一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置及方法，通过合理的管路结构设计及在掺杂气路上设置掺杂罐，实现掺杂气体及掺杂氩气的均匀混合，通过对掺杂气均匀性的控制、高精度压力的稳定控制及气体流量的控制，可以精确有效的控制进入区熔炉炉膛内的掺杂气流量的相对比例，不但满足了不同的电阻率产品0.1‑8000欧姆.厘米的加工工艺要求，同时可将现有气相掺杂技术的理论计算与实际电阻率偏差降低到5％左右。

Doping device and method for improving stability of zone gas phase doping

The invention provides a doping device and a method for improving the stability of doping in zone melting gas phase, realizes the uniform mixing of doped gas and doped argon gas by reasonable pipeline structure design and doping tank installed on the doping gas path, and controls the uniformity of doping gas, the stability of high-precision pressure and the gas flow rate. The relative ratio of doping gas flow into zone furnace can be accurately and effectively controlled. It not only meets the processing requirements of 0.1_8000 ohm. cm for different resistivity products, but also reduces the deviation between theoretical calculation and actual resistivity of existing vapor phase doping technology to about 5%.

【技术实现步骤摘要】
一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置及方法
本专利技术属于气相掺杂区熔硅单晶生产
，尤其是涉及一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置及方法。
技术介绍
中子嬗变掺杂(NTD)技术自上世纪70年代在我国开始采用以来，至今已相当成熟，其以电阻率均匀性较好的优点，被广泛用于区熔(FZ)单晶的生产。随着我国电子工业的高速发展，对FZ单晶片的需求迅速增长，我国现有的中子辐照能力已远远不能满足FZ单晶生产的需要，成了FZ单晶发展的瓶颈，而且中子辐照单晶周期较长，成本较高，需要采用其他非中照控制电阻率的方法弥补NTD能力的不足。区熔硅单晶的其余掺杂生长工艺有三种，即固体掺杂法、液相掺杂法和气相掺杂法。其中，区熔单晶气相掺杂技术是将含有掺杂剂的气流吹向熔区，因其简易灵活、生产周期短、成本较低的优点成为生产区熔硅单晶重要的掺杂方法。目前，国内对于直径较大的区熔硅单晶的掺杂方法主要采用气相掺杂方法，用PH3作N型单晶掺杂，用B2H6气体制备P型单晶掺杂，气相掺杂方法既可以有效避免单晶生长和掺杂准备过程中与器皿接触造成的沾污问题，又不会出现NTD单晶的辐照缺陷，具有晶格损伤小、少子寿命高、生产周期短及生产成本低等特点，是获取高少子寿命低阻区熔硅单晶的最佳方式。在现有的生长掺杂工艺过程中，主要根据FZ硅单晶气相掺杂原理，结合单晶直径、气体流量、气体浓度、掺杂装置等条件，进行理论计算并与实际生产经验相结合，进一步给定掺杂控制量，但其掺杂稳定性差，理论计算与实际电阻率偏差在10％左右，造成的掺杂量不精准，容易导致生长晶体电阻率出现偏差，存在一定的质量分险。因此如何提高区熔气相掺杂稳定性，降低理论计算与实际电阻率偏差，是生产面临的技术难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，以解决上述问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，所述掺杂装置与区熔炉连通，包括保护氩气管路、掺杂氩气管路、掺杂气体管路、掺杂罐、掺杂气入炉管路及排气管路；所述掺杂氩气管路及所述掺杂气体管路的输出端均与所述掺杂罐的进气口连通，所述掺杂罐的出气口与所述掺杂气入炉管路的输入端连通；所述掺杂气入炉管路的输出端及所述保护氩气管路的输出端均与区熔炉的中炉室连接；所述排气管路的进气端与所述区熔炉内腔连通；所述保护氩气管路、所述掺杂氩气管路、所述掺杂气体管路、所述掺杂气入炉管路及排气管路上均设有质量流量计；所述掺杂罐上设有压力控制器。进一步的，所述掺杂气体管路包括相互独立的第一掺杂气体管路和第二掺杂气体管路；所述第一掺杂气体管路及所述第二掺杂气体管路的输出端通过掺杂气体转换开关选择性的与所述掺杂罐连通。进一步的，所述掺杂罐包括罐体及设于所述罐体内腔的混匀装置。进一步的，所述混匀装置包括多个设置于所述罐体内腔的翅片，多个所述翅片之间形成交错的气体流动通道。进一步的，所述排气管路包括上排气管路及下排气管路；所述上排气管路的进气端与所述区熔炉的上炉室内腔连通，所述下排气管路的进气端与所述区熔炉的下炉室内腔连通；所述上排气管路及所述下排气管路上均设有气体过滤器及质量流量计。进一步的，所述保护氩气管路、所述掺杂氩气管路、所述第一掺杂气体管路、所述第二掺杂气体管路、所述上排气管路及所述下排气管路上均设有气体过滤器。一种采用本专利技术所述的提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置进行气相掺杂的方法，在区熔法生长气掺单晶的扩肩阶段进行气掺操作，包括以下步骤：(1)开启保护氩气管路，调整保护氩气管路上的质量流量计，控制保护氩气按照设定参数通过保护氩气管路进入区熔炉的炉膛内；(2)开启排气管路，调整排气管路上的质量流量计，确保区熔炉的炉膛压力在设定值范围内；(3)根据实际情况选择合适的掺杂气体；(4)开启掺杂气体管路及掺杂氩气管路，调整掺杂气体管路及掺杂氩气管路上的质量流量计至设定值，掺杂气体经掺杂气体管路进入掺杂罐内，掺杂氩气经掺杂氩气管路进入掺杂罐内，掺杂氩气及掺杂气体在掺杂罐内均匀混合；(5)开启掺杂气入炉管路，调整掺杂气入炉管路上的质量流量计至设定值，掺杂管内混合均匀的掺杂氩气及掺杂气体经掺杂气入炉管路进入中炉室内，调整掺杂罐上的压力控制器，保障掺杂罐内压力大于区熔炉的炉膛压力。相对于现有技术，本专利技术所述的提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置具有以下优势：(1)本专利技术所述的提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，通过合理的管路结构设计及在掺杂气路上设置掺杂罐，实现掺杂气体及掺杂氩气的均匀混合，解决了掺杂气混合不均匀引起的掺杂稳定性差的问题，实现了提高气相掺杂稳定性，降低理论计算与实际电阻率偏差的目的；(2)本专利技术所述的掺杂罐为掺杂气体及掺杂氩气提供了混匀的腔室，掺杂罐内腔设置有多个翅片，多个翅片之间形成交错的气流通道，进一步提高掺杂气体与掺杂氩气混合的均匀度，进而确保进入区熔炉内的掺杂气的混合均匀性，提高气相掺杂的稳定性。(3)本专利技术所述的提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置通过对掺杂气均匀性的控制、高精度压力的稳定控制及气体流量的控制，可以精确有效的控制进入区熔炉炉膛内的掺杂气流量的相对比例，不但满足了不同的电阻率产品0.1-8000欧姆.厘米的加工工艺要求，同时可将现有气相掺杂技术的理论计算与实际电阻率偏差降低到5％左右。所述采用本专利技术所述的提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置进行气相掺杂的方法与上述提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置相对于现有技术多具有的优势相同，再次不在赘述。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置的解雇示意图；图2为本专利技术实施例所述的掺杂罐的结构示意图。附图标记说明：1-区熔炉；2-保护氩气管路；3-掺杂氩气管路；4-掺杂气体管路；5-掺杂罐；6-掺杂气入炉管路；7-排气管路；8-质量流量计；9-压力控制器；10-第一掺杂气体管路；11-第二掺杂气体管路；12-掺杂气体转换开关；13-罐体；14-翅片；15-上排气管路；16-下排气管路；17-上炉室；18-下炉室；19-气体过滤器；20-中炉室。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1和2所示，一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，掺杂装置与区熔炉1连通，区熔炉1包括上炉室17、中炉室20及下炉室18，熔区位于中炉室20内；掺杂装置包括保护氩气管路2、掺杂氩气管路3、掺杂气体管路4、掺杂罐5、掺杂气入炉管路6及排气管路7；保护氩气管路2的输入端与主氩气气源连接，输出端与中炉室20内腔连通，保护氩气管路2上由输入端到输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，所述掺杂装置与区熔炉(1)连通，其特征在于：包括保护氩气管路(2)、掺杂氩气管路(3)、掺杂气体管路(4)、掺杂罐(5)、掺杂气入炉管路(6)及排气管路(7)；所述掺杂氩气管路(3)及所述掺杂气体管路(4)的输出端均与所述掺杂罐(5)的进气口连通，所述掺杂罐(5)的出气口与所述掺杂气入炉管路(6)的输入端连通；所述掺杂气入炉管(6)的输出端及所述保护氩气管路(2)的输出端均与区熔炉(1)的中炉室(20)连接；所述排气管路(7)的进气端与所述区熔炉(1)内腔连通；所述保护氩气管路(2)、所述掺杂氩气管路(3)、所述掺杂气体管路(4)、所述掺杂气入炉管路(6)及排气管路(7)上均设有质量流量计(8)；所述掺杂罐(5)上设有压力控制器(9)。

【技术特征摘要】
1.一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，所述掺杂装置与区熔炉(1)连通，其特征在于：包括保护氩气管路(2)、掺杂氩气管路(3)、掺杂气体管路(4)、掺杂罐(5)、掺杂气入炉管路(6)及排气管路(7)；所述掺杂氩气管路(3)及所述掺杂气体管路(4)的输出端均与所述掺杂罐(5)的进气口连通，所述掺杂罐(5)的出气口与所述掺杂气入炉管路(6)的输入端连通；所述掺杂气入炉管(6)的输出端及所述保护氩气管路(2)的输出端均与区熔炉(1)的中炉室(20)连接；所述排气管路(7)的进气端与所述区熔炉(1)内腔连通；所述保护氩气管路(2)、所述掺杂氩气管路(3)、所述掺杂气体管路(4)、所述掺杂气入炉管路(6)及排气管路(7)上均设有质量流量计(8)；所述掺杂罐(5)上设有压力控制器(9)。2.根据权利要求1所述的一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，其特征在于：所述掺杂气体管路(4)包括相互独立的第一掺杂气体管路(10)和第二掺杂气体管路(11)；所述第一掺杂气体管路(10)及所述第二掺杂气体管路(11)的输出端通过掺杂气体转换开关(12)选择性的与所述掺杂罐(5)连通。3.根据权利要求1所述的一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，其特征在于：所述掺杂罐(5)包括罐体(13)及设于所述罐体(13)内腔的混匀装置。4.根据权利要求3所述的一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺杂装置，其特征在于：所述混匀装置包括多个设置于所述罐体(13)内腔的翅片(14)，多个所述翅片(14)之间形成交错的气体流动通道。5.根据权利要求1到4任一项所述的一种提高区熔气相掺杂稳定性的掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，吴磊，王遵义，吴峰，李东，王克旭，
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：天津,12