[发明专利]一种控制CFZ硅单晶挥发物沉积的炉腔辅助装置及其方法

说明书

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；上隔离罩的上部罩体位置朝上方置放；下隔离罩的下部罩体位置朝下方置放；

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