用于生產摻雜有n型摻雜劑的硅單晶的方法和設備技術

本發明專利技術提供一種用于生產摻雜有n型摻雜劑的硅單晶的方法和設備，該硅單晶具有圓柱形部分，在該圓柱形部分中電阻率不大于2毫歐姆厘米，該方法包括通過CZ法從包含在坩堝中的熔體提拉單晶。該方法還包括在提拉單晶的圓柱形部分的過程中，向熔體的表面提供氣流，該氣流包括氣態摻雜劑，其中將管道系統中的氣流引導到提拉腔室內，并穿過圍繞生長的單晶的隔熱罩，或沿著隔熱罩的外表面，到達隔熱罩的下端處的環形通道，并從那里通過噴嘴至熔體的表面。

【技術實現步驟摘要】
用于生產摻雜有n型摻雜劑的硅單晶的方法和設備
本專利技術的主題是一種生產摻雜有n型摻雜劑的硅單晶的方法，該單晶具有圓柱形部分，在該圓柱形部分中電阻率不大于2毫歐姆厘米(mohmcm)，其中該單晶通過CZ法被從包含在坩堝中的熔體拉制。本專利技術的另一主題是用于實現該方法的設備。
技術介紹
含有較高濃度的n型摻雜劑的硅單晶的生產特別有挑戰性。摻雜劑是易揮發的，并且會形成沉積物，這可以觸發位錯。已證明有利的是，第一次或另外在拉制生長的單晶的圓柱形部分的階段期間向熔體供應摻雜劑。US2010/0294999A1描述了這種方法，該方法設想將包含元素摻雜劑的氣流通過管吹到熔體表面。為此，將固體摻雜劑在拉制腔室中升華，并在與載氣混合后將其吹到熔體的表面。在JP2013-129551A中解釋的方法中采用了可比較的程序。CN1600905A和DE112017004790T5建議提供多個開口，氣態摻雜劑通過這些開口被吹到熔體的表面。這些建議的缺點是，它們需要對緊鄰生長的單晶(熱區)的區域進行修改，以在那里提供使摻雜劑升華的空間，并且盡管提供了吹入摻雜劑的多個開口，但是摻雜劑的分布仍不均勻。
技術實現思路
本專利技術的目的是使對熱區的修改最小化并確保摻雜劑在熔體中的更均勻的分布。更具體地，目的是避免摻雜劑濃度的局部尖峰，如果存在該尖峰，則將增加在生長的單晶中觸發位錯的風險。該目的是借助于一種用于生產摻雜有n型摻雜劑的硅單晶的方法來實現的，該硅單晶具有圓柱形部分，在該圓柱形部分中電阻率不大于2毫歐姆厘米，該方法包括通過CZ法從包含在坩堝中的熔體提拉該單晶；在提拉單晶的圓柱形部分的過程中，向熔體的表面提供氣流，其中氣流包括摻雜劑；將管道系統中的氣流引導到提拉腔室內，并穿過圍繞生長的單晶的隔熱罩，或沿著隔熱罩的外表面，到達隔熱罩的下端處的環形通道，并從那里通過噴嘴至熔體的表面。單晶的圓柱形部分部分地或優選地完全地具有不大于2毫歐姆厘米的電阻率。在摻雜劑是磷的情況下，單晶的圓柱形部分中的電阻率優選地不大于1.2毫歐姆厘米，更優選地不大于1毫歐姆厘米。特別地，通過將固體摻雜物升華成氣態的位置布置于提拉腔室外部避免了對熱區的特別修改。此外，氣態摻雜劑的路徑在管道系統中穿過隔熱罩或沿著隔熱罩的外表面直至隔熱罩的下端處的環形通道，并從那里通過噴嘴到達熔體的表面。隔熱罩的外表面表示隔熱罩的側部區域，該側部區域首先被圍繞坩堝(坩堝加熱器)布置的加熱設施的熱輻射所觸碰。摻雜劑在提拉腔室外部升華，并與載氣一起通過管道系統沖洗到環形通道內，從那里通過噴嘴將其引導到熔體的表面。設置至少兩個并且優選地4至100個噴嘴。出現由載氣和摻雜劑氣體組成的氣流的噴嘴的末端與熔體的表面的距離優選地不大于20mm。借助于噴嘴的布置，將氣流以預定的方式引導到熔體的表面上。可以以這樣的方式布置噴嘴，即，在垂直于熔體的表面或具有朝向穿過生長的單晶的中心的軸線的方向分量而朝向熔體的表面、或具有遠離穿過生長的單晶的中心的軸線的方向分量而朝向熔體的表面的方向上來引導氣流。優選地以這樣的方式布置噴嘴，即，使相鄰噴嘴的氣流沿各自不同的方向被引導，例如，沿上面指明三個方向中的兩個或三個方向被交替引導，即例如，在垂直于熔體的表面的方向上或在朝向穿過生長的單晶的中心的軸線的方向上交替，或者在朝向穿過生長的單晶的中心的軸線的方向上和在遠離穿過生長的單晶的中心的軸線的方向上交替。特別優選的是，在安裝隔熱罩之前將噴嘴可旋轉地配置并且將它們的離開開口定向，從而在提拉圓柱形部分期間噴嘴占據期望的布置。在提拉單晶的圓柱形部分期間，將氣流引導到熔體的表面可以永久地或間歇地進行。如果在提拉單晶的圓柱形部分開始時熔體包含比較少或沒有摻雜劑，則此時將氣流引導至熔體的表面。氣流的體積率可以被保持恒定或變化。例如，可以利用增加單晶的結晶度來降低氣流的體積率，以便補償通過分離引起的摻雜劑在熔體中的積累。摻雜劑優選地由磷、砷和銻中的一種或多種元素組成，它們在用于將摻雜劑升華成氣體狀態的設施(升華設施)中被混合。然而，也可以使用已經為氣體形式的這些元素中的一種或多種化學化合物的摻雜劑，實例為這些元素與氫的化合物。在那種情況下，僅使用升華設施以便混合摻雜氣體和載氣。此外，本專利技術的主題是一種用于生產摻雜有n型摻雜劑的硅單晶的設備，該硅單晶具有圓柱形部分，在該圓柱形部分中電阻率不大于2毫歐姆厘米，包括提拉腔室，用于通過CZ法提拉單晶；坩堝，用于容納硅的熔體；隔熱罩，用于屏蔽生長的單晶；用于將固體摻雜劑轉化為氣態摻雜劑的升華設施，以及用于將包括氣態摻雜劑的氣流供應到熔體的表面的管道系統，其中，升華設施被布置在提拉腔室外部；其中，管道系統穿過隔熱罩或沿著隔熱罩的外表面，并敞開到隔熱罩的下端處的環形通道中；和其中，環形通道具有用于將氣流引導至熔體的表面的噴嘴。環形通道和噴嘴優選地由特別耐腐蝕的材料例如鉬構成，至少管道系統的與熔體的表面的距離不大于200mm的那部分也是如此。升華設施被布置在提拉腔室的外部，升華設施包括用于摻雜劑的容器和圍繞其的容器加熱器。容器加熱器可具有多個可單獨控制的加熱區，因此改善了對摻雜劑升華的量的控制。還存在稱重傳感器，該稱重傳感器探測在提拉單晶期間容器內容物的重量上的變化。根據該信息，可以確定摻雜劑消耗并以針對性的方式控制向熔體的摻雜劑的進一步供應。代替稱重傳感器或除稱重傳感器之外，還可以提供具有圖像處理的照相機用于確定摻雜劑消耗，或者出于相同的目的，為管道系統的位于提拉腔室外部的那部分提供流量計。在進入側，升華設施被連接到流量調節器，該流量調節器用于在升華設施中混合載氣和摻雜劑氣體，并將混合物引導到提拉腔室內。在離開側，管道系統的一部分將升華設施接合到提拉腔室的外壁上的凸緣上。從那里，管道系統進一步通到隔熱罩的下端處的環形通道，該環形通道圍繞生長的單晶。隔熱罩相對于熔體的表面被安裝在固定的位置。應該采取措施防止升華的摻雜劑在管道系統內以固體形式沉淀。因此，優選的是，管道系統的設置在升華設施與提拉腔室之間的那部分，包括提拉腔室的外壁的凸緣的區域，是絕熱的或者局部地或完全地設有管道加熱器并借助于該加熱器從外部加熱。流量調節器、稱重傳感器和容器加熱器優選地被連接至用于提拉單晶的設備的控制器。控制器處理來自這些部件的數據，并控制容器加熱器的加熱功率和通過流量調節器的載氣的輸送，以便確保向熔體的預先確定的或在控制電路中計算出的摻雜劑供應。根據本專利技術的第一實施例，管道系統進一步穿過隔熱罩直到環形通道。根據本專利技術的第二實施例，管道系統進一步沿著隔熱罩的外表面直到環形通道。指向熔體的表面的噴嘴均勻地分布在環形通道的下側。噴嘴的數量優選地為4至100個噴嘴。噴嘴被以預定方式設置。在一種可能的布置中，所有的噴嘴被垂直于熔體的表面對準，從而氣流實際上以直角撞擊熔體的表面。在另一種布置中，噴嘴具有朝向單晶徑向地傾斜的對準，換句話本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種用于生產摻雜有n型摻雜劑的硅單晶的方法，該硅單晶具有圓柱形部分，在該圓柱形部分中電阻率不大于2毫歐姆厘米，該方法包括/n通過CZ法從包含在坩堝中的熔體提拉單晶；在提拉單晶的圓柱形部分的過程中，向熔體的表面提供氣流，其中氣流包括氣態摻雜劑；將管道系統中的氣流引導到提拉腔室內，并穿過圍繞生長的單晶的隔熱罩，或沿著隔熱罩的外表面，到達隔熱罩的下端處的環形通道，并從那里通過噴嘴至熔體的表面。/n

【技術特征摘要】
20191213 EP 19216068.71.一種用于生產摻雜有n型摻雜劑的硅單晶的方法，該硅單晶具有圓柱形部分，在該圓柱形部分中電阻率不大于2毫歐姆厘米，該方法包括
通過CZ法從包含在坩堝中的熔體提拉單晶；在提拉單晶的圓柱形部分的過程中，向熔體的表面提供氣流，其中氣流包括氣態摻雜劑；將管道系統中的氣流引導到提拉腔室內，并穿過圍繞生長的單晶的隔熱罩，或沿著隔熱罩的外表面，到達隔熱罩的下端處的環形通道，并從那里通過噴嘴至熔體的表面。


2.根據權利要求1所述的方法，包括
將摻雜劑以化學化合物的形式或以摻雜劑的元素的分子或原子形式引導到熔體的表面，其中該摻雜劑包括元素P、As和Sb中的一種或多種。


3.根據權利要求1或2所述的方法，包括
摻雜劑通過至少兩個噴嘴到達熔體的表面。


4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，包括
在垂直于熔體的表面的方向上、或在遠離穿過單晶的中心的軸線的方向上而朝向熔體的表面、或在朝向穿過單晶的中心的軸線的方向上而朝向熔體的表面來通過噴嘴引導氣流。


5.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，包括
通過分別沿不同方向的相鄰噴嘴將氣流引導到熔體的表面。


6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，包括
在提拉腔室外部的區域中從外部局部地或完全地加熱管道系統。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：W·施陶達赫爾，G·拉明，
申請(專利權)人：硅電子股份公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE