[发明专利]用于单晶半导体材料的受控掺杂的液体掺杂系统和方法

说明书

一种用于将液体掺杂剂引入半导体或太阳能级材料的熔体中的掺杂系统，包括用于保持掺杂剂的掺杂剂储器和供给管。掺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、布置在供给管的第二端部处的成角度的末端、用于阻止固体掺杂剂通过供给管的第一节流部、和用于控制液体掺杂剂的流动的第二节流部，该第二节流部布置在供给管的第二端部附近。

本申请是申请号为201380073899.3的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2013年12月31日，名称为“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

技术领域总体涉及半导体或太阳能级材料的单晶的制备，更具体地涉及一种用于控制半导体或太阳能级材料的熔体的掺杂的液体掺杂系统。

背景技术

通常利用直拉(Czochralski，“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，直拉法包括在坩埚中使多晶源材料如多晶体硅(“多晶硅”)熔融以形成硅熔体然后从熔体拉拔单晶锭。

在该过程中，向熔融的源材料添加精确数量的掺杂剂以修改得到的单晶结构的基极电阻。至少针对p型和n型硅而言，掺杂剂通常以固体形式被添加至熔融的源材料。但是，固体掺杂剂的使用存在多个缺点。

一个缺点是固体掺杂剂与熔融的源材料之间的温差引起的热冲击。该热冲击导致熔融的源材料在固体掺杂剂颗粒下方凝固，形成了“浮船(floating boat)”。另外，在浮船形成期间会形成石英颗粒。这些石英颗粒可能在浮船已熔融之后长时间保留在熔融的源材料中，导致最终的单晶结构中的晶体缺陷，例如位错。向熔融的源材料添加固体掺杂剂引起的又一个缺点是单晶生长组件的污染。固体掺杂剂对熔融源材料的表面的冲击导致熔融的源材料从坩埚溅出到单晶生长组件的各种部件上，这可能引起晶体缺陷或对组件中的部件的损伤。

使用固体掺杂剂的又一个缺点是，许多掺杂剂具有相对高的蒸发速率，例如铟。在熔融前将这些掺杂剂直接置于带有半导体或其它太阳能级材料的坩埚内会引起掺杂剂在半导体或太阳能级材料的加热期间蒸发。必须添加额外的掺杂剂以补偿数量通常很大的损失的掺杂剂，从而导致掺杂剂的低效使用。另外，蒸发的掺杂剂在生长组件的各种部件上凝结，从而引起组件的污染。

鉴于以上内容，可知需要一种用于将掺杂剂引入半导体或太阳能级材料的熔体中的简单的、成本高效的方法。

此“背景技术”部分旨在向读者介绍可能涉及下文描述和/或主张权利的本发明的各个方面的现有技术的各个方面。相信这种讨论有助于为读者提供背景信息以有利于更好地理解本发明的各个方面。因此，应该理解，这些叙述应在这种意义上阅读，而不是作为对现有技术的认可。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于将液体掺杂剂引入半导体或太阳能级材料的熔体中的掺杂系统。该掺杂系统包括用于保持掺杂剂的掺杂剂储器和供给管。掺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、用于阻止固体掺杂剂通过供给管的第一节流部、和用于控制液体掺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。