本發(fā)明涉及硅單晶制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置及方法。

背景技術(shù)：

硅單晶作為一種半導(dǎo)體材料被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，因此需求量極大，而采用區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶是獲取單晶硅的一種重要方法。

區(qū)熔法又稱(chēng)fz法，即懸浮區(qū)熔法。是利用熱能在半導(dǎo)體棒料的一端產(chǎn)生一熔區(qū)，再熔接單晶籽晶。調(diào)節(jié)溫度使熔區(qū)緩慢地向棒的另一端移動(dòng)，通過(guò)整根棒料，生長(zhǎng)成一根單晶，晶向與籽晶的相同。區(qū)熔法制備硅單晶具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、不使用坩堝，單晶生長(zhǎng)過(guò)程不會(huì)被坩堝材料污染；2、由于雜質(zhì)分凝和蒸發(fā)效應(yīng)，可以生長(zhǎng)出高電阻率硅單晶。

采用區(qū)熔法能夠生長(zhǎng)高純度低缺陷的硅單晶，區(qū)熔法可以得到低至10¹¹cm^-3的載流子濃度。區(qū)熔法生長(zhǎng)技術(shù)的基本特點(diǎn)是樣品的熔化部分是完全由固體部分支撐的，不需要坩堝，可以大大降低氧和碳及其它金屬離子的沾污。柱狀的高純多晶材料固定于卡盤(pán)，一個(gè)金屬線(xiàn)圈沿多晶長(zhǎng)度方向緩慢移動(dòng)并通過(guò)柱狀多晶，在金屬線(xiàn)圈中通過(guò)高功率的射頻電流，射頻功率電磁場(chǎng)將在多晶柱中引起渦流，產(chǎn)生焦耳熱，通過(guò)調(diào)整線(xiàn)圈功率，可以使得多晶柱緊鄰線(xiàn)圈的部分熔化，線(xiàn)圈移過(guò)后，熔料結(jié)晶為單晶，其晶向與籽晶的相同。另一種使晶柱局部熔化的方法是使用聚焦電子束。整個(gè)區(qū)熔生長(zhǎng)裝置可置于真空系統(tǒng)中，或者有保護(hù)氣氛的封閉腔室內(nèi)。

區(qū)熔法制備單晶硅摻雜技術(shù)一般有：

(1)氣相摻雜法(gasdopingmethod)：n型摻磷、p型摻硼；

(2)中子嬗變摻雜(ntd)硅單晶：成本太高；

(3)填裝摻雜法(pilldopingmethod)：一般只適合用于偏析系數(shù)低及揮發(fā) 性低的摻雜物，如鎵(ga)及銦(in)；

(4)核心摻雜法(coredopingmethod)：比較不容易控制晶棒之軸向電阻之均勻性，摻雜物一般只適合用于偏析系數(shù)較大的硼(b)。

工業(yè)界普遍采用氣體摻雜法應(yīng)用于區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶。這種摻雜技術(shù)是將易揮發(fā)的ph4(n型摻雜)或b2h6(p型摻雜)氣體藉著氬氣(ar)稀釋后直接吹入熔融區(qū)進(jìn)行摻雜。其優(yōu)點(diǎn)是制造商不需要再存儲(chǔ)不同電阻率的多晶硅原料棒。但是，摻雜氣源的發(fā)射口一般均設(shè)在爐壁上，因此氣相摻雜硅單晶的電阻率普遍存在均勻性差、摻雜不夠精確等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置及方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中以氣相摻雜方式生長(zhǎng)的硅單晶的電阻率均勻性差，摻雜不夠精確的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是一種區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置，包括氣體噴射器與射頻加熱線(xiàn)圈，所述氣體噴射器與所述射頻加熱線(xiàn)圈形狀相同，共同環(huán)繞原料棒，且所述氣體噴射器與所述射頻加熱線(xiàn)圈固定連接；所述氣體噴射器包括一環(huán)形管，所述環(huán)形管上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)氣孔。

進(jìn)一步的，所述氣體噴射器與所述射頻加熱線(xiàn)圈通過(guò)銷(xiāo)釘或螺絲固定連接。

進(jìn)一步的，所述氣體噴射器與所述射頻加熱線(xiàn)圈通過(guò)焊接方式固定連接。

進(jìn)一步的，所述環(huán)形管的材質(zhì)為陶瓷。

進(jìn)一步的，所述環(huán)形管上的數(shù)個(gè)氣孔為等間距均勻分布。

進(jìn)一步的，所述環(huán)形管上的數(shù)個(gè)氣孔為不均勻分布。

進(jìn)一步的，所述氣孔的形狀為圓形、橢圓形、方形或不規(guī)則形狀。

進(jìn)一步的，還包括一氣體混合箱，所述氣體混合箱具有冷卻裝置，且所述氣體混合箱的出氣口與所述環(huán)形管相連。

進(jìn)一步的，還包括一質(zhì)量流量控制器，所述質(zhì)量流量控制器與所述氣體混合箱的進(jìn)氣口連接，用于控制通入所述氣體混合箱的氣體。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種區(qū)熔法氣相摻雜生長(zhǎng)硅單晶的方法，采用上述 的區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置進(jìn)行硅單晶生長(zhǎng)，所述方法包括：將所述區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置環(huán)繞原料棒，從原料棒的一端向另一端緩慢移動(dòng)，同時(shí)在射頻加熱線(xiàn)圈中通過(guò)高功率的射頻電流，使得原料棒緊鄰線(xiàn)圈的部分熔化，形成熔區(qū)，并且所述氣體噴射器向所述熔區(qū)噴射摻雜氣體，從而使得所述原料棒結(jié)晶為單晶棒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明通過(guò)將氣體噴射器與射頻加熱線(xiàn)圈固定連接，在氣體噴射器的環(huán)形管上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)氣孔，使得從氣體噴射器噴出的摻雜氣體對(duì)摻雜氣流分布有明顯改善，摻雜氣流能夠更加均勻的分布在熔區(qū)周?chē)?，使得熔區(qū)對(duì)摻雜氣體的吸收率大大增加，從而提高了氣相摻雜硅單晶的電阻均勻性，同時(shí)節(jié)約了摻雜源。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置形成硅單晶的示意圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中環(huán)形管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中環(huán)形管與氣體混合箱的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)對(duì)此作為本發(fā)明的限定。

本發(fā)明的核心思想是：通過(guò)將氣體噴射器與射頻加熱線(xiàn)圈固定連接，在氣體噴射器的環(huán)形管上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)氣孔，使得從氣體噴射器噴出的摻雜氣體對(duì)摻雜氣流分布有明顯改善，摻雜氣流能夠更加均勻的分布在熔區(qū)周?chē)?，使得熔區(qū)對(duì)摻雜氣體的吸收率大大增加，從而提高了氣相摻雜硅單晶的電阻均勻性，同時(shí)節(jié)約了摻雜源。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝 置形成硅單晶的示意圖，如圖1所示，本發(fā)明提出一種區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置10，包括氣體噴射器100與射頻加熱線(xiàn)圈200，所述氣體噴射器100與所述射頻加熱線(xiàn)圈200形狀相同，共同環(huán)繞原料棒，且所述氣體噴射器100與所述射頻加熱線(xiàn)圈200固定連接；所述區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置10沿原料棒20的長(zhǎng)度方向緩慢移動(dòng)并通過(guò)所述原料棒20，在所述射頻加熱線(xiàn)圈200中通過(guò)高功率的射頻電流，射頻功率電磁場(chǎng)將在原料棒20中引起渦流，產(chǎn)生焦耳熱，通過(guò)調(diào)整線(xiàn)圈功率，可以使得原料棒20緊鄰線(xiàn)圈的部分熔化，形成熔區(qū)30，同時(shí)所述氣體噴射器100向所述熔區(qū)30噴射摻雜氣體；所述區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置10移過(guò)之后，原料棒20結(jié)晶為單晶棒40。

所述氣體噴射器100包括一環(huán)形管101，請(qǐng)參考圖2，其為本發(fā)明一實(shí)施例中環(huán)形管的結(jié)構(gòu)示意圖，所述環(huán)形管101上設(shè)置有進(jìn)氣端102，并且在所述環(huán)形管101上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)氣孔103，從而使得摻雜氣流能夠更加均勻的分布在熔區(qū)周?chē)?，使得熔區(qū)對(duì)摻雜氣體的吸收率大大增加，從而提高了氣相摻雜硅單晶的電阻均勻性，同時(shí)節(jié)約了摻雜源。

本實(shí)施例中，所述環(huán)形管101的材質(zhì)為陶瓷，所述環(huán)形管101上的氣孔103為等間距均勻分布，如圖2所示。在其他實(shí)施例中，所述環(huán)形管101的材質(zhì)可以為銅質(zhì)鍍銀的金屬，或不與摻雜氣體發(fā)生反應(yīng)的其他材質(zhì)；所述環(huán)形管101上的氣孔103也可為不均勻分布，例如在靠近所述進(jìn)氣端102的地方稀疏，在遠(yuǎn)離所述進(jìn)氣端102的地方密集；氣孔102的數(shù)量根據(jù)不同的工藝條件而定。所述氣孔102的形狀為圓形、橢圓形、方形或不規(guī)則形狀，也可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他形狀。

所述氣體噴射器100安裝于所述射頻加熱線(xiàn)圈200的上方，所述氣體噴射器100與所述射頻加熱線(xiàn)圈200可以通過(guò)銷(xiāo)釘或螺絲固定連接，方便兩者之間的固定與分離，從而可以單獨(dú)對(duì)所述氣體噴射器100或所述射頻加熱線(xiàn)圈200進(jìn)行更換；也可以通過(guò)焊接方式進(jìn)行固定連接，以防止所述氣體噴射器100與所述射頻加熱線(xiàn)圈200的部分連接部位發(fā)生分離，保證摻雜氣流能夠均勻的分布在熔區(qū)周?chē)？梢岳斫獾氖牵鰵怏w噴射器100也可以安裝于所述射頻加熱線(xiàn)圈200的下方，具體的安裝位置根據(jù)實(shí)際的工藝條件及裝置來(lái)決定，最終 保證摻雜氣流能夠均勻的分布在熔區(qū)周?chē)?/p>

所述區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置還包括一氣體混合箱與一質(zhì)量流量控制器，所述氣體混合箱具有冷卻裝置，且所述氣體混合箱的出氣口與所述環(huán)形管相連，所述質(zhì)量流量控制器與所述氣體混合箱的進(jìn)氣口連接，用于控制通入所述氣體混合箱的氣體。請(qǐng)參考圖3所示，其為本發(fā)明一實(shí)施例中環(huán)形管與氣體混合箱的連接示意圖，摻雜氣體或者稀釋混合氣體經(jīng)第一質(zhì)量流量控制器401與第二質(zhì)量流量控制器402通入至氣體混合箱300進(jìn)行混合后再傳輸至所述環(huán)形管101，然后噴射至熔區(qū)30進(jìn)行長(zhǎng)晶摻雜。所述冷卻裝置(圖中未示出)用于冷卻所述氣體混合箱300內(nèi)的氣體。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種區(qū)熔法氣相摻雜生長(zhǎng)硅單晶的方法，采用上述的區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置進(jìn)行硅單晶生長(zhǎng)。具體的，包括：將區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置環(huán)繞原料棒，從原料棒的一端向另一端緩慢移動(dòng)，在所述區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置經(jīng)過(guò)的地方，射頻加熱線(xiàn)圈中通過(guò)高功率的射頻電流，射頻功率電磁場(chǎng)將在原料棒中引起渦流，產(chǎn)生焦耳熱，通過(guò)調(diào)整線(xiàn)圈功率，可以使得原料棒緊鄰線(xiàn)圈的部分熔化，形成熔區(qū)，同時(shí)所述氣體噴射器向所述熔區(qū)噴射摻雜氣體，在所述區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置移過(guò)之后，所述原料棒結(jié)晶為單晶棒。

綜上所述，本發(fā)明提供的區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶用氣體噴射與射頻加熱一體裝置及方法，通過(guò)將氣體噴射器與射頻加熱線(xiàn)圈固定連接，在氣體噴射器的環(huán)形管上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)氣孔，使得從氣體噴射器噴出的摻雜氣體對(duì)摻雜氣流分布有明顯改善，摻雜氣流能夠更加均勻的分布在熔區(qū)周?chē)沟萌蹍^(qū)對(duì)摻雜氣體的吸收率大大增加，從而提高了氣相摻雜硅單晶的電阻均勻性，同時(shí)節(jié)約了摻雜源。

上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍。