用于控制氧的坩堝組件和相關(guān)方法
【專利說明】用于控制氧的坩堝組件和相關(guān)方法
[0001]交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月15日提交的美國非臨時申請系列號N0.13/837,092和2013年3月14日提交的非臨時申請系列號N0.13/804，585的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容全部通過引用結(jié)合在本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體上涉及用于生產(chǎn)半導(dǎo)體或太陽能材料的晶錠的系統(tǒng)和方法，更特別地涉及用于減少晶錠中的缺陷或位錯的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]在通過提拉(CZ)法生長的單晶硅的生產(chǎn)中，多晶硅首先在拉晶裝置的諸如石英坩禍的坩禍中熔化，以形成硅熔體。拉具然后使晶種下降到熔體中，并且使晶種從熔體緩慢地升出，從而使熔體在晶種上凝固。為了使用該方法生產(chǎn)高質(zhì)量單晶，液態(tài)硅中來自連續(xù)溶解的石英熔體支承件(或石英坩禍)的諸如固體石英的雜質(zhì)粒子的粒子密度在凝固的晶體附近必須非常低。用于實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的已有系統(tǒng)沒有完全令人滿意。因此，需要更有效率和有效果的系統(tǒng)和方法來限制與晶錠直接相鄰的固體石英粒子。
[0005]該【背景技術(shù)】章節(jié)意在向讀者介紹可能與本發(fā)明的各方面相關(guān)的技術(shù)的各方面，這些方面在下文被描述和/或要求。相信該討論有助于為讀者提供背景信息，以幫助更好地理解本發(fā)明的各方面。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，這些敘述應(yīng)當(dāng)從這個角度閱讀，而不是作為對已有技術(shù)的認(rèn)可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]第一方面是一種用于從熔體生長晶錠的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一坩禍、第二坩禍和堰體。第一坩禍具有形成用于容納熔體的第一腔室的第一基部和第一側(cè)壁。第一基部具有頂面。第二坩禍設(shè)置在第一坩禍的第一腔室內(nèi)且具有第二基部和第二側(cè)壁。第二側(cè)壁確定尺寸成用于安置在第一坩禍的第一腔室內(nèi)。第二基部和第二側(cè)壁形成第二腔室。第二基部具有成形為允許第二基部擱靠在第一基部的頂面上的底面。第二坩禍包括穿過其中以允許第一坩禍的第一腔室中的熔體運(yùn)動到第二坩禍的第二腔室中的坩禍通道。堰體在第二側(cè)壁內(nèi)側(cè)的位置處沿第二坩禍的第二基部設(shè)置，以抑制或控制熔體的從堰體外側(cè)的位置向堰體內(nèi)側(cè)的位置的運(yùn)動。
[0007]另一方面是一種用于從熔體生長晶錠的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一坩禍、第二坩禍、堰體和屏障。第一坩禍具有形成用于容納熔體的第一腔室的第一基部和第一側(cè)壁。第二坩禍設(shè)置在第一坩禍的第一腔室內(nèi)且具有第二基部和第二側(cè)壁。第二側(cè)壁確定尺寸成用于安置在第一坩禍的第一腔室內(nèi)。第二基部和第二側(cè)壁形成第二腔室。第二坩禍包括穿過其中以允許第一坩禍的第一腔室中的熔體運(yùn)動到第二坩禍的第二腔室中的坩禍通道。堰體設(shè)置在第二坩禍的第二腔室內(nèi)，以抑制或控制熔體的從堰體外側(cè)的位置經(jīng)堰體通道向堰體內(nèi)側(cè)的位置的運(yùn)動。屏障具有圓柱形支柱，該圓柱形支柱在第二坩禍的第二側(cè)壁與堰體之間向下延伸，以在位于堰體內(nèi)側(cè)的內(nèi)部區(qū)域與位于第二側(cè)壁外側(cè)的外部區(qū)域之間形成曲折的氣體和粒子路徑。
[0008]另一方面是一種安裝在用于從熔體生長晶錠的系統(tǒng)中的屏障。該系統(tǒng)具有坩禍組件，該坩禍組件包括第一坩禍、第一柱體和第二柱體。第一坩禍具有形成用于容納熔體的腔室的第一側(cè)壁和第一基部。第一柱體在第一側(cè)壁內(nèi)側(cè)的位置處設(shè)置在腔室中。第二柱體在第一柱體內(nèi)側(cè)設(shè)置在腔室中。第一柱體和第二柱體從熔體向上突出而形成位于第二柱體內(nèi)側(cè)的內(nèi)區(qū)、位于第二柱體與第一柱體之間的中間區(qū)和位于第一柱體外側(cè)的外區(qū)。屏障包括體部和第一圓柱形支柱。體部覆蓋內(nèi)區(qū)的至少一部分、中間區(qū)和外區(qū)的一部分。第一圓柱形支柱從體部向下延伸并且設(shè)置在第一柱體與第二柱體之間以中斷從外區(qū)到內(nèi)區(qū)的視線。
[0009]另一方面是一種用于從熔體生長晶錠的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一坩禍、第一柱體、第二柱體和屏障。第一坩禍具有形成用于容納熔體的第一腔室的第一基部和第一側(cè)壁。第一柱體設(shè)置在第一坩禍的第一腔室中。第二柱體在第一柱體內(nèi)側(cè)設(shè)置在第一腔室中。第一柱體和第二柱體從熔體向上延伸以形成位于第二柱體內(nèi)側(cè)的內(nèi)區(qū)、位于第二柱體與第一柱體之間的中間區(qū)和位于第一柱體外側(cè)的外區(qū)。屏障具有在第一柱體與第二柱體之間向下延伸的圓柱形支柱。
[0010]另一方面是一種用于在晶體生長系統(tǒng)中從熔體生長晶錠的方法。該方法包括將確定尺寸成在熔體上方延伸的底部柱體安置在坩禍的腔室內(nèi)以抑制熔體的從底部柱體外側(cè)的位置向底部柱體內(nèi)側(cè)的位置的運(yùn)動。頂部柱體被安置在底部柱體附近并與熔體間隔開。從鄰近頂部柱體的熔體延伸的第二底部柱體和鄰近底部柱體并與熔體間隔開的第二頂部柱體中的一者在系統(tǒng)中被安置成形成穿過其中的曲折氣體路徑。將原料材料放入位于底部柱體外側(cè)的坩禍的腔室中。使原料材料熔化而形成熔體，從而允許熔體的從底部柱體外側(cè)向底部柱體內(nèi)側(cè)的運(yùn)動。
[0011]另一方面是一種用于在晶體生長系統(tǒng)中從熔體生長晶錠的方法，所述晶體生長系統(tǒng)包括坩禍，該坩禍具有基部以及從基部向上延伸的第一壁和第二壁。第二壁設(shè)置在第一壁內(nèi)側(cè)。第二壁具有允許熔體運(yùn)動通過其中的通道。坩禍限定出位于第一壁與第二壁之間的第一腔室和位于第二壁內(nèi)側(cè)的第二腔室。
[0012]該方法包括:將堰體安置在第二腔室內(nèi)以抑制熔體的從堰體外側(cè)的位置向堰體內(nèi)側(cè)的位置的運(yùn)動;將原料材料放入坩禍的第一腔室中；使原料材料熔化而形成熔體，以允許熔體的從第一腔室向第二腔室中且然后向堰體內(nèi)側(cè)的運(yùn)動；以及利用石英設(shè)計在熔體上向上偏壓氧氣，使得可利用處于約15托到約70托之間的壓力的氬氣來限制堰體侵蝕。
[0013]存在對關(guān)于上述方面提出的特征的各種改善。其它特征同樣也可以被結(jié)合在上述方面中。這些改善和附加的特征可以單獨(dú)地或任意組合地存在。例如，下面關(guān)于所圖示的實(shí)施例中任一種討論的各特征可以單獨(dú)地或任意組合地結(jié)合在上述方面的任一項(xiàng)中。
【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)一個實(shí)施例的晶體生長系統(tǒng)的剖視圖；
[0015]圖2是圖1的坩禍組件的放大剖視圖；
[0016]圖3是根據(jù)另一個實(shí)施例的晶體生長系統(tǒng)的局部剖視圖；和
[0017]圖4是根據(jù)另一個實(shí)施例的晶體生長系統(tǒng)的局部剖視圖。
[0018]在全部附圖的多個視圖中，對應(yīng)的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參照圖1，晶體生長系統(tǒng)被示意性地示出并大體上表示為100。注意，為了清楚省略了系統(tǒng)的多個部分，特別是爐或拉具封殼、隔熱層和襯托器支承機(jī)構(gòu)。晶體生長系統(tǒng)100可用來通過提拉法生產(chǎn)單晶錠。
[0020]如本文中討論的，關(guān)于生產(chǎn)單晶錠的連續(xù)提拉法來描述系統(tǒng)，盡管可使用批量法。然而，本文中公開的系統(tǒng)還可用于例如通過定向凝固工藝來生產(chǎn)多晶錠。
[0021]晶體生長系統(tǒng)100包括支承坩禍組件200的坩禍支承件或襯托器150，所述坩禍組件200容納硅熔體112，來自硅熔體112的晶錠114正由拉具134如纜繩提拉。在拉晶過程期間，晶種132被拉具134下降到熔體112中，然后緩慢地從熔體上升或提拉。隨著晶種132緩慢地從熔體112上升，形成了單晶錠114。
[0022]另外參照圖2，坩禍組件200包括具有第一基部212和第一側(cè)壁214的第一坩禍210以及具有第二基部252和第二側(cè)壁254的第二坩禍250。坩禍的相應(yīng)側(cè)壁大致是同心的。各側(cè)壁214、254圍繞相應(yīng)基部212、252的圓周延伸。第一側(cè)壁214和第一基部212形成第一環(huán)形腔室216。第二側(cè)壁254和第二基部252形成第二環(huán)形腔室256。在一些實(shí)施例中，第一坩禍可具有32英寸的內(nèi)半徑且第二坩禍可具有24英寸的內(nèi)半徑，或這些尺寸可針對更低的含氧量更大或針對更低的成本更小。
[0023]至少一個坩禍通道260延伸穿過第二坩禍250，以允許熔體運(yùn)動到第二坩禍的第二腔室256中。坩禍通道260可在最終熔體深度之下的高度處沿著側(cè)壁254的下部設(shè)置，以允許第一腔室216與第二腔室256之間恒定的熔體液位。坩禍的最高侵蝕速率發(fā)生在自由熔體表面處，在此S1可蒸發(fā)成吹掃氣體。在一些實(shí)施例中，第二坩禍側(cè)壁具有均勻的厚度，且熔體深度處于將豎直側(cè)壁與基部252平滑地連接的半徑以內(nèi)。在這些實(shí)施例中，坩禍在徑向上較厚且因此具有較長侵蝕壽命。
[0024]第二坩禍250確定尺寸并成形為允許第二坩禍安置在第一坩禍210的第一腔室216內(nèi)。第一基部212具有頂面218，且第二基部252具有互補(bǔ)的底面258，以允許第二基部252的底面258擱靠在第一基部212的頂面218上。在一些實(shí)施例中，第二基部的底面例如通過背面研磨或水力切割而被重塑成與第一基部的頂面匹配。在另一些實(shí)施例中，第二基部的底面通過由供應(yīng)商進(jìn)行的坩禍融合工藝而被制造成具有尺寸規(guī)格與第一基部的頂面匹配的輪廓。
[0025]在一些實(shí)施例中，第一坩禍和第二坩禍在運(yùn)行設(shè)置之前非就地或在運(yùn)行期間就地結(jié)合在一起以形成單個坩禍組件。第一坩禍和第二坩禍可被火焰拋光以提高結(jié)合可靠性?；鹧鎾伖庠黾恿耸⒌?H—含量、使其在高溫下軟化并且提高了更好的結(jié)合。然而，熔體流動控制不會導(dǎo)體外部結(jié)合失效，因?yàn)榈诙岬準(zhǔn)茄b滿、完整的坩禍。此實(shí)施例的坩禍組件具有單個基部和從該基部向上延伸的兩個同心的側(cè)壁。
[0026]圓柱形熔體流屏障或堰體300在第二側(cè)壁254內(nèi)側(cè)的位置處沿著第二基部252設(shè)置在第二腔室256內(nèi)，以抑制熔體112的從堰體外側(cè)的位置向堰體內(nèi)側(cè)的位置的運(yùn)動。堰體300包括延伸穿過其中以允許第二腔室256中的熔體向堰體內(nèi)側(cè)運(yùn)動的至少一個堰體通道302。
[0027]在一些實(shí)施例中，堰體是20英寸石英柱體，其具有成形為與24英寸坩禍內(nèi)部的接觸點(diǎn)一致的底部邊緣并被火焰拋光。在這些實(shí)施例中，堰體的高度提供了與屏障350的必要間隙。使用提供大的開