用于生产掺杂有n型掺杂剂的硅单晶的方法和设备技术

本发明专利技术提供一种用于生产掺杂有n型掺杂剂的硅单晶的方法和设备，该硅单晶具有圆柱形部分，在该圆柱形部分中电阻率不大于2毫欧姆厘米，该方法包括通过CZ法从包含在坩埚中的熔体提拉单晶。该方法还包括在提拉单晶的圆柱形部分的过程中，向熔体的表面提供气流，该气流包括气态掺杂剂，其中将管道系统中的气流引导到提拉腔室内，并穿过围绕生长的单晶的隔热罩，或沿着隔热罩的外表面，到达隔热罩的下端处的环形通道，并从那里通过喷嘴至熔体的表面。

【技术实现步骤摘要】
用于生产掺杂有n型掺杂剂的硅单晶的方法和设备
本专利技术的主题是一种生产掺杂有n型掺杂剂的硅单晶的方法，该单晶具有圆柱形部分，在该圆柱形部分中电阻率不大于2毫欧姆厘米(mohmcm)，其中该单晶通过CZ法被从包含在坩埚中的熔体拉制。本专利技术的另一主题是用于实现该方法的设备。
技术介绍
含有较高浓度的n型掺杂剂的硅单晶的生产特别有挑战性。掺杂剂是易挥发的，并且会形成沉积物，这可以触发位错。已证明有利的是，第一次或另外在拉制生长的单晶的圆柱形部分的阶段期间向熔体供应掺杂剂。US2010/0294999A1描述了这种方法，该方法设想将包含元素掺杂剂的气流通过管吹到熔体表面。为此，将固体掺杂剂在拉制腔室中升华，并在与载气混合后将其吹到熔体的表面。在JP2013-129551A中解释的方法中采用了可比较的程序。CN1600905A和DE112017004790T5建议提供多个开口，气态掺杂剂通过这些开口被吹到熔体的表面。这些建议的缺点是，它们需要对紧邻生长的单晶(热区)的区域进行修改，以在那里提供使掺杂剂升华的空间，并且尽管提供了吹入掺杂剂的多个开口，但是掺杂剂的分布仍不均匀。
技术实现思路
本专利技术的目的是使对热区的修改最小化并确保掺杂剂在熔体中的更均匀的分布。更具体地，目的是避免掺杂剂浓度的局部尖峰，如果存在该尖峰，则将增加在生长的单晶中触发位错的风险。该目的是借助于一种用于生产掺杂有n型掺杂剂的硅单晶的方法来实现的，该硅单晶具有圆柱形部分，在该圆柱形部分中电阻率不大于2毫欧姆厘米，该方法包括通过CZ法从包含在坩埚中的熔体提拉该单晶；在提拉单晶的圆柱形部分的过程中，向熔体的表面提供气流，其中气流包括掺杂剂；将管道系统中的气流引导到提拉腔室内，并穿过围绕生长的单晶的隔热罩，或沿着隔热罩的外表面，到达隔热罩的下端处的环形通道，并从那里通过喷嘴至熔体的表面。单晶的圆柱形部分部分地或优选地完全地具有不大于2毫欧姆厘米的电阻率。在掺杂剂是磷的情况下，单晶的圆柱形部分中的电阻率优选地不大于1.2毫欧姆厘米，更优选地不大于1毫欧姆厘米。特别地，通过将固体掺杂物升华成气态的位置布置于提拉腔室外部避免了对热区的特别修改。此外，气态掺杂剂的路径在管道系统中穿过隔热罩或沿着隔热罩的外表面直至隔热罩的下端处的环形通道，并从那里通过喷嘴到达熔体的表面。隔热罩的外表面表示隔热罩的侧部区域，该侧部区域首先被围绕坩埚(坩埚加热器)布置的加热设施的热辐射所触碰。掺杂剂在提拉腔室外部升华，并与载气一起通过管道系统冲洗到环形通道内，从那里通过喷嘴将其引导到熔体的表面。设置至少两个并且优选地4至100个喷嘴。出现由载气和掺杂剂气体组成的气流的喷嘴的末端与熔体的表面的距离优选地不大于20mm。借助于喷嘴的布置，将气流以预定的方式引导到熔体的表面上。可以以这样的方式布置喷嘴，即，在垂直于熔体的表面或具有朝向穿过生长的单晶的中心的轴线的方向分量而朝向熔体的表面、或具有远离穿过生长的单晶的中心的轴线的方向分量而朝向熔体的表面的方向上来引导气流。优选地以这样的方式布置喷嘴，即，使相邻喷嘴的气流沿各自不同的方向被引导，例如，沿上面指明三个方向中的两个或三个方向被交替引导，即例如，在垂直于熔体的表面的方向上或在朝向穿过生长的单晶的中心的轴线的方向上交替，或者在朝向穿过生长的单晶的中心的轴线的方向上和在远离穿过生长的单晶的中心的轴线的方向上交替。特别优选的是，在安装隔热罩之前将喷嘴可旋转地配置并且将它们的离开开口定向，从而在提拉圆柱形部分期间喷嘴占据期望的布置。在提拉单晶的圆柱形部分期间，将气流引导到熔体的表面可以永久地或间歇地进行。如果在提拉单晶的圆柱形部分开始时熔体包含比较少或没有掺杂剂，则此时将气流引导至熔体的表面。气流的体积率可以被保持恒定或变化。例如，可以利用增加单晶的结晶度来降低气流的体积率，以便补偿通过分离引起的掺杂剂在熔体中的积累。掺杂剂优选地由磷、砷和锑中的一种或多种元素组成，它们在用于将掺杂剂升华成气体状态的设施(升华设施)中被混合。然而，也可以使用已经为气体形式的这些元素中的一种或多种化学化合物的掺杂剂，实例为这些元素与氢的化合物。在那种情况下，仅使用升华设施以便混合掺杂气体和载气。此外，本专利技术的主题是一种用于生产掺杂有n型掺杂剂的硅单晶的设备，该硅单晶具有圆柱形部分，在该圆柱形部分中电阻率不大于2毫欧姆厘米，包括提拉腔室，用于通过CZ法提拉单晶；坩埚，用于容纳硅的熔体；隔热罩，用于屏蔽生长的单晶；用于将固体掺杂剂转化为气态掺杂剂的升华设施，以及用于将包括气态掺杂剂的气流供应到熔体的表面的管道系统，其中，升华设施被布置在提拉腔室外部；其中，管道系统穿过隔热罩或沿着隔热罩的外表面，并敞开到隔热罩的下端处的环形通道中；和其中，环形通道具有用于将气流引导至熔体的表面的喷嘴。环形通道和喷嘴优选地由特别耐腐蚀的材料例如钼构成，至少管道系统的与熔体的表面的距离不大于200mm的那部分也是如此。升华设施被布置在提拉腔室的外部，升华设施包括用于掺杂剂的容器和围绕其的容器加热器。容器加热器可具有多个可单独控制的加热区，因此改善了对掺杂剂升华的量的控制。还存在称重传感器，该称重传感器探测在提拉单晶期间容器内容物的重量上的变化。根据该信息，可以确定掺杂剂消耗并以针对性的方式控制向熔体的掺杂剂的进一步供应。代替称重传感器或除称重传感器之外，还可以提供具有图像处理的照相机用于确定掺杂剂消耗，或者出于相同的目的，为管道系统的位于提拉腔室外部的那部分提供流量计。在进入侧，升华设施被连接到流量调节器，该流量调节器用于在升华设施中混合载气和掺杂剂气体，并将混合物引导到提拉腔室内。在离开侧，管道系统的一部分将升华设施接合到提拉腔室的外壁上的凸缘上。从那里，管道系统进一步通到隔热罩的下端处的环形通道，该环形通道围绕生长的单晶。隔热罩相对于熔体的表面被安装在固定的位置。应该采取措施防止升华的掺杂剂在管道系统内以固体形式沉淀。因此，优选的是，管道系统的设置在升华设施与提拉腔室之间的那部分，包括提拉腔室的外壁的凸缘的区域，是绝热的或者局部地或完全地设有管道加热器并借助于该加热器从外部加热。流量调节器、称重传感器和容器加热器优选地被连接至用于提拉单晶的设备的控制器。控制器处理来自这些部件的数据，并控制容器加热器的加热功率和通过流量调节器的载气的输送，以便确保向熔体的预先确定的或在控制电路中计算出的掺杂剂供应。根据本专利技术的第一实施例，管道系统进一步穿过隔热罩直到环形通道。根据本专利技术的第二实施例，管道系统进一步沿着隔热罩的外表面直到环形通道。指向熔体的表面的喷嘴均匀地分布在环形通道的下侧。喷嘴的数量优选地为4至100个喷嘴。喷嘴被以预定方式设置。在一种可能的布置中，所有的喷嘴被垂直于熔体的表面对准，从而气流实际上以直角撞击熔体的表面。在另一种布置中，喷嘴具有朝向单晶径向地倾斜的对准，换句话本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产掺杂有n型掺杂剂的硅单晶的方法，该硅单晶具有圆柱形部分，在该圆柱形部分中电阻率不大于2毫欧姆厘米，该方法包括/n通过CZ法从包含在坩埚中的熔体提拉单晶；在提拉单晶的圆柱形部分的过程中，向熔体的表面提供气流，其中气流包括气态掺杂剂；将管道系统中的气流引导到提拉腔室内，并穿过围绕生长的单晶的隔热罩，或沿着隔热罩的外表面，到达隔热罩的下端处的环形通道，并从那里通过喷嘴至熔体的表面。/n

【技术特征摘要】
20191213 EP 19216068.71.一种用于生产掺杂有n型掺杂剂的硅单晶的方法，该硅单晶具有圆柱形部分，在该圆柱形部分中电阻率不大于2毫欧姆厘米，该方法包括
通过CZ法从包含在坩埚中的熔体提拉单晶；在提拉单晶的圆柱形部分的过程中，向熔体的表面提供气流，其中气流包括气态掺杂剂；将管道系统中的气流引导到提拉腔室内，并穿过围绕生长的单晶的隔热罩，或沿着隔热罩的外表面，到达隔热罩的下端处的环形通道，并从那里通过喷嘴至熔体的表面。


2.根据权利要求1所述的方法，包括
将掺杂剂以化学化合物的形式或以掺杂剂的元素的分子或原子形式引导到熔体的表面，其中该掺杂剂包括元素P、As和Sb中的一种或多种。


3.根据权利要求1或2所述的方法，包括
掺杂剂通过至少两个喷嘴到达熔体的表面。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括
在垂直于熔体的表面的方向上、或在远离穿过单晶的中心的轴线的方向上而朝向熔体的表面、或在朝向穿过单晶的中心的轴线的方向上而朝向熔体的表面来通过喷嘴引导气流。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，包括
通过分别沿不同方向的相邻喷嘴将气流引导到熔体的表面。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包括
在提拉腔室外部的区域中从外部局部地或完全地加热管道系统。...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·施陶达赫尔，G·拉明，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE