用于单晶半导体材料的受控掺杂的液体掺杂系统和方法
【技术领域】
[0001]
技术领域总体设及半导体或太阳能级材料的单晶的制备，更具体地设及一种用于 控制半导体或太阳能级材料的烙体的渗杂的液体渗杂系统。
【背景技术】
[0002] 通常利用直拉（Czoc虹alski，"CZ")法来制备单晶材料，该单晶材料是用于制造 多种电子部件如半导体器件和太阳能电池的初始材料。简单地讲，直拉法包括在相蜗中使 多晶源材料如多晶体娃（"多晶娃"）烙融W形成娃烙体然后从烙体拉拔单晶锭。
[0003] 在该过程中，向烙融的源材料添加精确数量的渗杂剂W修改得到的单晶结构的基 极电阻。至少针对P型和n型娃而言，渗杂剂通常W固体形式被添加至烙融的源材料。但 是，固体渗杂剂的使用存在多个缺点。
[0004] 一个缺点是固体渗杂剂与烙融的源材料之间的溫差引起的热冲击。该热冲击导致 烙融的源材料在固体渗杂剂颗粒下方凝固，形成了"浮船（floatingboat)"。另外，在浮船 形成期间会形成石英颗粒。运些石英颗粒可能在浮船已烙融之后长时间保留在烙融的源材 料中，导致最终的单晶结构中的晶体缺陷，例如位错。向烙融的源材料添加固体渗杂剂引起 的又一个缺点是单晶生长组件的污染。固体渗杂剂对烙融源材料的表面的冲击导致烙融的 源材料从相蜗瓣出到单晶生长组件的各种部件上，运可能引起晶体缺陷或对组件中的部件 的损伤。
[0005] 使用固体渗杂剂的又一个缺点是，许多渗杂剂具有相对高的蒸发速率，例如铜。在 烙融前将运些渗杂剂直接置于带有半导体或其它太阳能级材料的相蜗内会引起渗杂剂在 半导体或太阳能级材料的加热期间蒸发。必须添加额外的渗杂剂W补偿数量通常很大的损 失的渗杂剂，从而导致渗杂剂的低效使用。另外，蒸发的渗杂剂在生长组件的各种部件上凝 结，从而引起组件的污染。
[0006] 鉴于W上内容，可知需要一种用于将渗杂剂引入半导体或太阳能级材料的烙体中 的简单的、成本高效的方法。
[0007] 此"【背景技术】"部分旨在向读者介绍可能设及下文描述和/或主张权利的本发明 的各个方面的现有技术的各个方面。相信运种讨论有助于为读者提供背景信息W有利于更 好地理解本发明的各个方面。因此，应该理解，运些叙述应在运种意义上阅读，而不是作为 对现有技术的认可。
【发明内容】
[0008] 在一个方面，提供了一种用于将液体渗杂剂引入半导体或太阳能级材料的烙体中 的渗杂系统。该渗杂系统包括用于保持渗杂剂的渗杂剂储器和供给管。渗杂剂储器包括体 部和锥形端部，该锥形端部限定出具有比体部的截面积小的截面积的开口。该供给管包括 从储器的开口延伸的第一端部、位于第一端部的远侧的第二端部、布置在供给管的第二端 部处的成角度的末端、用于阻止固体渗杂剂通过供给管的第一节流部、和用于控制液体渗 杂剂的流动的第二节流部。第二节流部布置在供给管的第二端部附近。
[0009] 在另一方面，描述了一种用于将液体渗杂剂引入半导体或太阳能级材料的烙体中 的方法。该方法包括：将渗杂系统定位在远离烙体的第一位置处；向渗杂系统添加预定量 的固体渗杂剂；将渗杂系统定位在第二位置处，其中该第二位置充分接近烙体的表面W便 固体渗杂剂烙融；使固体渗杂剂烙融，W使得固体渗杂剂变成液体渗杂剂；W及经渗杂系 统的供给管将液体渗杂剂引入烙体中。该渗杂系统包括用于保持渗杂剂的渗杂剂储器、供 给管和用于阻止固体渗杂剂从供给管通过的节流部。渗杂剂储器包括体部和锥形端部，该 锥形端部限定出具有比体部的截面积小的截面积的开口。供给管包括从储器的开口延伸的 第一端部、位于第一端部的远侧的第二端部、和布置在供给管的第二端部处的成角度的末 玉山 乂而。
[0010] 在又一方面，提供了一种拉晶机。该拉晶机包括用于保持半导体或太阳能级材料 的烙体的相蜗、用于加热相蜗和使半导体或太阳能级材料烙融的加热元件、用于将液体渗 杂剂引入半导体或太阳能级材料的烙体中的渗杂系统、W及用于在拉晶机内保持和定位渗 杂系统的牵拉机构。渗杂系统包括用于保持渗杂剂的渗杂剂储器、供给管、用于阻止来自渗 杂剂储器的固体渗杂剂从供给管通过的第一节流部、和用于控制液体渗杂剂的流动的第二 节流部。牵拉机构包括仿巧晶（dummyseed),渗杂系统从该仿巧晶悬挂。渗杂剂储器包括 体部和锥形端部，该锥形端部限定出具有比体部的截面积小的截面积的开口。供给管包括 从储器的第一开口延伸的第一端部、位于第一端部的远侧的第二端部和布置在供给管的第 二端部处的成角度的末端。第二节流部布置在供给管的第二端部附近。
[0011] 可对关于上述各方面提及的特征进行各种改进。也可在上述各方面中加入其它特 征。运些改进和附加特征可独立地或W任何组合存在。例如，可单独地或W任何组合将W 下关于任何示出的实施例所讨论的各种特征加入任何上述方面中。
【附图说明】
[0012] 图1是包括用于将液体渗杂剂引入烙体中的渗杂系统的拉晶机的截面图；
[0013] 图2是图1的渗杂系统的截面图；
[0014] 图3是图2所示的渗杂系统的供给管的放大视图；
[0015]图4是充填有固体渗杂剂的图1的渗杂系统的截面图；
[0016] 图5是朝向烙体表面降低的图4的渗杂系统的截面图；
[0017] 图6是定位在烙体表面附近的图4的渗杂系统的截面图；W及
[0018] 图7是渗杂系统被移除的图1的拉晶机的截面图。
[0019] 各图中使用的同样的附图标记表示相同的元件。
【具体实施方式】
[0020] 包括用于将液体渗杂剂引入半导体或太阳能级材料的烙体中的渗杂系统的拉晶 机在图1中总体上用10表示。该拉晶机包括用于保持半导体或太阳能级材料如娃的烙体 18的相蜗12,该相蜗12被容纳在炉16内的衬托器（SUSC巧tor) 14包围。半导体或太阳能 级材料通过从隔热层22包围的加热元件20提供的热而被烙融。用于将液体渗杂剂引入烙 体18中的渗杂系统（总体上用40表示）位于拉晶机10内。在运行中，渗杂系统40定位 在烙体表面24附近，使得来自烙体表面24(和/或加热元件20)的热引起渗杂系统40内 的固体渗杂剂（图1中未示出）烙融并向下从渗杂系统40流出到烙体18中。
[0021] 渗杂系统40通过缆绳或线26从附接在牵拉机构30上的仿巧晶28悬挂W在本文 中描述的渗杂过程中定位渗杂系统40。牵拉机构30包括用于将仿巧晶28固定在牵拉机 构30上的卡盘32,W及连接至卡盘32上W用于升降渗杂系统40的轴或拉线34。在图1 所示的实施例中，缆绳或线26由钢或鹤制成，但是其它材料也可用于缆绳或线26。仿巧晶 28由不诱钢制成。由于仿巧晶28的形状和尺寸与已经在用于生长单晶锭的拉晶系统中使 用的巧晶的形状和尺寸相同或相似，所W渗杂系统40可W在进行很小改动或不进行改动 的情况下安装在已经使用的拉晶系统中。
[0022] 参照图2,石英渗杂系统40包括用于保持渗杂剂44的渗杂剂储器42和从渗杂剂 储器42中的第一或上方开口 46延伸的细长供给管60。其它适合于高溫应用的材料也可 用于渗杂系统40(例如，耐火陶瓷、钢、鹤和石墨），但是石英最大限度地减少了来自渗杂系 统40的污染。在图2所示的实施例中，渗杂系统40具有一体的结构。在其它实施例中，渗 杂系统40可由单独的构件组装而成。渗杂剂储器42包括限定出大体圆柱形体部50和锥 形端部52的石英侧壁48,所述锥形端部52限定出具有比体部50的截面积更小的截面积 的第一开口 46。锥形端部52呈圆锥形W将渗杂剂引导到渗杂剂储器42的最低点。在图2 所示的实施例中，锥形端部52的侧壁48线性地变细，但是限定出锥形端部52的侧壁48也 可向内弯曲