气相预掺杂和中子辐照掺杂组合的区熔硅单晶的生产方法技术

本发明专利技术涉及一种区熔硅单晶的生产方法，特别涉及一种气相预掺杂和中子辐照掺杂组合的区熔硅单晶的生产方法。该方法包括气相预掺杂阶段的装炉、抽空、充氩气、掺杂、等径生产工艺，其特征在于：在所述的等径生长工艺中，利用区熔硅单晶炉电气控制系统进行如下操作：当按下触摸屏给定下转电机正向、反向运动及加热线圈移动的指令后，下转电机带动单晶按照设定的时间进行正向反向运动；正向转动１～９０秒后再变回反向转动，如此往复运动；加热线圈移动后，使加热线圈的中心与下轴的中心重合或偏离１－５０ｍｍ。经本方法生产的区熔硅单晶，降低了硅单晶的径向及轴向电阻率不均匀性问题，提高了硅单晶的稳定性及可靠性。从而满足了用户对气相预掺杂和中子辐照掺杂组合的区熔硅单晶的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种区熔硅单晶的生产方法，特别涉及一种。
技术介绍
众所周知，现代信息技术和现代电子技术的核心是半导体技术，而半导体硅单晶材料(根据2000年的统计半导体硅单晶材料占全球半导体材料的95％以上)。在半导体硅单晶的生产过程中主要采用直拉法或区熔法生产。其中，直拉法生产的硅单晶由于单晶内的氧含量高而引起电阻率热不稳定性和可逆性，造成直拉硅单晶在高频高压器件和功率器件等半导体器件制造过程中归一化困难和性能参数的不足。区熔硅单晶由于其生产特点，相对杂质总量低(特别是氧含量较直拉单晶低两个数量级)是制造功率器件的优秀材料。长期以来，由于区熔硅单晶传统上大量采用中子辐照掺杂的方式对单晶进行掺杂，其生产周期长，生产成本高，生产规模受核反应堆的生产能力限制，极大的限制和影响了区熔单晶的产业发展。本专利技术是在专利号为03109067.2、名称同样为《》专利(与本专利技术为同一申请人)的基础上对气相掺杂阶段的工艺进行补充及改进。经技术人员多次试验，尤其在抽空充气、掺杂及等径生长工艺中，其使用炉膛压力的大小、混合气体的浓度大小以及等径保持直径、拉速、转速的大小都是能否成功实现气相预掺杂和中子辐照掺杂组合的区熔硅单晶的关键问题。同时还仍然存在着硅单晶径向及轴向电阻率不均匀性过高的问题。如果要解决这一问题还需要研制为实施该生产方法配套使用的区熔硅单晶炉控制部分。
技术实现思路
鉴于上述技术存在的问题，本专利技术的目的在于为降低区熔硅单晶的径向及轴向电阻率不均匀性问题，提高硅单晶质量的稳定性及可靠性，特提供一种。同时为实施该方法又提供一种区熔硅单晶炉电气控制系统。经本方法生产的区熔硅单晶，降低了硅单晶的径向及轴向电阻率不均匀性问题，提高了硅单晶的稳定性及可靠性。从而满足了用户对气相预掺杂和中子辐照掺杂组合的区熔硅单晶的需求。本专利技术采取的技术方案是，一种，包括气相预掺杂阶段的装炉、抽空、充氩气、掺杂、等径生产工艺，其特征在于在所述的装炉、抽空、充氩气工艺中具有以下操作打开真空泵及抽气管道阀门，对炉室进行抽真空，真空度达到所要求值时，关闭抽气管道阀门及真空泵，向炉膛内快速充入氩气；同时打开排气阀门进行流氩；充气完毕后，对多晶硅棒料进行预热，预热使用石墨预热环，使用电流档，预热设定点25-40％，预热时间为10-20分钟；在所述的掺杂工艺中具有以下操作首先设定掺杂气体设定值，通过触摸屏打开掺杂气体、氩气、入炉电磁阀及气体压力，这时，掺杂气体、氩气、入炉气体质量流量计按照给定的流量设定控制各个流量，压力控制器按照给定的气体压力设定控制掺杂箱系统气体的压力，并将多余的气体排出系统，再将混合后的掺杂气体通过掺杂气体质量流量计按照设定进入炉室；在所述的等径生长工艺中，利用区熔硅单晶炉电气控制系统进行如下操作当按下触摸屏给定下转电机正向、反向运动及加热线圈移动的指令后，下转电机带动单晶按照设定的时间进行正向反向运动；正向转动1～90秒后再变回反向转动，如此往复运动；加热线圈移动后，使加热线圈的中心与下轴的中心重合或偏离1-50mm。所述实施该方法所使用的区熔硅单晶控制系统包括中心控制部分、电机控制部分、控制面板及掺杂气体控制部分；所述的中心控制部分包括含有通讯模块且与输入输出模块、模拟量输入输出模块相连的可编程逻辑控制器；所述的电机控制部分包括数字运动控制器、互连模块、手动调速编码器、伺服驱动器及伺服电机；所述的掺杂气体控制部分包括气体保护部分使用的氩气、氮气的气体质量流量计及掺杂箱部分；所述的控制面板为触摸屏式控制面板，其中，触摸屏控制面板与可编程逻辑控制器的通讯模块连接；可编程逻辑控制器通过串口与数字运动控制器连接；可编程逻辑控制器的输入输出模块通过辅助继电器分别与两块互连模块及所述的掺杂控制部分的氩气、氮气的气体质量流量计、掺杂箱部分连接；所述的手动调速编码器与数字运动控制器的X-E轴插口连接；两块互连模块分别与数字运动控制器的X-W轴和E-H轴插口连接，所述的伺服电机包括上转电机、下转电机、上速电机、下速电机及线圈移动电机且分别连接伺服驱动器，并通过伺服驱动器与两块互连模块的上转、下转、上速、下速及线圈插口连接。为实施本生产方法，作为操作控制部分的触摸屏起到了很关键的作用。其内部功能强大，可以在同一个屏幕下显示多个控制界面，根据事先设计好的程序完成操作者所操作的动作。区熔硅单晶炉的触摸屏分为4个界面1、主画面。包括上下速的控制和显示部分；电压、电流、功率的转化开关及显示；线圈移动的开关和显示部分；液压套筒上下移动开关；定时器的开关和显示等等；2、设置。包括上下速的快速移动；定时器的时间设置；以及线圈的快速移动等等。3、气体真空。包括真空泵开关及真空度的显示；氩气快速和慢速的充气开关及氩气慢速充气流量的设定和显示上下排气阀的开关等等。4、气体掺杂掺杂气流量设定；氩气流量设定；入炉流量设定；掺杂气系统压力设定及各个电磁阀的开启、关闭。而且触摸屏可以和可编程逻辑控制器配合使用，所以大大的省去了因为自锁或者互锁时所需要的继电器以及排线，而且节省了很大的空间。可编程逻辑控制器作为这台设备的中心控制部分，起到了承上启下的作用。当操作者在触摸屏上发出给定信号并传输到可编程逻辑控制器中，可编程逻辑控制器按照已编好的程序控制其外部的辅助继电器，再由辅助继电器将控制信号传输给控制部件完成动作。而且可以根据选用的不同的输入，输出模块接受不同种类的信号源的信号，并且可以通过改变其内部程序而改变输入和输出的比例。可编程控制器最大的优点在于可以和多种元器件配合使用，例如触摸屏、数字运动控制器等。电机控制部分主要是采用了手动调速编码器、数字运动控制器、伺服电机驱动器、以及伺服电机与可编程控制器相结合的控制方法。其中心控制部分就是数字运动控制器，它是现在世界上比较先进的独立控制器之一，它具有强大的功能，可以通过程序同时控制多个轴的行程、速度、加速度、减速度、延时等多种控制。例如在生长气相掺杂区熔硅单晶过程中，对下转正反转改变的控制方面、线圈移动等方面，都可以通过改变其内部程序而完成。再加上与伺服电机驱动器和伺服电机配合使用，使得其准确性和稳定性也得到了保障。掺杂箱部分主要是为了生长气相掺杂单晶而专门设计的，其内部包括气体质量流量计、气体压力控制器及电磁阀，其主要作用就是将掺杂气体与氩气相混合，在适当的时候由操作者通过触摸屏给可编程逻辑控制器一个给定信号打开相应的电磁阀，再通过压力控制器将多余的气体排出后，将所需流量的掺杂气体进入炉室，生长气相掺杂单晶。其控制主要是通过触摸屏设置好每个气体质量流量计的流量后，将每个气体质量流量计的控制信号，通过与可编程逻辑控制器事先设定好的通讯地址在可编程逻辑控制器中转换为质量流量计的输入信号，输入给质量流量计，控制气体流量的大小。再通过质量流量计反馈给可编程逻辑控制器，经过其内部的处理后，输入到触摸屏的数字显示部分，显示其流量。使其在对气相掺杂区熔硅单晶电阻率的控制上达到精准。附图说明图1是本专利技术掺杂工艺的混合气路示意图并作为摘要附图。图2是区熔硅单晶炉电气控制系统原理框图。图3是图2中掺杂箱内部原理框图。具体实施例方式包括两个阶段，首先是气相预掺杂后，在进行中子辐照掺杂。参照图1、2、3、在所述的抽空充气工艺中，当充气压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气相预掺杂和中子辐照掺杂组合的区熔硅单晶的生产方法，包括气相预掺杂阶段的装炉、抽空、充氩气、掺杂、等径生产工艺，其特征在于：在所述的装炉、抽空、充氩气工艺中具有以下操作：打开真空泵及抽气管道阀门，对炉室进行抽真空，真空度达到所要求值时，关闭抽气管道阀门及真空泵，向炉膛内快速充入氩气；同时打开排气阀门进行流氩；充气完毕后，对多晶硅棒料进行预热，预热使用石墨预热环，使用电流档，预热设定点２５－４０％，预热时间为１０－２０分钟；在所述的掺杂工艺中具有以下操作：首先设定掺 杂气体设定值，通过触摸屏打开掺杂气体、氩气、入炉电磁阀及气体压力，这时，掺杂气体、氩气、入炉气体质量流量计按照给定的流量设定控制各个流量，压力控制器按照给定的气体压力设定控制掺杂箱系统气体的压力，并将多余的气体排出系统，再将混合后的掺杂气体通过掺杂气体质量流量计按照设定进入炉室；在所述的等径生长工艺中，利用区熔硅单晶炉电气控制系统进行如下操作：当按下触摸屏给定下转电机正向、反向运动及加热线圈移动的指令后，下转电机带动单晶按照设定的时间进行正向反向运动；正向转动１～９０ 秒后再变回反向转动，如此往复运动；加热线圈移动后，使加热线圈的中心与下轴的中心重合或偏离１－５０ｍｍ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈浩平，刘为钢，高树良，王聚安，昝兴立，王振东，刘凤林，赵喜君，
申请(专利权)人：天津市环欧半导体材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]