一種獲得寬范圍電阻率區(qū)熔硅單晶的氣摻系統(tǒng)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種獲得寬范圍電阻率區(qū)熔硅單晶的氣摻系統(tǒng)裝置及方法，該氣摻系統(tǒng)裝置包括磷烷氣體管道、氬氣管道、入爐氣體管道、排空管道，該四路管道分別通過VCO接口連接至一橋形管路上，其中，磷烷氣體管道和氬氣管道連接在該橋形管路的一端，入爐氣體管道和排空管道連接在該橋形管路的另一端；磷烷氣體管道、氬氣管道和入爐氣體管道上分別安裝有質(zhì)量流量計(jì)，排空管道上安裝有壓力控制計(jì)。采用該氣摻系統(tǒng)裝置進(jìn)行氣相摻雜，在區(qū)熔法生長單晶硅的熔球階段，磷烷氣體與氬氣在橋形管路內(nèi)混合后進(jìn)入入爐氣體管道，熔球階段結(jié)束后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾，通過改變注入?yún)^(qū)熔爐的磷烷氣體的劑量，可以獲得電阻率范圍在0.1～2000Ω·cm的區(qū)熔硅單晶。
【專利說明】—種獲得寬范圍電阻率區(qū)熔硅單晶的氣摻系統(tǒng)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種獲得寬范圍電阻率區(qū)熔硅單晶的氣摻系統(tǒng)裝置及方法，屬于氣相摻雜區(qū)熔硅單晶的生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，硅單晶主要是通過直拉法和區(qū)熔法生產(chǎn)的。直拉法生產(chǎn)的硅單晶中氧、碳含量高。硅單晶的高氧含量會產(chǎn)生施主效應(yīng)，使N型硅晶體電阻率下降，P型硅晶體電阻率上升，甚至?xí)筆型晶體轉(zhuǎn)變成N型，造成硅材料的電學(xué)性能難以控制。硅單晶的高氧含量也會產(chǎn)生氧沉淀，從而誘發(fā)位錯(cuò)、層錯(cuò)等二次缺陷，對于雙極型器件，位錯(cuò)的存在會促進(jìn)發(fā)射極漏電流增加，降低電流增益；同時(shí)降低發(fā)射效率，擊穿電壓降低；對于MOS器件而言，位錯(cuò)導(dǎo)致的漏電流增加產(chǎn)生的后果更嚴(yán)重。硅中的碳會使器件擊穿電壓大大降低，漏電流增加，影響器件質(zhì)量。另外直拉法生產(chǎn)的硅單晶電阻率低，很難滿足功率器件的要求。
[0003]區(qū)熔法生產(chǎn)的硅單晶雖然能降低氧碳含量，并且能獲得高的電阻率，但采用中子輻照的區(qū)熔法生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長，且受輻照資源短缺的限制。采用氣相摻雜區(qū)熔法(氣摻區(qū)熔)生產(chǎn)硅單晶可以很好的解決這些問題。因?yàn)槠胀ǖ臍庀鄵诫s系統(tǒng)(氣摻系統(tǒng))混合效果差，用同一種摻雜氣體得到的區(qū)熔硅單晶電阻率范圍很窄。因此，必須改善氣摻系統(tǒng)以得到寬范圍電阻率的氣相摻雜區(qū)熔硅單晶。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種氣摻系統(tǒng)裝置，用于區(qū)熔法生長硅單晶，以獲得電阻率范圍很寬的氣相摻雜區(qū)熔硅單晶。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用該氣摻系統(tǒng)裝置的氣相摻雜方法，以精確的控制區(qū)熔硅單晶的電阻率，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種獲得寬范圍電阻率區(qū)熔硅單晶的氣摻系統(tǒng)裝置，包括磷烷氣體管道、氬氣管道、入爐氣體管道、排空管道，該四路管道分別通過O型圈面密封接口(VC0接口)連接至一橋形管路上，其中，磷烷氣體管道和氬氣管道連接在該橋形管路的一端，入爐氣體管道和排空管道連接在該橋形管路的另一端；磷烷氣體管道、氬氣管道和入爐氣體管道上分別安裝有質(zhì)量流量計(jì)，排空管道上安裝有壓力控制計(jì)。
[0008]在所述氣摻系統(tǒng)裝置中，橋形管路和四路管道均為不銹鋼材質(zhì)。
[0009]在所述氣摻系統(tǒng)裝置中，磷烷氣體管道上的質(zhì)量流量計(jì)的量程范圍為5~IOOmL/mirio IS氣管道上的質(zhì)量流量計(jì)的量程范圍為250mL/min~5L/min。入爐氣體管道上的質(zhì)量流量計(jì)的量程范圍為25~500mL/min。壓力控制計(jì)所設(shè)定的壓力高于區(qū)熔爐內(nèi)氬氣壓力的0.5bar以上。
[0010]一種采用所述的氣摻系統(tǒng)裝置進(jìn)行氣相摻雜的方法，在區(qū)熔法生長單晶硅的熔球階段，由磷烷氣體管道向橋形管路內(nèi)通入磷烷氣體，以氬氣為載氣，磷烷氣體的濃度為70ppm ；由氬氣管道向橋形管路內(nèi)通入氬氣，攜帶磷烷氣體的氬氣與另一路氬氣在橋形管路內(nèi)混合后進(jìn)入入爐氣體管道，通過排空管道上的壓力控制計(jì)控制入爐氣體的壓力高于區(qū)熔爐內(nèi)氬氣壓力的0.5bar以上，調(diào)節(jié)磷烷氣體管道、氬氣管道、入爐氣體管道的氣體流量及相對比例，改變注入?yún)^(qū)熔爐的磷烷氣體的劑量，熔球階段結(jié)束后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾，獲得電阻率范圍在0.1~2000 Ω.cm的區(qū)熔硅單晶。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0012]本發(fā)明的氣摻系統(tǒng)裝置可以精確控制進(jìn)入?yún)^(qū)熔爐的摻雜氣體的流量計(jì)相對比例，從而能夠更精確地控制區(qū)熔硅單晶的電阻率，可以獲得電阻率范圍在0.1~2000 Ω ?Cm的
區(qū)熔硅單晶。
[0013]采用本發(fā)明的氣摻系統(tǒng)裝置進(jìn)行氣相摻雜生產(chǎn)區(qū)熔硅單晶，生產(chǎn)成本低、周期短，具有很好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的氣摻系統(tǒng)裝置中氣體管道之間的連接關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，本發(fā)明的氣摻系統(tǒng)裝置，包括磷烷氣體管道1、氬氣管道2、入爐氣體管道7、排空管道8，該四路管道分別通過VCO接口 3連接至一橋形管路4上，其中，磷烷氣體管道I和氬氣管道2連接在該橋形管路4的一端，入爐氣體管道7和排空管道8連接在該橋形管路4的另一端；磷烷氣體管道1、氬氣管道2和入爐氣體管道7上分別安裝有質(zhì)量流量計(jì)，排空管道上安裝有壓力控制計(jì)。
[0016]其中，磷燒氣體管道I上的質(zhì)量流量計(jì)5的量程范圍為5~100mL/min,用于控制磷烷氣體的流量，采用氬氣為載氣，磷烷氣體管道內(nèi)磷烷氣體的濃度為70ppm。氬氣管道2上的質(zhì)量流量計(jì)6的量程范圍為250mL/min~5L/min,用于控制気氣氣體的流量。橋形管路4通過VCO接口 3把四個(gè)管道連接起來，用于混合從磷烷氣體管道I和氬氣管道2流入的磷烷和氬氣；混合后的氣體流入入爐氣體管道7和排空管道8，入爐氣體管道7上的質(zhì)量流量計(jì)9的量程范圍為25~500mL/min，用于控制入爐混合氣體的流量。排空管道8將過量的混合氣體排出以保證設(shè)定的入爐氣體的壓力。
[0017]四路管道和橋形管路均采用不銹鋼材料。
[0018]在硅單晶生長過程中，根據(jù)需要計(jì)算出磷烷氣體管道I中的磷烷氣體、氬氣管道2中的氬氣、入爐氣體管道7中的混合入爐氣體所需的流量，壓力控制計(jì)10所需設(shè)定的壓力必須大于區(qū)熔爐內(nèi)氬氣壓力0.5bar以上。將以上流量值、壓力值在區(qū)熔爐控制面板上設(shè)定好。裝料，對中，抽真空，充氬氣，預(yù)熱，熔球，開摻雜氣體，引晶，放肩，等徑，收尾。通過改變注入?yún)^(qū)熔爐的磷烷氣體的劑量，可以獲得電阻率范圍在0.1~2000 Ω.cm的區(qū)熔硅單晶。
【權(quán)利要求】
1.一種獲得寬范圍電阻率區(qū)熔硅單晶的氣摻系統(tǒng)裝置，其特征在于，包括磷烷氣體管道、氬氣管道、入爐氣體管道、排空管道，該四路管道分別通過O型圈面密封接口連接至一橋形管路上，其中，磷烷氣體管道和氬氣管道連接在該橋形管路的一端，入爐氣體管道和排空管道連接在該橋形管路的另一端；磷烷氣體管道、氬氣管道和入爐氣體管道上分別安裝有質(zhì)量流量計(jì)，排空管道上安裝有壓力控制計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣摻系統(tǒng)裝置，其特征在于，所述的橋形管路為不銹鋼材質(zhì)的管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣摻系統(tǒng)裝置，其特征在于，所述的四路管道為不銹鋼材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣摻系統(tǒng)裝置，其特征在于，所述磷烷氣體管道上的質(zhì)量流量計(jì)的量程范圍為5~100mL/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣摻系統(tǒng)裝置，其特征在于，所述氬氣管道上的質(zhì)量流量計(jì)的量程范圍為250mL/min~5L/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣摻系統(tǒng)裝置，其特征在于，所述入爐氣體管道上的質(zhì)量流量計(jì)的量程范圍為25~500mL/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣摻系統(tǒng)裝置，其特征在于，所述壓力控制計(jì)所設(shè)定的壓力高于區(qū)熔爐內(nèi)氬氣壓力的0.5bar以上。
8.一種采用權(quán)利要求1所述的氣摻系統(tǒng)裝置進(jìn)行氣相摻雜的方法，其特征在于，在區(qū)熔法生長單晶硅的熔球階段，由磷烷氣體管道向橋形管路內(nèi)通入磷烷氣體，以氬氣為載氣，磷烷氣體的濃度為70ppm;由氬氣管道向橋形管路內(nèi)通入氬氣，攜帶磷烷氣體的氬氣與另一路氬氣在橋形管路內(nèi)混合后進(jìn)入入爐氣體管道，通過排空管道上的壓力控制計(jì)控制入爐氣體的壓力高于區(qū)熔爐內(nèi)氬氣壓力的0.5bar以上，調(diào)節(jié)磷烷氣體管道、氬氣管道、入爐氣體管道的氣體流量 及相對比例，改變注入?yún)^(qū)熔爐的磷烷氣體的劑量，熔球階段結(jié)束后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾，獲得電阻率范圍在0.1~2000Q.cm的區(qū)熔硅單晶。
【文檔編號】C30B13/12GK103866377SQ201210545918
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月14日
【發(fā)明者】陳海濱, 閆志瑞, 梁開金, 黃龍輝, 李明飛, 劉志偉, 付斌 申請人:有研半導(dǎo)體材料股份有限公司, 國泰半導(dǎo)體材料有限公司