用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置及掺杂方法制造方法及图纸

技术编号：41220122 阅读：4 留言：0更新日期：2024-05-09 23:40

本发明专利技术提供一种重掺半导体单晶硅的掺杂装置及掺杂方法，涉及重掺单晶硅生产技术领域。包括掺杂钟罩，掺杂钟罩包括外层钟罩、中隔离层、内隔离层，其中，外层钟罩、中隔离层、内隔离层的高度依次降低；所述外层钟罩、所述中隔离层、所述内隔离层的底部位于同一水平面，且所述外层钟罩的底部与所述中隔离层的底部之间封闭，所述中隔离层的底部与所述内隔离层的底部之间封闭，所述内隔离层的底部呈开口结构，以使所述掺杂钟罩的底部形成空心圆形状。通过设置多层掺杂钟罩，增加气化的掺杂剂在掺杂钟罩内预储存的时间，延长掺杂时间，且气化的掺杂剂只能通过掺杂钟罩底部的一个出口慢慢流出，使得气化掺杂剂能够被硅液充分吸收，提高掺杂效率。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及重掺单晶硅生产，具体涉及一种用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置及掺杂方法。

技术介绍

1、随着集成电路不断发展，因超低阻半导体单晶硅可以有效解决闩锁效应和a粒子引起的软失效问题，超低阻半导体单晶硅市场需求不断增大，这使得超低阻半导体单晶硅产品开发迫在眉睫。而开发超低阻单晶硅产品需要更多的掺杂剂进入晶棒，这就意味着要求掺杂剂在进入晶棒时只有较少挥发。红磷作为常用的掺杂剂，其蒸汽压较大，高温高压下气化后易随着氩气挥发，目前所使用的掺杂钟罩不能有效储存气化后红磷掺杂剂，导致部分气化掺杂剂随氩气排出炉腔外从而降低红磷的掺杂效率。

2、现有技术中，如申请号为202211011811.2的中国专利技术具体公开了一种用于重掺硅单晶的掺杂装置，该掺杂装置通过设置多层的石英钟罩以及在所述内层钟罩、中层钟罩的底壁设置第一导向孔、第二导向孔，以增加砷气体或磷气体挥发行走的路径，延长掺杂时间，以此提高掺杂效率。但该专利的掺杂装置在砷气体或磷气体从底壁进入中层石英钟罩和外层石英钟罩的过程中，部分砷气体或磷气体会从内层石英钟罩底部和中层石英钟罩底部之间的开口、中层石英钟罩底部和外层石英钟罩底部之间的开口进入硅溶液中进行掺杂，从而使得在同等时间内硅溶液液面接触的砷气体或磷气体更多，致使硅液难以充分吸收砷气体或磷气体，反而降低了掺杂效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术提供一种用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置及掺杂方法，以解决硅溶液无法充分吸收气化后的掺杂剂导致掺杂效率低的技术问题。</p>

2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，包括掺杂钟罩，所述掺杂钟罩包括外层钟罩、中隔离层、内隔离层，其中，所述外层钟罩、所述中隔离层、所述内隔离层的高度依次降低；所述外层钟罩、所述中隔离层、所述内隔离层的底部位于同一水平面，且所述外层钟罩的底部与所述中隔离层的底部之间封闭，所述中隔离层的底部与所述内隔离层的底部之间封闭，所述内隔离层的底部呈开口结构，以使所述掺杂钟罩的底部形成空心圆形状。

4、优选地，所述中隔离层的数量为至少一个，所述中隔离层的数量根据炉腔尺寸和晶棒尺寸设计。

5、优选地，当所述中隔离层的数量为多个时，所述多个中隔离层的高度从外到内依次降低。

6、优选地，所述中隔离层和所述内隔离层之间的高度差为50mm。

7、优选地，所述用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置还包括石英坩埚，所述石英坩埚内盛满硅溶液，所述石英坩埚与所述掺杂钟罩同轴，且所述掺杂钟罩的下平面与所述硅溶液的液面平行。

8、优选地，所述掺杂钟罩的底壁与所述硅溶液的液面之间的距离为18-22mm。

9、优选地，所述用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置还包括石英杯，所述石英杯与所述内隔离层同轴，所述石英杯与所述外层钟罩的顶部连接，且所述石英杯的底部位于所述内隔离层。

10、一种用于重掺半导体单晶硅的掺杂方法，采用如上述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置进行掺杂，具体步骤如下：

11、s1：单晶炉内固体硅料熔化成硅溶液后，稳定炉内温度、炉内压力以及氩气流量，将掺杂元素装入石英杯内，将所述石英杯放置在所述掺杂钟罩内，打开炉台上部盖，把所述掺杂钟罩挂在籽晶挂钩上，合住炉台；

12、s2：将所述掺杂钟罩降低到离硅溶液液面18-22mm处进行掺杂；

13、s3：掺杂元素发挥完成后，将所述掺杂钟罩取出，掺杂结束。

14、优选地，在步骤s1中，所述炉内温度稳定在1290-1310℃，所述炉内压力稳定在19-21kpa，所述氩气流量稳定为99-101l/min。

15、优选地，在步骤s2中，以400mm/min的速度将所述掺杂钟罩降低到离硅溶液液面18-22mm处进行掺杂。

16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：

17、本专利技术通过设置外层钟罩、中隔离层、内隔离层，以及在外层钟罩的底部与中隔离层的底部之间封闭，中隔离层的底部与内隔离层的底部之间封闭，内隔离层的底部呈开口结构，以使掺杂钟罩的底部形成空心圆形状，掺杂剂在真空高温高压下气化后从石英杯进入外层钟罩，随着气体的聚集，气化的掺杂剂逐渐进入中隔离层、内隔离层，从而使得气化掺杂剂在掺杂钟罩内预储存的时间延长，进而增加掺杂时间，提高掺杂效率；气化的掺杂剂预储存在掺杂钟罩内，随着掺杂时间推移，气化的掺杂剂慢慢从掺杂钟罩下部口流出，气化掺杂剂与液面接触，随着硅液对流使掺杂剂进入硅液，实现掺杂目的，而由于掺杂钟罩的底部呈现空心圆的结构，即掺杂钟罩的底部只有一个开口，使得气化掺杂剂只能通过一个出口慢慢流出，从而使得气化掺杂剂能够与更多硅液接触，气化掺杂剂能够被硅液充分吸收，进而提高掺杂效率。

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【技术保护点】

1.一种用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，包括掺杂钟罩，所述掺杂钟罩包括外层钟罩、中隔离层、内隔离层，其中，所述外层钟罩、所述中隔离层、所述内隔离层的高度依次降低；所述外层钟罩、所述中隔离层、所述内隔离层的底部位于同一水平面，且所述外层钟罩的底部与所述中隔离层的底部之间封闭，所述中隔离层的底部与所述内隔离层的底部之间封闭，所述内隔离层的底部呈开口结构，以使所述掺杂钟罩的底部形成空心圆形状。

2.根据权利要求1所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，所述中隔离层的数量为至少一个，所述中隔离层的数量根据炉腔尺寸和晶棒尺寸设计。

3.根据权利要求2所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，当所述中隔离层的数量为多个时，所述多个中隔离层的高度从外到内依次降低。

4.根据权利要求1所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，所述中隔离层和所述内隔离层之间的高度差为50mm。

5.根据权利要求1所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，所述用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置还包括石英坩埚，所述石英坩埚内盛满

6.根据权利要求5所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，所述掺杂钟罩的底壁与所述硅溶液的液面之间的距离为18-22mm。

7.根据权利要求1所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，所述用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置还包括石英杯，所述石英杯与所述内隔离层同轴，所述石英杯与所述外层钟罩的顶部连接，且所述石英杯的底部位于所述内隔离层。

8.一种用于重掺半导体单晶硅的掺杂方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任意一项所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置进行掺杂，具体步骤如下：

9.根据权利要求8所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂方法，其特征在于，在步骤S1中，所述炉内温度稳定在1290-1310℃，所述炉内压力稳定在19-21Kpa，所述氩气流量稳定为149-1511L/min。

10.根据权利要求8所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂方法，其特征在于，在步骤S2中，以400mm/min的速度将所述掺杂钟罩降低到离硅溶液液面18-22mm处进行掺杂。

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【技术特征摘要】

4.根据权利要求1所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，所述中隔离层和所述内隔离层之间的高度差为50mm。

5.根据权利要求1所述的用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置，其特征在于，所述用于重掺半导体单晶硅的掺杂装置还包括石英坩埚，所述石英坩埚内盛满硅溶液，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宽军，芮阳，伊冉，王黎光，曹启刚，赵娜，赵泽慧，白园，
申请(专利权)人：宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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