适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置，包括上吊杆（1）、下挂架（2）和石英托盘（6）；在下挂架（2）的上表面搁置三爪架（3），上吊杆（1）从上至下的贯穿三爪架（3）的中心通孔后与下挂架（2）固定相连，与三爪架（3）固定相连的不锈钢导轨（4）从上至下的贯穿下挂架（2），石英托盘（6）位于不锈钢导轨（4）的下方，石英托盘（6）的左端通过左石英吊杆（5）与不锈钢导轨（4）的底端固定相连，石英托盘（6）的右端通过右石英吊杆（8）与下挂架（2）的底端固定相连。在常规的CZ单晶炉中使用该掺杂装置，能轻易实现向炉内的晶锭原料中添加掺杂剂。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体晶体生长领域，涉及一种掺杂装置，特别涉及一种适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的初始掺杂。
技术介绍
目前超过98%的电子元件材料需要使用单晶硅。单晶硅的制备方法中CZ法占了约85%，其余则采用浮融法、FZ生长法等。CZ法生长出的单晶硅，用于生产低功率的集成电路元件；因为其的高氧含量能提供晶片强化；便于生长大直径单晶等优点。而轻掺及中高阻硅单晶电阻率范围在2-60 Ω · cm，广泛用于功率器件的制造，在低端器件领域具有不可代替的作用。同时随着后端技术的提高，内外吸杂工艺优化，轻掺及高阻硅单晶抛光片经过处理后的品质不断提升，用途不断扩大；甚至在某些领域能够代替外延片，成为市场不可或缺的一部分。目前直拉硅单晶主要的掺杂方法分为两类，一类为共熔法，另一类为投入法。共熔法是指将掺杂物与多晶料一起放入坩埚内熔化；投入法是指待多晶料完全溶化后，再将掺杂物投入熔化，实现掺杂。轻掺及中高阻直拉硅单晶在拉制过程中，不可避免地会发生断苞的情况，即晶体失去无位错生长状态。发生断苞情况后，通常采取两种办法，一是对较长的晶锭采用吊出的办法，在取出后重新生长；二是对长度较短者，采取回熔的办法，即把单晶炉的功率升高到化料功率，把晶锭下浸至熔体中重新熔化，待温度稳定后重新生长。有时在晶锭生长过程中会发生多次回熔的情况；长时间的回熔及等待，使得熔体长时间处于1450°C以上的高温，掺杂剂的数量会因高温挥发，造成掺杂剂浓度下降，这就会导致目标掺杂浓度与实际掺杂浓度产生较大的偏差，导致生长出来的晶锭的电阻率偏离目标值，产生不必要的损失。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置，在常规的CZ单晶炉中使用该掺杂装置，能轻易实现向炉内的晶锭原料中添加掺杂剂。为了解决上述技术问题，本技术提供一种适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置，包括上吊杆、下挂架和用于盛放掺杂剂的石英托盘；在下挂架的上表面搁置三爪架，上吊杆从上至下的贯穿三爪架的中心通孔后与下挂架固定相连，与三爪架固定相连的不锈钢导轨从上至下的贯穿下挂架，石英托盘位于不锈钢导轨的下方，石英托盘的左端通过左石英吊杆与不锈钢导轨的底端固定相连，石英托盘的右端通过右石英吊杆与下挂架的底端固定相连。作为本技术的适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置的改进在石英托盘的左、右两端分别设置左下圆钩和右下圆钩，在不锈钢导轨的底端设置左上圆钩，在下挂架的底端设置右上圆钩，左石英吊杆的上下两端分别与左上圆钩和左下圆钩相连，右石英吊杆的上下两端分别与右上圆钩和右下圆钩相连。本技术的适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置，石英托盘用于盛放掺杂剂，依靠上吊杆能将本技术的整个掺杂装置安置于现有的CZ单晶炉内；三爪架的作用是为了实现垂直方向上的高度定位，为实现石英托盘的倾斜侧翻动作提供固定支点；并通过固定在三爪架上的不锈钢导轨实现在水平方向上对下挂架的稳定作用，从而防止由于下挂架的旋转而导致的石英托盘的旋转。在常规的CZ单晶炉中使用本技术的掺杂装置，能轻易实现向炉内的晶锭原料中添加掺杂剂，从而有效解决直拉硅单晶因断苞回熔导致的掺杂剂挥发和最终导致的电阻率变大的问题。本技术的适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置也适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的初始掺杂。本技术结构简单，且具有能够重复多次使用的优点。以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细说明。附图说明图1是本技术的适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置的结构示意图；图2是图1的实际使用状态示意图；图3是图2中的石英托盘6处于侧翻状态时的示意图。具体实施方式实施例1、一种适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置，包括上吊杆1、下挂架2和用于盛放掺杂剂的石英托盘6。在下挂架2的上表面搁置三爪架3，上吊杆1从上至下的贯穿三爪架3的中心通孔后与下挂架2固定相连，即，上吊杆1的局部被套装在三爪架 3内。不锈钢导轨4的顶端与三爪架3固定相连，不锈钢导轨4的底端从上至下的贯穿下挂架2，即不锈钢导轨4的局部被套装在下挂架2内。石英托盘6位于不锈钢导轨4的下方。在石英托盘6的左、右两端分别设置左下圆钩73和右下圆钩74，在不锈钢导轨4的底端设置左上圆钩71，在下挂架2的底端设置右上圆钩72，该左上圆钩71位于左下圆钩73 的正上方，右上圆钩72位于右下圆钩74的正上方。左石英吊杆5的上下两端分别与左上圆钩71和左下圆钩73相连，右石英吊杆8的上下两端分别与右上圆钩72和右下圆钩74 相连。由于石英托盘6用于盛放掺杂剂，因此石英托盘6 —般应保持水平(除了石英托盘6 处于侧翻状态以外)。上述适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置实际使用时如图2所示，CZ单晶炉包括控制系统10、主炉室17和副炉室12，在主炉室17和副炉室12之间设置闸板阀16， 在副炉室12靠近其顶部的侧壁上设有Ar进气口 14，在副炉室12内设有依靠提升机构15 可沿着副炉室12上下移动的籽晶夹头13。在主炉室17靠近其底部的侧壁上设有抽气孔22，在主炉室17中设有套装于石墨坩埚托19内的石英坩埚18，坩埚旋转及提升机构23与石墨坩埚托19相连，在主炉室17中还设有带有电极21的加热器20，在主炉室17的上方设有直径控制探头11 ；提升机构15、 电极21、直径控制探头11、坩埚旋转及提升机构23分别与控制系统10信号相连。上述内容属于CZ单晶炉的现有技术。在副炉室12内设置本技术的适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置， 利用籽晶夹头13夹持住上吊杆1，在石英托盘6内放置实际所需量的掺杂剂。打开闸板阀 16的中心开口，控制系统10命令提升机构15通过籽晶夹头13带动本技术的整个掺杂装置下降。三爪架3由于被搁置在下挂架2的上表面，因此在重力的作用下能随着下挂架 2—起下降。当三爪架3下降至与闸板阀16相接触时，三爪架3架在闸板阀16上固定不动，此时，不锈钢导轨4通过左石英吊杆5固定住了石英托盘6左端的高度位置。控制系统10命令提升机构15带动籽晶夹头13连着上吊杆1及下挂架2 —起继续下降(该下降幅度小于石英托盘6的底面直径)，从而导致石英托盘6的右端明显低于石英托盘6左端，从而实现石英托盘6的倾斜侧翻，石英托盘6内的掺杂剂能全部落入石英坩埚18内，如图3所示。然后提升机构15通过籽晶夹头13带动本技术的整个掺杂装置上升，从而使整个掺杂装置重新处于副炉室12内。最后关闭闸板阀16的中心开口，从而完成掺杂剂的添加步骤。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本技术的一个具体实施例。显然，本技术不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本技术公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置，其特征是：包括上吊杆（１）、下挂架（２）和用于盛放掺杂剂的石英托盘（６）；在下挂架（２）的上表面搁置三爪架（３），上吊杆（１）从上至下的贯穿三爪架（３）的中心通孔后与下挂架（２）固定相连，与三爪架（３）固定相连的不锈钢导轨（４）从上至下的贯穿下挂架（２），石英托盘（６）位于不锈钢导轨（４）的下方，所述石英托盘（６）的左端通过左石英吊杆（５）与不锈钢导轨（４）的底端固定相连，石英托盘（６）的右端通过右石英吊杆（８）与下挂架（２）的底端固定相连。

【技术特征摘要】
1.适用于轻掺及中高阻直拉硅单晶的掺杂装置，其特征是包括上吊杆(1)、下挂架 (2 )和用于盛放掺杂剂的石英托盘(6 )；在下挂架(2 )的上表面搁置三爪架(3 )，上吊杆(1) 从上至下的贯穿三爪架(3)的中心通孔后与下挂架(2)固定相连，与三爪架(3)固定相连的不锈钢导轨(4)从上至下的贯穿下挂架(2)，石英托盘(6)位于不锈钢导轨(4)的下方，所述石英托盘(6)的左端通过左石英吊杆(5)与不锈钢导轨(4)的底端固定相连，石英托盘(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李巨晓，孙新利，王飞尧，何国君，张立安，
申请(专利权)人：杭州海纳半导体有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86