专利名称：设有掺杂器的直拉硅单晶炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半导体硅单晶制备时的掺杂技术领域，涉及一种设有掺 杂器的直拉硅单晶炉，特别涉及一种高温下易挥发的纯元素作为掺杂剂的掺 杂器。
背景技术：
随着科学技术的不断进步，人类对半导体材料，特别是硅的研究的应用 越来越大。硅是一种非常重要的半导体材料，可用于制作集成电路、二极管、 三极管、发光器件、压敏元件、太阳能电池等元器件，广泛应用于无线电工 程、自动化领域、信号设备、动力工程等领域。但用硅来制造这些元器件， 首先对硅的电学参数有一定的要求，即在使用高纯多晶硅制备硅单晶时须根 据，所制备的器件进行掺入一定量的某种元素。由于硅的广泛应用和市场需 求量的不断扩大，对硅的制备的研究越来越多。
由于硅在常态下其性能极其稳定，所以掺入元素必须在制备硅单晶时或 在制备之前就进行。因制备硅单晶须在硅熔融状态下进行，而硅的熔化温度
在1420°C，而目前作为掺杂剂的元素的挥发温度一般都很低，还没等硅熔化 就基本已挥发掉，使掺杂无法控制和不能达到目的。
硅单晶在制备时的掺杂量的正确与否及掺杂过程中控制涉及到硅单晶的 质量及由其制备的元器件的质量及使用寿命等。目前的许多纯元素的掺杂方 法，往往与要求存在一定差别，造成单晶棒的整个产品或部分产品报废。
目前主要使用的掺杂方法有共熔法、伞形法，但是都存在着缺点
共熔法适用于在高温下不易挥发且惨杂浓度较低，电阻率在O.l欧姆厘米 以上时使用。如掺杂浓度较大，易造成对炉膛内石墨系统及炉膛内壁的沾污。
伞形法只适用于易烧结的金属元素掺杂剂，如锑等元素惨杂时应用，但 是对挥发温度较低的掺杂剂，如磷就不能使用。在用磷作为掺杂剂时，由于 磷的挥发温度低于100摄氏度，如采用伞形法，首先不能烧结；其次假如能200820154630.4
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烧结成功，在硅料熔化时，还没等硅料全部熔化就已经全部挥发掉了，达不 到正确掺杂的目的。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，既能非常方 便地掺杂，又能使要掺入的元素全部掺入到熔硅中，以达到掺杂的目的和正 确性，以解决现有直拉单晶炉技术所存在的诸多不足之处。
本实用新型所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现-
一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，包括直拉单晶炉本体，直拉单晶炉本 体包括坩埚、炉膛、石墨热场、保温盖、掺杂器及炉膛侧壁可设置的安装孔， 其特征在于所述炉膛侧壁设置烟斗式的掺杂器，所述掺杂器包括用于盛 装摻杂元素的圆柱型的料斗；所述料斗与棒连接，所述棒穿过炉膛侧壁，所 述棒伸出炉膛侧壁的末端连接手柄。
所述棒与料斗的侧面或底部采用焊接方式连接.
所述棒设置为圆柱型；所述棒伸出炉膛侧壁的末端设置固定孔。
所述手柄设置T型；所述手柄设置与棒的直径相匹配的通道，所述手柄 设置与所述通道垂直的固定孔。
所述手柄与棒通过穿过固定孔的圆柱型的定位销连接。
所述掺杂器设置在炉膛侧壁保温盖上部3 — 10cm处。
所述棒外套硅氟橡胶圈，所述硅氟橡胶圈靠近炉膛侧壁外侧。
所述料斗的直径设置为2—6cm。
所述棒的长度设置为炉膛半径加10—20cm。
本实用新型所采用的装置和技术方案如下 一个烟斗式的不锈钢无盖的 圆筒。用一根不锈钢棒与圆柱型的料斗的侧面或底部焊接在一起，其焊接处 要求光滑、平整、无凸点。在不锈钢棒的另一端安装一个可方便装拆的不锈 钢操作柄。料斗的体积根据直拉单晶炉的投料量大小的不同而定， 一般投料 量《30kg的，料斗直径为3cm，高度为3cm即可。投料量在30kg—70kg，料 斗的直径为5cm,高度为5cm即可。料斗过大，在炉膛内高温化料时所受的 热量就相对多些，易产生挥发，造成掺杂量的增加，同时使炉膛内部及炉膛内热场受沾污，不利于成晶，引起掺正率下降。
采用本实用新型，只要根据产品的目标电阻率和投料量计算好掺杂量， 称好后加入料斗就可。
本实用新型公开了一种简易、正确的直拉法生长硅单晶的掺杂器，尤其
适用于在高温下易挥发的纯元素。因为直拉单晶炉在整个硅单晶加工过程中
是通冷却水的，料斗为圆柱型，在加热化料时料斗的外壁与炉膛内壁易于紧
贴，所以在高温化料时料斗的温度不易上升，圆柱型的料斗还方便加工，易
于清洗。所述棒穿过直拉硅单晶炉本体的部分外套硅氟橡胶圈起到密封以防 硅单晶炉炉膛泄露的作用。
有益效果采用本实用新型的掺杂器，提高了对硅单晶电阻率的掺正率、 减少了纯元素的使用量及对炉膛、炉膛内石墨热场的沾污。同时使用本装置 大大提高了单晶的成晶率。操作简单、方便，符合节约型社会的要求。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本实用新型。
图1为本实用新型的使用状态剖视图。 图2为本实用新型的局部结构示意图。 图3为本实用新型的局部结构示意图。 图4为本实用新型的局部结构示意图。
图面说明l料斗，2棒，3手柄，4固定孔，5定位销，6炉膛侧壁，7 保温盖，8安装孔，9硅氟橡胶圈。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明 白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，包括直拉单晶炉本体，直拉单晶炉本 体包括坩埚、炉膛、石墨热场、保温盖7、掺杂器、炉膛侧壁6设置安装掺杂 器的安装孔8。
如图1所示，所述炉膛侧壁6设置烟斗式的掺杂器，所述掺杂器包括用于盛装掺杂元素的圆柱型的料斗h所述料斗1与棒2连接，所述棒2穿过 炉膛侧壁6，所述棒2伸出炉膛侧壁6的末端连接手柄3。
所述手柄3与棒2通过穿过固定孔4的圆柱型的定位销5 (见图4)连接。 实施例1
一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，所述坩埚采用石英坩埚。所述掺杂器 采用不锈钢材料制成。
料斗1在炉膛内设置成圆柱型；掺杂元素的投料量《30kg，料斗1直径 设置为3,2cm，高度为3cm。料斗1过大，在炉膛内高温化料时所受的热量就 相对多些，易产生挥发，造成掺杂量的增加，同时使炉膛内部及炉膛内石墨 热场受沾污，不利于成硅单晶，引起掺正率下降。
用一根不锈钢的棒2与圆柱型的料斗1的侧面焊接在一起，其焊接处要 求光滑、平整、无凸点。
将0型的硅氟橡胶圈9套在直径为8mm圆柱型的不锈钢的棒2，棒2伸 出炉膛侧壁6的末端设置固定孔，棒2外套硅氟橡胶圈9，所述硅氟橡胶圈9 靠近炉膛侧壁外侧，硅氟橡胶圈9外套螺母，硅氟橡胶圈9和外套螺母对棒2 起到定位和密封作用，防止硅单晶炉炉膛泄漏，棒2的长度根据直拉单晶炉 的型号即炉膛的直径大小而定；棒2的长度为炉膛半径长度加10cm。
炉膛正面左侧的炉膛侧壁6设置安装孔8 (见图1)，该安装孔8位于炉 膛内石墨热场中的保温盖7上部5cm处；棒2穿过安装孔8，棒2设置固定 孔4的末端插入手柄3的通道(参见图3)，手柄3的通道与棒2的直径相匹， 所述手柄3设置与通道垂直的固定孔4;然后定位销5穿过棒2和手柄3的固 定孔4，将棒2和手柄3连接起来。
掺杂操作根据产品的目标电阻率和投料量计算好掺杂量，称好置于料 斗1内，将料斗1 口向上，把料斗1紧贴炉膛内壁，在整个抽空、充氩、化 料过程中一直保持此位置。待直拉单晶炉膛内的石英坩埚内硅料全部熔化后， 把料斗1通过手柄3推至炉膛内石英坩埚上方中间部位，在目视下，缓慢向 炉膛的视孔方向旋转手柄3，把料斗1内的掺杂元素全部倒入石英坩埚内的熔 体中。旋转手柄使料斗1 口向上，把料斗1拉回至炉膛内壁。从而达到掺杂 的目的，即既可达到掺杂量正确又可减少纯元素因高温下的挥发量及对炉膛内壁的挥发物沾污；使得硅单晶生长更加顺利和方便。 实施例2
一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，所述坩埚采用石英坩埚。所述掺杂器 采用不锈钢材料制成。
料斗1在炉膛内设置成圆柱型；掺杂元素的投料量30kg—70kg,料斗1 直径设置为5cm，高度为5cm。料斗1过大，在炉膛内高温化料时所受的热 量就相对多些，易产生挥发，造成掺杂量的增加，同时使炉膛内部及炉膛内 石墨热场受沾污，不利于成硅单晶，引起掺正率下降。
用一根不锈钢的棒2与圆柱型的料斗1的底部焊接在一起，其焊接处要 求光滑、平整、无凸点。
将O型的硅氟橡胶圈9套在直径为8mm圆柱型的不锈钢的棒2，棒2伸 出炉膛侧壁6的末端设置固定孔，棒2外套硅氟胶圈，所述硅氟橡胶圈靠近 炉膛侧壁外侧，硅氟橡胶圈9外套螺母，硅氟橡胶圈9和外套螺母对棒2起 到定位和密封作用，防止硅单晶炉炉膛泄漏，棒2的长度根据直拉单晶炉的 型号即炉膛的直径大小而定；棒2的长度为炉膛半径长度加15cm。
炉膛正面左侧的炉膛侧壁6设置安装孔8 (见图1)，该安装孔8位于炉 膛内石墨热场中的保温盖上部10cm处；棒2穿过安装孔8，棒2设置固定孔 4的末端插入手柄3的通道(参见图3)，手柄3的通道与棒2的直径相匹， 所述手柄3设置与通道垂直的固定孔4;然后定位销5穿过棒2和手柄3的固 定孔4，将棒2和手柄3连接起来。
掺杂操作根据产品的目标电阻率和投料量计算好掺杂量，称好置于料 斗1内，将料斗1 口向上，把料斗1紧贴炉膛内壁，在整个抽空、充氩、化 料过程中一直保持此位置。待直拉单晶炉膛内的石英坩埚内硅料全部熔化后， 把料斗1通过手柄3推至炉膛内石英坩埚上方中间部位，在目视下，缓慢向 炉膛的视孔方向旋转手柄3，把料斗1内的掺杂元素全部倒入石英坩埚内的熔 体中。旋转手柄使料斗1 口向上，把料斗1拉回至炉膛内壁。从而达到掺杂 的目的，即既可达到掺杂量正确又可减少纯元素因高温下的挥发量及对炉膛 内壁的挥发物沾污；使得硅单晶生长更加顺利和方便。料导热快，抗压性强。所述料斗1
与棒2采用焊接方式连接，焊接方式比较安全及方便，如采用螺纹或接插式 连接时间长了易造成脱落。采用本实用新型既方便、安全、正确，同时对炉 膛内石墨系统及炉膛内壁沾污较轻，且掺杂量少。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优 点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述 实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型 精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都 落入要求保护的本
权利要求1、一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，包括直拉单晶炉本体，直拉单晶炉本体包括坩埚、炉膛、石墨热场、保温盖、掺杂器及炉膛侧壁设置的安装孔，其特征在于所述炉膛侧壁设置烟斗式的掺杂器，所述掺杂器包括用于盛装掺杂元素的圆柱型的料斗；所述料斗与棒连接，所述棒穿过炉膛侧壁，所述棒伸出炉膛侧壁的末端连接手柄。
2、 根据权利要求1所述的一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，其特征在于-所述棒与料斗的侧面或底部采用焊接方式连接。'
3、 根据权利要求1所述的一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，其特征在于: 所述棒设置为圆柱型；所述棒伸出炉膛侧壁的末端设置固定孔。
4、 根据权利要求1所述的一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，其特征在于 所述手柄设置T型；所述手柄设置有与棒的直径相匹配的通道。
5、 根据权利要求3或4所述的一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，其特征在于所述手柄设置有与所述通道垂直的固定孔。
6、 根据权利要求5所述的一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，其特征在于 所述手柄与棒通过穿过固定孔的圆柱型的定位销连接。
7、 根据权利要求1所述的一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，其特征在于所述掺杂器设置在炉膛侧壁保温盖上部3 — 10cm处。
8、 根据权利要求1所述的一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，其特征在于所述棒外套硅氟橡胶圈，所述硅氟橡胶圈设置于靠近炉膛侧壁外侧的位置。
9、 根据权利要求1所述的一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，其特征在于 所述料斗的直径设置为2—6cm。
10、 根据权利要求1所述的一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，其特征在 于所述棒的长度设置为炉膛半径加10—20cm。
专利摘要一种设有掺杂器的直拉硅单晶炉，包括直拉单晶炉本体，单晶炉本体包括坩埚、炉膛保温盖，所述直拉单晶炉本体设置掺杂器，所述掺杂器包括用于盛装掺杂元素的圆柱型的料斗；所述料斗通过棒连接手柄。所述棒与料斗的侧面或底部采用焊接方式连接；所述手柄与棒通过穿过固定孔的定位销连接。本实用新型具有方便、安全、正确，对炉膛内壁沾污较轻，且掺杂量少的优点。
文档编号C30B15/00GK201284384SQ200820154630
公开日2009年8月5日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者施美生 申请人:上海九晶电子材料股份有限公司