CN102321910B - 一种控制cfz硅单晶挥发物沉积的炉腔辅助装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及控制CFZ硅单晶挥发物沉积的炉腔辅助装置及其方法，装置由固定在区熔硅单晶炉体炉腔中部炉壁上的上隔离罩和下隔离罩组成，形成一个区熔炉腔内的炉中封闭腔体，通过炉腔辅助装置的上隔离罩和下隔离罩构成的封闭腔体缩小了原有炉腔内的掺杂腔体积，改变原有的掺杂气流模型；掺杂过程中，混合气体由上、下部罩体流出封闭腔体，同时带走挥发物，再由出气口排出，从而使得挥发物不会沉积在加热线圈上，本发明装置安装，拆卸及清理简单，容易操作，成本较低，对于气掺CFZ单晶的成晶率由60%提高到70%以上，同时，降低了生产成本，提高了生产效益。
Description
技术领域
本发明涉及CFZ硅单晶的生产技术领域，特别涉及一种控制CFZ硅单晶挥发物沉积的炉腔辅助装置及其方法。
背景技术
众所周知，几乎所有硅单晶都是采用直拉法或者区熔法生产。直拉法生产的硅单晶中的高氧含量（≧1018atm/cm3）所形成的氧的施主效应, 由于其不稳定性和可逆性造成硅单晶在功率器件制造过程中的局限和困难。区熔法生产的硅单晶虽然能够降低氧含量，但是其昂贵的生产成本限制了其在生产器件领域的广泛应用。专利号为CN1267751A的中国专利公开了一种生产硅单晶的直拉区熔法，即CFZ硅单晶。但是其只能采用中子辐照的方法进行掺杂，这样生产成本高，生产周期长，且受到中子辐照资源短缺的制约。
在授权公告号为CN1333114C，名称为《气相掺杂区熔硅单晶的生产方法》的基础上结合CFZ硅单晶生产工艺，经过技术人员多次试验，尤其是在抽空充气，掺杂气体浓度，拉晶工艺参数等关键点的研究，最后成功摸索出了6英寸气相掺杂生长N型、P型CFZ单晶的方法。但是其成晶率较低，仅能达到60%左右。原因在于区熔法生长过程中，进入熔体的氧原子由两部分供给，即原料多晶硅棒中的氧原子和高温（800℃～1350℃）惰性气体中微量氧分子同原料硅多晶反应生成SiO薄膜，（2Si+ O2=2SiO）,高温的硅熔体将进入硅中的SiO几乎挥发殆尽，只有极少部分氧原子最后进入区熔晶体。挥发出来的SiO会有一部分附着在加热线圈上，随着拉晶时间的增长，挥发物沉积会越来越多，附着的挥发物随时会以固态形式进入熔区，造成单晶断苞，影响成晶。因此，在使用区熔气掺法生长CFZ单晶时必须解决挥发物在线圈上的沉积问题。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对用区熔气掺法生长CFZ单晶时出现挥发物在线圈上的沉积的问题，设计一种区熔硅单晶炉炉腔辅助装置，使得在该装置下缩小原有的掺杂腔体积，改善原有的掺杂气流模型，解决生长CFZ单晶时挥发物沉积问题，进而提高单晶成晶率。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种控制CFZ硅单晶挥发物沉积的炉腔辅助装置，其特征在于，装置由固定在区熔硅单晶炉体炉腔中部炉壁上的上隔离罩和下隔离罩组成；
所述上隔离罩由上部圆盘和圆桶形的上部罩体构成；上部圆盘中心孔径与上部罩体外径相同，上部圆盘和上部罩体结合成一体；
所述下隔离罩由下部圆盘和圆桶形的下部罩体构成；下部圆盘中心孔径与下部罩体外径相同，下部圆盘和下部罩体结合成一体；
上隔离罩和下隔离罩镜像对称固定在区熔硅单晶炉的炉腔内；
上部圆盘的外径和区熔硅单晶炉的炉腔内径相同，上部圆盘的外径边沿通过弯脚和固定螺丝与炉腔内壁固定；
下部圆盘的外径和区熔硅单晶炉的炉腔内径相同，下部圆盘的外径边沿通过弯脚和固定螺丝与炉腔内壁固定；
上隔离罩和下隔离罩镜像对称固定在区熔硅单晶炉的炉腔内；上隔离罩的上部罩***置朝上方置放；下隔离罩的下部罩***置朝下方置放；
形成一个区熔炉腔内的炉中封闭腔体。
一种控制CFZ硅单晶挥发物沉积的方法，其特征在于，在区熔硅单晶炉的炉腔内增加一个控制CFZ硅单晶挥发物沉积的炉腔辅助装置，通过炉腔辅助装置的上隔离罩和下隔离罩构成的封闭腔体缩小了原有炉腔内的掺杂腔体积，改变原有的掺杂气流模型；由掺杂气体和惰性气体组成的混合气体从封闭腔体的气体入口平行于上、下圆盘进入封闭腔体内，经过高温熔区进行掺杂；掺杂过程中，混合气体由上、下部罩体流出封闭腔体，同时带走挥发物，再由出气口排出，从而使得挥发物不会沉积在加热线圈上。
本发明的有益效果是：炉腔辅助装置安装，拆卸及清理简单，容易操作，成本较低，对于气掺CFZ单晶的成晶率由60%提高到70%以上，同时，由于掺杂气体所在区域主要集中在封闭腔体里面，减少了混合气体的损耗，降低了生产成本，提高了生产效益。
附图说明
图1是炉腔辅助装置封闭腔体的结构示意图；
图2是上部圆盘和罩体俯视图；
图3是上部圆盘和罩体正视图；
图4是下部圆盘和罩体俯视图；
图5是下部圆盘和罩体正视图。
图中：1、多晶棒料（硅棒）；2、上部罩体；3、固定螺丝；4、炉壁；5、上部圆盘；6、弯脚；7、混合气体入口；8、下部圆盘；9、封闭腔体；10、加热线圈；11、下部罩体；12、CFZ硅单晶。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1至图5所示，装置由固定在区熔硅单晶炉体炉腔中部炉壁上的上隔离罩和下隔离罩组成；所述上隔离罩由上部圆盘5和圆桶形的上部罩体2构成；上部圆盘5中心孔径与上部罩体2外径相同，上部圆盘5和上部罩体2结合成一体；
所述下隔离罩由下部圆盘8和圆桶形的下部罩体11构成；下部圆盘8中心孔径与下部罩体11外径相同，下部圆盘8和下部罩体11结合成一体；
上隔离罩和下隔离罩镜像对称固定在区熔硅单晶炉的炉腔内；
上部圆盘5的外径和区熔硅单晶炉的炉腔内径相同，上部圆盘5的外径边沿通过弯脚6和固定螺丝3与炉腔内壁固定；
下部圆盘8的外径和区熔硅单晶炉的炉腔内径相同，下部圆盘8的外径边沿通过弯脚6和固定螺丝3与炉腔内壁固定；
上隔离罩和下隔离罩镜像对称固定在区熔硅单晶炉的炉腔内；上隔离罩的上部罩体2位置朝上方置放；下隔离罩的下部罩体11位置朝下方置放形成一个区熔炉腔内的炉中封闭腔体9。
上述所有装置都是采用不锈钢材料制成，也可采用其他材料制成。
在单晶拉制过程中，有掺杂气体和惰性气体组成的混合气体由封闭腔体9的气体入口7平行于上下圆盘进入，经过高温熔区进行掺杂，同时带走挥发物，由上下罩体流出封闭腔体9，再由出气口排出。从而使得挥发物不会沉积在加热线圈10上，有效防止其落入熔区，引起单晶断苞。
圆盘和中间炉腔壁连接，连接方式可以有很多种，只要能将圆盘固定于炉腔内，且罩体的开口正对着单晶硅的方向即可。
本发明装置采用不锈钢弯脚，一个脚用螺丝固定于炉体，另外一个用来承接圆盘。下面的装置类似固定，只不过罩***于圆盘下面固定。这样就可以形成一个区熔炉中腔的封闭腔体。
在单晶硅生长过程中，CFZ多晶棒是在区熔炉内罩体沿着罩体向下生长，惰性气体和掺杂气体组成的混合气体是通过封闭的中间炉腔进入炉体，基本分布在整个封闭腔内，然后经上下两个圆柱形罩体流出到上下炉腔，最终经过排气口流出。
由于封闭腔体的存在，混合气体沿着于圆盘平行的方向进入封闭腔体，经过熔区进行气相掺杂，同时将SiO挥发物带走。由于气流是平行于圆盘，即和晶体生长方向是垂直的，平行于线圈，因此混合气体只会在高温区将挥发物吹离线圈，保持线圈的洁净度，防止挥发物沉积，脱落进入熔区引起单晶断苞。混合气体经过熔区之后会沿着罩体于晶体之间的空隙进入上下两个腔体，进而由排气口流出。
采用上述装置以后，拉制CFZ硅单晶成晶率由60%提高到70%左右，提高大约10个点。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (2)
1.一种控制CFZ硅单晶挥发物沉积的炉腔辅助装置，其特征在于，装置由固定在区熔硅单晶炉体炉腔中部炉壁上的上隔离罩和下隔离罩组成；所述上隔离罩由上部圆盘（5）和圆桶形的上部罩体（2）构成；上部圆盘（5）中心孔径与上部罩体（2）外径相同，上部圆盘（5）和上部罩体（2）结合成一体；所述下隔离罩由下部圆盘（8）和圆桶形的下部罩体（11）构成；下部圆盘（8）中心孔径与下部罩体（11）外径相同，下部圆盘（8）和下部罩体（11）结合成一体；上隔离罩和下隔离罩镜像对称固定在区熔硅单晶炉的炉腔内；上部圆盘（5）的外径和区熔硅单晶炉的炉腔内径相同，上部圆盘（5）的外径边沿通过弯脚（6）和固定螺丝（3）与炉腔内壁固定；下部圆盘（8）的外径和区熔硅单晶炉的炉腔内径相同，下部圆盘（8）的外径边沿通过弯脚（6）和固定螺丝（3）与炉腔内壁固定；上隔离罩和下隔离罩镜像对称固定在区熔硅单晶炉的炉腔内；上隔离罩的上部罩体（2）位置朝上方置放；下隔离罩的下部罩体（11）位置朝下方置放形成一个区熔炉腔内的炉中封闭腔体（9）。
2.一种采用权利要求1所述的炉腔辅助装置控制CFZ硅单晶挥发物沉积的方法，其特征在于，在区熔硅单晶炉的炉腔内增加一个控制CFZ硅单晶挥发物沉积的炉腔辅助装置，通过炉腔辅助装置的上隔离罩和下隔离罩构成的封闭腔体缩小了原有炉腔内的掺杂腔体积，改变原有的掺杂气流模型；由掺杂气体和惰性气体组成的混合气体从封闭腔体（9）的气体入口（7）平行于上、下圆盘进入封闭腔体（9）内，经过高温熔区进行掺杂；掺杂过程中，混合气体由上、下部罩体流出封闭腔体（9），同时带走挥发物，再由出气口排出，从而使得挥发物不会沉积在加热线圈（10）上。
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