固相掺杂方法、装置、重掺砷硅单晶生产系统及生产方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113584574A(43)申请公布日2021.11.02(21)申请号202110881172.4(22)申请日2021.08.02(71)申请人宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司地址750000宁夏回族自治区银川市经济技术开发区光明西路28号(72)发明人周文辉王忠保石鑫(74)专利代理机构宁夏三源鑫知识产权代理事务所(普通合伙)64105代理人孙彦虎(51)Int.Cl.C30B15/04(2006.01)C30B29/06(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图4页(54)发明名称固相掺杂方法、装置、重掺砷硅单晶生产系统及生产方法(57)摘要本发明提供一种固相掺杂方法、装置、重掺砷硅单晶生产系统及生产方法，属于重掺杂硅单晶技术领域。该固相掺杂方法将未经气化的固体掺杂剂或含固体掺杂剂的掺杂料投入化料后的硅熔液中。该固相掺杂装置包括石英杯及石英浮杆，石英杯的上端开口，且设置有用于挂接于单晶炉上的挂钩，石英杯的下端设置有锥形的导料部，导料部的下端连接有下料管。石英浮杆沿下料管的轴向穿过下料管，石英浮杆的上端设置有浮阀，浮阀能够盖合于下料管的上端，石英浮杆的下端设置有浮子。实践表明，采用本发明提供的固相掺杂方法能够提升低电阻率产品的比率，降低晶变的概率，砷掺杂剂的用量相比气相掺杂过程降低约28.4%。固相掺杂装置结构简单，操作方便。CN113584574ACN113584574A权利要求书1/1页1.一种固相掺杂方法，其特征在于，将未经气化的固体掺杂剂或含固体掺杂剂的掺杂料投入化料后的硅熔液中。2.如权利要求1所述的固相掺杂方法，其特征在于，所述固体掺杂剂为含砷的掺杂剂。3.一种固相掺杂装置，其特征在于，包括：石英杯，所述石英杯的上端开口，且设置有用于挂接于单晶炉上的挂钩；所述石英杯的下端设置有锥形的导料部，所述导料部的下端连接有下料管；以及石英浮杆，所述石英浮杆沿所述下料管的轴向穿过所述下料管，所述石英浮杆的上端设置有浮阀，所述浮阀能够盖合于所述下料管的上端；所述石英浮杆的下端设置有浮子。4.如权利要求3所述的固相掺杂装置，其特征在于，所述浮子的底面为平面。5.如权利要求4所述的固相掺杂装置，其特征在于，所述浮子呈锥台型。6.如权利要求3所述的固相掺杂装置，其特征在于，所述浮阀的上端形成锥形的排料部。7.如权利要求6所述的固相掺杂装置，其特征在于，所述浮阀的下端形成倒椎台形的盖合部。8.一种重掺砷硅单晶生产系统，包括设置在单晶炉上的籽晶夹头及设置在单晶炉内的坩埚，其特征在于，还包括如权利要求3‑7中任意一项所述的固相掺杂装置；其中，所述挂钩能够挂接在所述籽晶夹头上，所述浮子的下端能够伸入所述坩埚的内部。9.一种重掺砷硅单晶生产方法，其特征在于，包括以下步骤：化料；高温处理：升温使液面温度≥1520℃，并在低炉压、低坩埚转速状态下，维持预定时间；硅熔液一次安定：硅熔液安定1h‑2h，坩埚位置上升至引晶埚位，炉压设置为引晶炉压；一次籽晶试温；砷掺杂：采用如权利要求1或2所述的固相掺杂方法进行砷掺杂；硅熔液二次安定：硅熔液安定1h‑2h二次籽晶试温，确保液面温度达到引晶温度；引晶、放肩、等径、收尾，获得重掺砷硅单晶。10.如权利要求9所述的重掺砷硅单晶生产方法，其特征在于，步骤“高温处理”中，升温使液面温度≥1520℃，并在炉压为1kPa‑3kPa、坩埚转速为1rp/min‑2rp/min状态下，维持0.5‑2h。2CN113584574A说明书1/8页固相掺杂方法、装置、重掺砷硅单晶生产系统及生产方法技术领域[0001]本发明属于重掺杂硅单晶技术领域，具体涉及一种固相掺杂方法、装置、重掺砷硅单晶生产系统及生产方法。背景技术[0002]目前半导体功率器件随着光伏发电以及新能源电动汽车领域的行业崛起需求日益旺盛，导致IGBT等功率器件对N型晶圆的电阻率特性要求越来越高。目前N型重掺砷的电阻率规格需求普遍在0.003Ω.cm以下，极个别需求已经在0.002Ω.cm以下。但是目前大尺寸(8寸以上)掺砷硅单晶电阻率普遍在0.0035‑0.0045Ω.cm，无法满足低电阻率的需求。[0003]目前大尺寸重掺砷硅单晶，均采用气相掺杂的方式进行掺杂，将掺杂剂放置于掺杂容器中，通过高温使掺杂剂气化后，由氩气带入硅液面进行掺杂，掺杂效率低，为达到低电阻率目标，一般方法是增加掺杂时砷杂质的总量，但此方法导致单晶炉内残存大量未进入硅熔液的砷杂质，导致晶体生长过程中频繁晶变，无法形成单晶。同时砷也是一种对环境和人体健康有害分物质，大量的使用会导致严重的环境污染。发明内容[0004]有鉴于此，本发明提供一种固相掺杂方法，以解决现有技术中存在的掺杂效率较低，易造成晶变的技术问题。