)熔硅單晶的最佳方式。

在現(xiàn)有的生長摻雜工藝過程中，主要根據(jù)FZ硅單晶氣相摻雜原理，結(jié)合單晶直徑、氣體流量、氣體濃度、摻雜裝置等條件，進(jìn)行理論計(jì)算并與實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)一步給定摻雜控制量，但其摻雜穩(wěn)定性差，理論計(jì)算與實(shí)際電阻率偏差在10％左右，造成的摻雜量不精準(zhǔn)，容易導(dǎo)致生長晶體電阻率出現(xiàn)偏差，存在一定的質(zhì)量分險(xiǎn)。因此如何提高區(qū)熔氣相摻雜穩(wěn)定性，降低理論計(jì)算與實(shí)際電阻率偏差，是生產(chǎn)面臨的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種提高區(qū)熔氣相摻雜穩(wěn)定性的摻雜裝置，以解決上述問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種提高區(qū)熔氣相摻雜穩(wěn)定性的摻雜裝置，所述摻雜裝置與區(qū)熔爐連通，包括保護(hù)氬氣管路、摻雜氬氣管路、摻雜氣體管路、摻雜罐、摻雜氣入爐管路及排氣管路；所述摻雜氬氣管路及所述摻雜氣體管路的輸出端均與所述摻雜罐的進(jìn)氣口連通，所述摻雜罐的出氣口與所述摻雜氣入爐管路的輸入端連通；所述摻雜氣入爐管路的輸出端及所述保護(hù)氬氣管路的輸出端均與區(qū)熔爐的中爐室連接；所述排氣管路的進(jìn)氣端與所述區(qū)熔爐內(nèi)腔連通；所述保護(hù)氬氣管路、所述摻雜氬氣管路、所述摻雜氣體管路、所述摻雜氣入爐管路及排氣管路上均設(shè)有質(zhì)量流量計(jì)；所述摻雜罐上設(shè)有壓力控制器。

進(jìn)一步的，所述摻雜氣體管路包括相互獨(dú)立的第一摻雜氣體管路和第二摻雜氣體管路；所述第一摻雜氣體管路及所述第二摻雜氣體管路的輸出端通過摻雜氣體轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇性的與所述摻雜罐連通。

進(jìn)一步的，所述摻雜罐包括罐體及設(shè)于所述罐體內(nèi)腔的混勻裝置。

進(jìn)一步的，所述混勻裝置包括多個(gè)設(shè)置于所述罐體內(nèi)腔的翅片，多個(gè)所述翅片之間形成交錯(cuò)的氣體流動(dòng)通道。

進(jìn)一步的，所述排氣管路包括上排氣管路及下排氣管路；所述上排氣管路的進(jìn)氣端與所述區(qū)熔爐的上爐室內(nèi)腔連通，所述下排氣管路的進(jìn)氣端與所述區(qū)熔爐的下爐室內(nèi)腔連通；所述上排氣管路及所述下排氣管路上均設(shè)有氣體過濾器及質(zhì)量流量計(jì)。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)氬氣管路、所述摻雜氬氣管路、所述第一摻雜氣體管路、所述第二摻雜氣體管路、所述上排氣管路及所述下排氣管路上均設(shè)有氣體過濾器。