一种用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置，属于半导体硅材料生产领域。


背景技术：

2.掺杂剂的掺杂对单晶硅电阻率控制尤为重要。实际生产中，对于初次成晶，一般选择在初始装料阶段，把掺杂剂直接掺杂在多晶硅中进行电阻率控制。而对于多次成晶或者一炉拉多根单晶来讲，拉晶过程中可能需要多次掺杂掺杂剂。
3.目前通常采用的方法是，通过改变工艺条件在熔体表面生长出一个平面11，将加掺掺杂剂12放在该平面11上，缓慢的降到熔硅中，完成掺杂，如图1所示。
4.虽然通过生长平面完成掺杂的工艺可以控制电阻率，但是该工艺有很多缺点：(1)改变工艺条件完成平面生长，液面温度波动会影响热场使用寿命。(2)使用平面加掺掺杂剂，需要先把平面从炉体中提出来，把掺杂剂倒在平面上，再把平面和掺杂剂降到液面加掺，过程耗时较长，对石英坩埚使用寿命造成影响。另外通过改变工艺条件生长平面完成掺杂后，需要再次进行调整条件使液面温度达到拉晶状态，需要一定的时间，也会对石英坩埚寿命造成影响。(3)传统的改变工艺生长的平面为多晶平面，多晶平面在下降到熔硅的同时，可能会由于室温与炉内温差较大，造成炸裂。落在熔硅里可能会造成溅硅的风险，污染热屏等热场件。(4)生长平面加掺掺杂剂，只能加掺一次，不能重复使用。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置，能够克服现有技术中存在耗时、耗材、多晶平面易炸裂以及不能重复使用的缺点。
6.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置，该装置包括籽晶和掺杂剂仓，所述掺杂剂仓与所述籽晶均为硅材质，二者通过螺纹连接，掺杂剂装载在掺杂剂仓中。
8.优选地，所述籽晶下端表面铣有外螺纹；所述掺杂剂仓中间镂空且在其上端内壁铣有与籽晶的外螺纹啮合的内螺纹。
9.优选地，所述籽晶表面的外螺纹的长度大于掺杂剂仓的内螺纹的长度，更优选地，所述籽晶表面的外螺纹的长度为掺杂剂仓的内螺纹的长度的数倍，例如5～8倍。
10.本实用新型的优点在于：
11.采用本实用新型的装置来加掺掺杂剂，炉内不必改变液面温度条件，不会对热场使用寿命造成影响。另外，通过籽晶插入液面掺杂，过程简单，耗时短，不会影响石英坩埚使用寿命。该装置加掺掺杂剂不会存在炸裂等风险，除了掺杂剂仓外，籽晶可实现多次使用。
附图说明
12.图1为传统生长平面加掺掺杂剂的原理示意图。
13.图2为本实用新型装置的分解状态的剖面示意图。
14.图3为加掺掺杂剂时，组合后的装置的剖面示意图。
具体实施方式
15.下面将结合附图及实施例来详细说明本实用新型。所举实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
16.如图2所示，本实用新型的用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置包括籽晶1和掺杂剂仓3，掺杂剂仓3与籽晶1为相同材质，即均为单晶硅材质，纯度等指标均一致，二者通过螺纹连接，待加掺的掺杂剂装载在掺杂剂仓3中。
17.作为籽晶与掺杂剂仓之间的连接方式，例如可以是，如图1所示，在籽晶1下端表面铣有外螺纹2；掺杂剂仓3中间镂空且在其上端内壁铣有与籽晶的外螺纹啮合的内螺纹4，通过将籽晶的外螺纹2与掺杂剂仓的内螺纹4啮合，来实现籽晶1与掺杂剂仓3的连接。
18.如图2所示，在该装置中，籽晶的外螺纹的直径w1等于掺杂剂仓的内螺纹的直径w2，从而保证籽晶和掺杂剂仓完全契合。掺杂剂仓镂空部分的直径w3的尺寸可以根据加掺掺杂剂的量进行设计。如图3所示，籽晶1和掺杂剂仓2通过内、外螺纹拧在一起，完全可以支撑起掺杂剂仓3和掺杂剂5的重量。籽晶的外螺纹的长度l1大于掺杂剂仓的内螺纹的长度l2，装有掺杂剂的掺杂剂仓随籽晶插入熔硅熔化后，会消耗掉一部分籽晶的外螺纹。
19.为了能够实现用本实用新型的装置进行多次加掺掺杂剂，在该装置的尺寸设计上，可以将籽晶表面的外螺纹的长度l1设计成远大于掺杂剂仓的内螺纹的长度l2，可以根据实际需要，将籽晶表面的外螺纹的长度l1设计为掺杂剂仓的内螺纹的长度l2的数倍。当掺杂剂仓熔化后，籽晶下端外螺纹会有一部分熔化掉，但是外螺纹长度远大于内螺纹，籽晶剩余的部分仍可以契合新的掺杂剂仓，再次用于掺杂掺杂剂。下次使用只要再次消耗掺杂剂仓，不必更换籽晶，可实现多次加掺掺杂剂操作。
20.在将本实用新型的装置用于直拉硅单晶加掺掺杂剂时，先掺杂剂装进掺杂剂仓，然后按照上述方式将掺杂剂仓拧在籽晶下端，使二者通过螺纹连接一起。掺杂剂仓随着籽晶一起插进熔硅中，由于掺杂剂仓与籽晶为相同材质，与掺杂剂仓连接的螺纹部分的籽晶、掺杂剂仓以及掺杂剂仓内的掺杂剂一起熔化掉。剩余的籽晶可以不必提起，直接进行稳定操作。节省时间，且没有炸裂的风险，不会对石英坩埚和热场件使用寿命造成影响。
21.实施例1
22.使用110b型直拉单晶炉，装有24英寸热场、装料150kg多晶硅料，拉制p型、晶向《100》、头电阻率为12.5ω
·
cm的硅单晶，装料时暂时不加掺杂剂。待多晶硅料熔化成熔硅，使用本实用新型装置进行加掺掺杂剂。其中掺杂剂掺杂元素为硼原子，电阻率为0.002472ω
·
cm的硅硼合金片，重量为5.0g。
23.表1为电阻率的理论计算值和通过本实用新型加掺后的实际电阻率。分凝系数基本落在0.8附近，符合p型单晶分凝系数。其中，分凝系数＝(掺杂元素在固相中的溶解度)/(掺杂元素在液相中的溶解度)。
24.表1
25.单晶长度(mm)电阻率理论计算值(ω
·
cm)加掺后电阻率值(ω
·
cm)5011.9211.8830011.5111.5661510.9110.8196010.2010.4912909.109.4014508.518.47


技术特征：
1.一种用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置，其特征在于，该装置包括籽晶和掺杂剂仓，所述掺杂剂仓与所述籽晶均为硅材质，二者通过螺纹连接，掺杂剂装载在掺杂剂仓中。2.根据权利要求1所述的用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置，其特征在于，所述籽晶下端表面铣有外螺纹；所述掺杂剂仓中间镂空且在其上端内壁铣有与籽晶的外螺纹啮合的内螺纹。3.根据权利要求1或2所述的用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置，其特征在于，所述籽晶表面的外螺纹的长度大于掺杂剂仓的内螺纹的长度。4.根据权利要求3所述的用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置，其特征在于，所述籽晶表面的外螺纹的长度为掺杂剂仓的内螺纹的长度的数倍。5.根据权利要求4所述的用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置，其特征在于，所述籽晶表面的外螺纹的长度为掺杂剂仓的内螺纹的长度的5～8倍。

技术总结
本实用新型公开了一种用于直拉硅单晶多次加掺掺杂剂的装置，该装置包括籽晶和掺杂剂仓，所述掺杂剂仓与所述籽晶均为硅材质，二者通过螺纹连接，掺杂剂装载在掺杂剂仓中。所述籽晶下端表面铣有外螺纹；所述掺杂剂仓中间镂空且在其上端内壁铣有与籽晶的外螺纹啮合的内螺纹。所述籽晶表面的外螺纹的长度大于掺杂剂仓的内螺纹的长度。所述籽晶表面的外螺纹的长度为掺杂剂仓的内螺纹的长度的数倍。采用本实用新型的装置来加掺掺杂剂，炉内不必改变液面温度条件，不会对热场使用寿命造成影响。另外，通过籽晶插入液面掺杂，过程简单，耗时短，不会影响石英坩埚使用寿命。该装置加掺掺杂剂不会存在炸裂等风险，除了掺杂剂仓外，籽晶可实现多次使用。实现多次使用。实现多次使用。


技术研发人员：张欢 郝晓明 张宏浩 吴志强 崔彬 姜舰 王雅楠 连庆伟 李超
受保护的技术使用者：山东有研半导体材料有限公司
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2022/7/8