[发明专利]用于将挥发性掺杂剂引入熔体内的设备和方法

说明书

本发明提供一种用于掺杂半导体或太阳能级材料的熔体的设备。该设备包括籽晶夹、与籽晶夹连接的籽晶和与籽晶夹连接的掺杂剂容器。籽晶夹限定设备的第一端，并且籽晶限定设备的第二端。籽晶构造为在被放置成与熔体相接触时启动晶体生长。掺杂剂容器位于设备的第一端和第二端之间，并且限定用于将掺杂剂保持在其中的储器。掺杂剂容器构造成在位于熔体附近时将液态掺杂剂分配到熔体内。掺杂剂容器和籽晶同时与籽晶夹连接。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年11月26日提交的美国临时申请No.62/084,677的优先权，该文献的全部公开内容通过引用结合在本文中。

技术领域

本公开的领域总体上涉及用于从熔体制造半导体或太阳能级材料的晶锭的系统和方法，更具体地涉及用于将挥发性掺杂剂引入半导体或太阳能级材料的熔体内的系统和方法。

背景技术

在通过连续直拉(CCZ)方法生长的硅晶体的制造中，首先在晶体提拉装置的坩埚例如石英坩埚中熔化多晶硅，以形成硅熔体。然后，拉晶器将籽晶降低到熔体内并缓慢地将籽晶提出熔体。随着从熔体生长出籽晶，将固体多晶硅或液体硅添加到熔体内，以补充被结合在生长的晶体中的硅。

将适量掺杂剂添加到熔体以改变所得到的单晶晶锭的基础电阻率。在一些情况下，希望在硅晶体生长过程中使用挥发性掺杂剂，例如铟、锑和镓。例如，希望使用铟作为用于太阳能结构的晶体中的掺杂剂，其原因在于掺杂铟的太阳能结构的性能与掺杂硼的太阳能结构相比有所提高。然而，在CCZ工艺中使用挥发性掺杂剂存在多种挑战。例如，由于此类掺杂剂的挥发性质，大量掺杂剂在工艺期间可能蒸发损失，从而使晶体生长过程成本昂贵。另外，生长过程中的掺杂剂损失使得难以控制熔体的掺杂剂浓度。

虽然一些已知的系统解决了与挥发性掺杂剂的使用相关的一些上述问题，但大多数用于在CCZ工艺中对熔体掺杂挥发性掺杂剂的已知系统并未在所生长的晶体的籽晶端处提供足够均匀的电阻率分布。例如，为了减少与挥发性掺杂剂的蒸发相关的损失，一些系统刚好在晶体生长过程启动之前向熔体添加掺杂剂。这些系统通常向外熔体区添加掺杂剂以避免扰动内熔体区中的熔体表面，所述扰动会引起生长过程中的晶体结构的损失。掺杂剂向内熔体区的扩散比较缓慢。因此，掺杂剂主要通过液态熔体朝向内熔体区的物理流动而输送至内熔体区。由于这些系统通常向外熔体区添加掺杂剂，所以生长出的晶体的初始部分(即，籽晶端)具有比晶体的其余部分低得多的掺杂剂浓度并因而具有更高的电阻率。所生长的晶体的此区域有时称为“高电阻率过渡区域”。所述高电阻率过渡区域通常不用于后续的器件制造，从而导致生产率损失和制造成本的上升。

因此，存在对减小或消除根据CCZ方法生长的半导体或太阳能级晶体中的高电阻率过渡区域的设备和方法的需求。

此背景技术部分旨在向读者介绍可能与下文中描述和/或要求权利的本公开的各个方面有关的现有技术的各个方面。相信此讨论对于提供给读者背景信息以利于更好地理解本公开的各个方面是有帮助的。因此应该理解，应在这种意义上阅读这些内容，而不是作为对现有技术的承认。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于掺杂半导体或太阳能级材料的熔体的设备。该设备包括籽晶夹(seed chuck)、与籽晶夹连接的籽晶、以及与籽晶夹连接的掺杂剂容器。籽晶夹限定设备的第一端，并且籽晶限定设备的第二端。籽晶配置成在被放置成与熔体相接触时启动晶体生长。掺杂剂容器位于设备的第一端和第二端之间，并且限定用于将掺杂剂保持在其中的储器。掺杂剂容器配置成在位于熔体附近时将液体掺杂剂分配到熔体内。掺杂剂容器和籽晶同时与籽晶夹连接。