一種改善區熔硅單晶徑向電阻率分布的摻雜裝置的制作方法

本發明創造屬于區熔硅單晶生產技術領域，尤其是涉及一種改善區熔硅單晶徑向電阻率分布的摻雜裝置。

背景技術：

硅單晶是一種重要的半導體材料，一般用于制造集成電路和其他電子元件，采用區熔法生長的硅單晶具有純度高、缺陷少等優點，因此被應用于中高端電力電子器件中。區熔硅單晶在制備過程中，摻入一定量的電活性雜質可將高純度多晶硅原料制成具有一定電學性質的摻雜硅單晶，氣相摻雜是區熔硅單晶摻雜的重要手段之一，在國外市場，除高壓、大電流的電力、電子器件使用單晶外，包括整流模塊器件的分離器件均使用氣相摻雜單晶，但目前，氣相摻雜單晶在摻雜均勻性和一致性方面仍舊存在問題，導致區熔硅單晶徑向電阻率分布不均勻。

現有技術中已知的常規摻雜管道采用區熔主氬氣和氣摻摻雜氣從不同的管道中進入爐腔，由于主氬氣流量明顯大于摻雜氣流量，摻雜氣通過彌漫的方式充滿爐腔，這就導致爐體內摻雜濃度存在波動性，而主氬氣由爐體一側氬氣孔吹入，會引起爐體內的強迫對流，進一步引起爐體內摻雜濃度的較大波動，造成熔體表面摻雜氣體濃度不均勻，進而影響摻雜氣體融入熔體的均勻性，最終導致區熔硅單晶徑向電阻率分布不均勻。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明創造旨在提出一種能夠有效改善摻雜氣體濃度均勻性和穩定性，進而改善區熔硅單晶徑向電阻率分布的摻雜裝置，以解決上述問題。

為達到上述目的，本發明創造的技術方案是這樣實現的：

一種改善區熔硅單晶徑向電阻率分布的摻雜裝置，其特征在于：包括主環形管及嵌套在所述主環形管管腔內的摻雜氣環形管；所述主形管及所述摻雜氣環形管分別設有相互獨立的進氣口；所述主環形管上沿周向開設有若干個主出氣孔，所述摻雜氣環形管上沿周向開設有若干個摻雜氣出氣孔，所述主出氣孔與所述摻雜氣出氣孔交錯排布。

進一步的，所述主環形管和所述摻雜氣環形管均為開環結構，開口處的一端開放作為進氣口，另一端封閉。

進一步的，所述主出氣孔在所述主環形管上端面等間距均勻分布。

進一步的，所述主出氣孔在所述主環形管內圓面等間距均勻分布。

進一步的，所述摻雜氣出氣孔在所述摻雜氣環形管上端面、內圓面、下端面或外圓面等間距均勻分布。

進一步的，所述主出氣孔的孔徑大于所述摻雜氣出氣孔的孔徑。

相對于現有技術，本發明創造所述的一種改善區熔硅單晶徑向電阻率分布的摻雜裝置具有以下優勢：

(1)本發明創造中摻雜氣環形管嵌套在主環形管的管腔內，摻雜氣經摻雜氣出氣孔流出與主環形管內進入的惰性氣體進行預混合，摻雜氣出氣孔與主出氣孔錯開排布，確保主氬氣與摻雜氣混合的更加均勻；混合后的氣體經若干個主出氣孔流出，由于有多個主出氣孔，使得氣流更加平穩，降低了爐腔內氣氛的攪動；摻雜氣出氣孔和主出氣孔的錯開排布及若干個摻雜氣出氣孔和主出氣孔的設計，使爐腔內的摻雜氣體濃度更加均勻，避免了主氬氣引起的強迫對流，爐膛氛圍更加穩定，使熔體表面摻雜氣體濃度更加均勻，改善了摻雜氣體溶入熔體的均勻性，進而改善了氣相摻雜區熔硅單晶的電阻均勻性。

附圖說明

構成本發明創造的一部分的附圖用來提供對本發明創造的進一步理解，本發明創造的示意性實施例及其說明用于解釋本發明創造，并不構成對本發明創造的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明創造所述摻雜裝置的內部結構示意圖；

圖2為本發明創造所述摻雜裝置的結構示意圖；

圖3為本發明創造所述摻雜裝置在爐腔內的位置示意圖。

附圖標記說明：

1-主環形管；2-摻雜氣環形管；3-進氣口；4-主出氣孔；5-摻雜氣出氣孔；6-熔體區域；7-加熱線圈。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明創造中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本發明創造的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明創造和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明創造的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明創造的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發明創造的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明創造中的具體含義。

下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明創造。

如圖1和2所示，一種改善區熔硅單晶徑向電阻率分布的摻雜裝置，包括主環形管1及嵌套在主環形管1管腔內的摻雜氣環形管2，主環形管1和摻雜氣環形管2為開環結構(也可以為閉環結構)；主環形管1及摻雜氣環形管2設有相互獨立的進氣口3，分別用于惰性氣體和摻雜氣體的進入，進氣口設于開口處的一端，開口處的另一端封閉；主環形管1上端面沿周向開設有若干個等間距均勻分布的主出氣孔4，摻雜氣環形管2上端面上沿周向開設有若干個等間距均勻分布的摻雜氣出氣孔5，主出氣孔4與摻雜氣出氣孔5錯開排布，保證摻雜氣經摻雜氣出氣孔5流出后能夠在主環形管1的管腔內與惰性氣體預混合，主出氣孔4的孔徑大于摻雜氣出氣孔5的孔徑，利于混合氣均勻穩定的流出，主出氣孔4和摻雜氣出氣孔5的個數可根據不同工藝情況而定；

如圖3，摻雜裝置套設于熔體區域6的外側，加熱線圈7的下方，摻雜氣經多個均勻分布的摻雜氣出氣孔5流出與惰性氣體在主環形管1內預混合，再經多個均勻分布的主出氣孔4流出，直接作用于熔體區域6，對單晶進行摻雜，摻雜氣濃度更加均勻，流動更加平穩，進而改善摻雜氣溶入熔體的均勻性，確保區熔硅單晶的電阻率分布更加均勻。

利用上述摻雜裝置，對5英寸n型<111>，電阻率50-60ωcm的fz單晶進行數值仿真計算分析，結果徑向電阻率波動可減小3％及以上，同時軸向電阻率波動可控制在5％以內。

以上所述僅為本發明創造的較佳實施例而已，并不用以限制本發明創造，凡在本發明創造的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明創造的保護范圍之內。

技術特征：

技術總結
本發明創造提供了一種改善區熔硅單晶徑向電阻率分布的摻雜裝置包括主環形管及嵌套在主環形管管腔內的摻雜氣環形管；主環形管及摻雜氣環形管設有相互獨立的進氣口；主環形管上沿周向開設有若干個主出氣孔，摻雜氣環形管上沿周向開設有若干個摻雜氣出氣孔，主出氣孔與摻雜氣出氣孔交錯排布。本發明創造所述的摻雜裝置能夠有效改善爐體內摻雜氣體濃度的均勻性和穩定性，確保生長出的區熔硅單晶徑向電阻率分布的更加均勻。

技術研發人員：婁中士;劉錚;王遵義;郝大維;劉琨;王彥君;李立偉
受保護的技術使用者：天津市環歐半導體材料技術有限公司
技術研發日：2017.05.23
技術公布日：2017.08.01