一种改善区熔硅单晶径向电阻率分布的掺杂装置的制作方法

本发明创造属于区熔硅单晶生产技术领域，尤其是涉及一种改善区熔硅单晶径向电阻率分布的掺杂装置。

背景技术：

硅单晶是一种重要的半导体材料，一般用于制造集成电路和其他电子元件，采用区熔法生长的硅单晶具有纯度高、缺陷少等优点，因此被应用于中高端电力电子器件中。区熔硅单晶在制备过程中，掺入一定量的电活性杂质可将高纯度多晶硅原料制成具有一定电学性质的掺杂硅单晶，气相掺杂是区熔硅单晶掺杂的重要手段之一，在国外市场，除高压、大电流的电力、电子器件使用单晶外，包括整流模块器件的分离器件均使用气相掺杂单晶，但目前，气相掺杂单晶在掺杂均匀性和一致性方面仍旧存在问题，导致区熔硅单晶径向电阻率分布不均匀。

现有技术中已知的常规掺杂管道采用区熔主氩气和气掺掺杂气从不同的管道中进入炉腔，由于主氩气流量明显大于掺杂气流量，掺杂气通过弥漫的方式充满炉腔，这就导致炉体内掺杂浓度存在波动性，而主氩气由炉体一侧氩气孔吹入，会引起炉体内的强迫对流，进一步引起炉体内掺杂浓度的较大波动，造成熔体表面掺杂气体浓度不均匀，进而影响掺杂气体融入熔体的均匀性，最终导致区熔硅单晶径向电阻率分布不均匀。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种能够有效改善掺杂气体浓度均匀性和稳定性，进而改善区熔硅单晶径向电阻率分布的掺杂装置，以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种改善区熔硅单晶径向电阻率分布的掺杂装置，其特征在于：包括主环形管及嵌套在所述主环形管管腔内的掺杂气环形管；所述主形管及所述掺杂气环形管分别设有相互独立的进气口；所述主环形管上沿周向开设有若干个主出气孔，所述掺杂气环形管上沿周向开设有若干个掺杂气出气孔，所述主出气孔与所述掺杂气出气孔交错排布。

进一步的，所述主环形管和所述掺杂气环形管均为开环结构，开口处的一端开放作为进气口，另一端封闭。

进一步的，所述主出气孔在所述主环形管上端面等间距均匀分布。

进一步的，所述主出气孔在所述主环形管内圆面等间距均匀分布。

进一步的，所述掺杂气出气孔在所述掺杂气环形管上端面、内圆面、下端面或外圆面等间距均匀分布。

进一步的，所述主出气孔的孔径大于所述掺杂气出气孔的孔径。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种改善区熔硅单晶径向电阻率分布的掺杂装置具有以下优势：

(1)本发明创造中掺杂气环形管嵌套在主环形管的管腔内，掺杂气经掺杂气出气孔流出与主环形管内进入的惰性气体进行预混合，掺杂气出气孔与主出气孔错开排布，确保主氩气与掺杂气混合的更加均匀；混合后的气体经若干个主出气孔流出，由于有多个主出气孔，使得气流更加平稳，降低了炉腔内气氛的搅动；掺杂气出气孔和主出气孔的错开排布及若干个掺杂气出气孔和主出气孔的设计，使炉腔内的掺杂气体浓度更加均匀，避免了主氩气引起的强迫对流，炉膛氛围更加稳定，使熔体表面掺杂气体浓度更加均匀，改善了掺杂气体溶入熔体的均匀性，进而改善了气相掺杂区熔硅单晶的电阻均匀性。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造所述掺杂装置的内部结构示意图；

图2为本发明创造所述掺杂装置的结构示意图；

图3为本发明创造所述掺杂装置在炉腔内的位置示意图。

附图标记说明：

1-主环形管；2-掺杂气环形管；3-进气口；4-主出气孔；5-掺杂气出气孔；6-熔体区域；7-加热线圈。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1和2所示，一种改善区熔硅单晶径向电阻率分布的掺杂装置，包括主环形管1及嵌套在主环形管1管腔内的掺杂气环形管2，主环形管1和掺杂气环形管2为开环结构(也可以为闭环结构)；主环形管1及掺杂气环形管2设有相互独立的进气口3，分别用于惰性气体和掺杂气体的进入，进气口设于开口处的一端，开口处的另一端封闭；主环形管1上端面沿周向开设有若干个等间距均匀分布的主出气孔4，掺杂气环形管2上端面上沿周向开设有若干个等间距均匀分布的掺杂气出气孔5，主出气孔4与掺杂气出气孔5错开排布，保证掺杂气经掺杂气出气孔5流出后能够在主环形管1的管腔内与惰性气体预混合，主出气孔4的孔径大于掺杂气出气孔5的孔径，利于混合气均匀稳定的流出，主出气孔4和掺杂气出气孔5的个数可根据不同工艺情况而定；

如图3，掺杂装置套设于熔体区域6的外侧，加热线圈7的下方，掺杂气经多个均匀分布的掺杂气出气孔5流出与惰性气体在主环形管1内预混合，再经多个均匀分布的主出气孔4流出，直接作用于熔体区域6，对单晶进行掺杂，掺杂气浓度更加均匀，流动更加平稳，进而改善掺杂气溶入熔体的均匀性，确保区熔硅单晶的电阻率分布更加均匀。

利用上述掺杂装置，对5英寸N型<111>，电阻率50-60Ωcm的FZ单晶进行数值仿真计算分析，结果径向电阻率波动可减小3％及以上，同时轴向电阻率波动可控制在5％以内。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。