一种重掺锑硅单晶中锑元素掺杂的方法及掺杂装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114574946A(43)申请公布日2022.06.03(21)申请号202210164190.5(22)申请日2022.02.23(71)申请人中国电子科技集团公司第四十六研究所地址300220天津市河西区洞庭路26号(72)发明人杨静韩焕鹏张伟才莫宇王世援赵堃孙伟乾刘建义曹嘉麟(74)专利代理机构天津中环专利商标代理有限公司12105专利代理师李美英(51)Int.Cl.C30B15/04(2006.01)C30B29/06(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称一种重掺锑硅单晶中锑元素掺杂的方法及掺杂装置(57)摘要本发明提供一种重掺锑硅单晶中锑元素掺杂的方法及掺杂装置。掺杂装置包括石英外罩和内载料漏斗，内载料漏斗材质选用在石墨基体上镀碳化硅涂层，内载料漏斗设置在石英外罩内部。漏斗的斗盖为配重盖，斗体下部是细长圆柱。使用时，掺杂装置通过石英外罩罩系上的连接孔放置到单晶炉内，载料漏斗下部细长圆柱部分浸入硅熔体中，随着漏斗内锑元素不断向硅熔体中掺入，漏斗内锑元素量减少，漏斗的配重盖沿着导轨下滑直到所有锑单质全部进入熔硅。由于整个掺杂过程斗体的细长圆柱部分始终处于硅熔体中，避免了锑蒸汽被炉内的氩气流吹走而造成损失。锑元素的掺入效率增加至90%，避免了重掺锑硅单晶因为掺入失败造成的成品率大幅下降。CN114574946ACN114574946A权利要求书1/2页1.一种重掺锑硅单晶中锑元素掺杂的方法，包括称料、熔化、掺杂前隔离、掺杂、掺杂后隔离，称料、熔化、掺杂前隔离完成后，其特征在于：掺杂工艺参数设计完成后，使用掺杂装置（1）完成锑元素的重掺，包括如下步骤：第一步：按照掺杂比例称取锑单质（7）装入内载料漏斗（1‑2）中，调整石英玻璃塞（1‑2‑4‑1）的方向，将斗盖（1‑2‑4）圆周上的四个配重盖凹槽（1‑2‑4‑4）对准斗体上部的内壁的四个配重盖导轨（1‑2‑1‑1），将配重盖斗盖（1‑2‑4）盖在斗体上部（1‑2‑1）上，此时内载料漏斗斗盖上的配重盖凹槽1‑2‑4‑4沿着斗体上部的配重盖导轨1‑2‑1‑1下降，斗盖下部1‑2‑4‑3的锥形面压在锑单质7上，将内载料漏斗（1‑2）挂在挂钩（1‑4）上；第二步：从单晶炉内取下籽晶夹头（6），将钼弯钩（8）穿插在籽晶夹头（6）上，掺杂装置（1）的连接孔（1‑3）挂在钼弯钩（8）上；第三步：上升掺杂装置（1）至单晶炉副炉室（3‑2）内，关闭单晶炉副炉室（3‑2）炉门，进行Ar气置换操作，Ar气置换结束后，隔离阀（5）打开；第四步：设定掺杂工艺参数，即加热器功率、炉内氩气流量、炉压和液口距；第五步：待熔硅（10）液面保持稳定后，下降掺杂装置（1）进入单晶炉主炉室（3‑1），使掺杂装置（1）下端距熔硅（10）液面35cm，此时内载料漏斗的斗体下部（1‑2‑3）细长圆柱部分~深入熔硅（10）中；第六步：随着锑单质（7）通过斗体下部（1‑2‑3）的细长圆柱向熔硅（10）中的不断流入，内载料漏斗（1‑2）内的锑单质（7）量减少，内载料漏斗（1‑2）斗盖（1‑2‑4）的配重盖凹槽（1‑2‑4‑4）沿着配重盖导轨（1‑2‑1‑1）不断下降向下压锑单质（7），加速锑单质（7）的掺杂；第七步：直到所有锑单质（7）全部进入熔硅（10）后，将掺杂装置（1）提升至单晶炉副炉室（3‑2），关闭隔离阀（5），进行掺杂后隔离；第八步：掺杂后隔离完成后，打开单晶炉副炉室（3‑2）炉门，取下掺杂装置（1），完成重掺锑硅单晶中锑元素掺杂过程，升高单晶炉功率至引晶功率，坩埚转速升为6~8rpm，以增加锑元素掺杂的均匀性。2.如权利要求1所述的一种重掺锑硅单晶中锑元素掺杂的方法，其特征在于：掺杂时加热器功率在引晶时功率的基础上下降30~35%，在该状态下保持20~30min，氩气流量设置为60~80slm，炉压保持在80~100Torr，坩埚转速为2rpm，液口距为100~150mm。3.一种用于权利要求1所述的一种重掺锑硅单晶中锑元素掺杂的方法的掺杂装置，其特征在于：包括石英外罩（1‑1）和内载料漏斗（1‑2），所述内载料漏斗（1‑2）设置在所述石英外罩（1‑1）的内部。4.如权利要求3所述的一种掺杂装置，其特征在于：所述石英外罩（1‑1）为空心圆柱形，顶部密封，在石英外罩（1‑1）的顶部上方设置罩系（1‑5），在所述罩系（1‑5）的中间设置连接孔（1‑3）；在石英外罩（1‑1）的顶部内壁中间设置挂钩（1‑4）；在所述内载料漏斗（1‑2）的上部设置斗系（1‑6），所述斗系（1‑6）挂在挂钩（1‑4）上。5.如权利要求3所述的一种掺杂装置，其特征在于：所述内载料漏斗（1‑2）的斗体上部（1‑2‑1）是圆柱形、斗体中部（1‑2‑2）