專利名稱：鎵、銦、或鋁摻雜單晶硅的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般關(guān)于使用間歇及連續(xù)柴克勞司基(Czochralski)方法的單晶錠(ingot)成長(zhǎng)，且更詳細(xì)地，本發(fā)明是關(guān)于鎵、銦及/或鋁摻雜晶硅錠的制造及使用方法。
背景技術(shù)：
已知有多種程序用在成長(zhǎng)半導(dǎo)體材料晶錠的技術(shù)領(lǐng)域中，該半導(dǎo)體材料用在制造集成電路以及光電組件像是太陽(yáng)能電池。間歇及連續(xù)柴克勞司基(CZ)程序被廣泛地使用在半導(dǎo)體材料摻雜，像是砷化硅、鍺、或鎵與添加元素的摻雜諸如磷(N型摻雜)或硼(P型摻雜)以控制該晶體(crystal)的電阻率。該程序一般由以下概述。加熱坩堝內(nèi)含有將要用于成長(zhǎng)晶體的熔融態(tài)電荷材料，將種子放置在纜線或棍體末端，使得該種子能夠沉降到該熔化物材料中，并接著從該熔化物材料中上升。當(dāng)該種子沉降到該熔化物材料中時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致局部熔融溫度下降使得該熔化材料的一部分在該種子下方周圍結(jié)晶。因此，該種子被緩慢地自該熔化物材料中抽出。當(dāng)該種子從該熔化物材料中抽出或拉出時(shí)，殘留在該熔化物材料中的新形成晶體部分基本上可作為該種子的延伸物，并能致使熔化物材料在其下方周圍結(jié)晶。這個(gè)程序?qū)⒊掷m(xù)在該晶體從該熔化物材料中抽出或拉出期間，使得晶錠在種子持續(xù)上升時(shí)成長(zhǎng)。在間歇CZ中，成長(zhǎng)單晶錠所需要的電荷材料總體(半導(dǎo)體及摻雜物)在程序起始時(shí)熔化。在連續(xù)CZ(CCZ)中，該電荷材料在該成長(zhǎng)期間被連續(xù)或周期性地補(bǔ)滿。在CCZ中，該成長(zhǎng)程序可在晶體成長(zhǎng)直至收成該晶體間的區(qū)間內(nèi)被停止，或者可在晶體成長(zhǎng)間持續(xù)不停止。該間歇CZ程序一般使用拉出裝置達(dá)成，該拉出裝置包括氣體容納室、位于該容納室內(nèi)的石英坩堝、裝載入該坩堝的半導(dǎo)體電荷材料及摻雜物、用來(lái)熔化該電荷材料的加熱器、以及用來(lái)拉出或抽出該摻雜半導(dǎo)體材料的單晶硅錠的拉出機(jī)制。為了達(dá)成該CCZ程序，必須對(duì)該傳統(tǒng)裝置調(diào)整使其能夠包含使用連續(xù)或半連續(xù)方式將額外電荷材料填充至該熔化物的手段。為了減少同時(shí)進(jìn)行晶體成長(zhǎng)及填充所造成的負(fù)面影響，對(duì)傳統(tǒng)石英坩堝進(jìn)行調(diào)整使其能夠提供外部或環(huán)形熔化物區(qū)域(進(jìn)入半導(dǎo)體被添加及熔化處)以及內(nèi)部的成長(zhǎng)區(qū)域(從晶體被抽出處)。這些區(qū)域彼此間可以通過(guò)液體流動(dòng)互通。一般而言，晶錠的摻雜物濃度應(yīng)在軸向(縱向軸)以及徑向方向上均勻分布，然而有一部分由于隔離效應(yīng)而難以達(dá)成。隔離效應(yīng)代表 雜質(zhì)或摻雜物傾向于保留在該熔化物材料中而不是被抽出到該晶錠中。各摻雜物都具有和適應(yīng)力有關(guān)的特性隔離系數(shù)，其中該適應(yīng)力代表該摻雜物原子能夠容置在該錠晶格中的難易程度。舉例而言，因?yàn)槎鄶?shù)摻雜物原子及硅原子都無(wú)法配合硅晶格大小，摻雜物原子通常都通過(guò)比在熔化物中要小的比例濃度并入至該晶體中。也就是說(shuō)，硅熔化物中的摻雜物通常都具有小于I的隔離系數(shù)。在摻雜過(guò)后的硅被熔化且晶體成長(zhǎng)開(kāi)始后，該熔化物中的摻雜濃度因?yàn)樵摼w成長(zhǎng)接口的摻雜物排斥而增加?！愣?，抽出單晶體的摻雜濃度是由kC所決定，其中，C為熔化多晶硅或原料的摻雜濃度，而k是隔離系數(shù)并通常小于I。在摻雜間歇CZ程序期間，坩堝內(nèi)的熔化物材料總量隨著晶錠成長(zhǎng)而減少，并因此造成隔離，使得剩余熔化物材料中的摻雜濃度逐漸增加。由于該熔化物材料中的摻雜濃度升高，該晶錠內(nèi)的摻雜濃度也隨而升高，造成該晶體的電阻率隨著徑向軸以及縱向軸改變。因此，摻雜間歇CZ程序基本上只能在該錠的一小部分上產(chǎn)生期望的電阻率。目前已知使用CCZ程序可得到更加均勻的電阻率，其中該陸續(xù)加入環(huán)形熔化物區(qū)域的原料其摻雜濃度被控制在等同于所拉出單晶體的摻雜濃度，且該單晶體每單位時(shí)間被拉出的總量被控制在等同于電荷材料提供的總量。這樣的作法意圖在于使提供以及拉出的摻雜總量彼此平衡使得在該坩堝內(nèi)部的摻雜濃度c/k以及坩堝外部濃度C維持在穩(wěn)定狀態(tài)。已知有數(shù)種不同坩堝的程序及結(jié)構(gòu)維持坩堝內(nèi)部及外部區(qū)域中摻雜物的相對(duì)濃度，而因此達(dá)到均勻的電阻率。在CCZ執(zhí)行期間有一個(gè)問(wèn)題持續(xù)存在，那就是該摻雜物遷移或擴(kuò)散到該坩堝外部熔化區(qū)域的趨勢(shì)(因?yàn)樵摑舛忍荻人斐?，其造成下一個(gè)晶錠的種子端部具有較低的摻雜濃度以及較高的電阻率，直到能夠再次達(dá)到該穩(wěn)定狀態(tài)。在過(guò)去，用在光電太陽(yáng)能電池應(yīng)用上的單晶硅通常使用硼作為其摻雜物。然而，目前已知硼在光照下會(huì)和氧形成復(fù)合主動(dòng)缺陷(recombination active defect),因而降低少數(shù)載子的壽命。該效應(yīng)被稱作“光致降解(light induced degradation) ”或“LID”,其造成改太陽(yáng)能電池在操作時(shí)顯著的電壓與電流驟降。參見(jiàn)J.Schmidt, A.G.Aberle及R.Hezel所著的“鋯石生長(zhǎng)硅中載子壽命的調(diào)查”，IEEE第26屆光電專題研討會(huì)，第13頁(yè)(1997)；
S.Glunz, S.Rein, J.Lee及W.Warta, “硼摻雜鋯石硅中的少數(shù)載子壽命降解”，應(yīng)用物理期刊，90，第2397頁(yè)(2001)。若要規(guī)避該問(wèn)題，可通過(guò)使用低含氧材料或高電阻率材料將硼的含量最小化；然而，目前也·已知道使用電阻率相對(duì)較低(大約1.0歐姆-公分或更低)的材料能夠達(dá)到較高的效率，不過(guò)低電阻率材料需要較高的摻雜濃度。目前已知可使用鎵取代硼，鎵在硅帶結(jié)構(gòu)中具有和硼相似的電性表現(xiàn)，但卻不會(huì)在光照下形成復(fù)合主動(dòng)缺陷。雖然已知鎵摻雜單晶硅可經(jīng)由間歇CZ程序所制造，但是鎵具有遠(yuǎn)小于硼的隔離系數(shù)，其代表著該間歇CZ程序所得到的鎵摻雜晶體將呈現(xiàn)大量的軸向電阻率變動(dòng)。由于各錠中可接受的材料量有限及/或研發(fā)能夠適應(yīng)呈現(xiàn)較寬電阻率范圍的組件制造程序所需的成本，均勻度的缺乏增加了產(chǎn)品的成本。因此，即便鎵摻雜硅晶圓可減少LID的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)公開(kāi)數(shù)十年，將鎵摻雜晶體用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的使用并沒(méi)有被工業(yè)環(huán)境廣泛地采納。目前尚未揭露將CCZ用于制造摻雜鎵、鋁、或銦、所有具有偏低硅隔離系數(shù)者的錠。這大概是因?yàn)樵劓?該三個(gè)摻雜物中最佳者)難以使用連續(xù)或半連續(xù)填充裝置加入足夠高的濃度，原因在于元素鎵在接近室溫時(shí)會(huì)熔化并可能粘附于該裝置。其不僅對(duì)該裝置造成潛在的傷害，更可能產(chǎn)生諸如難以控制該加入熔化物的鎵其確實(shí)總量的操作問(wèn)題。另外，鎵可形成高度揮發(fā)性的低價(jià)氧化物(Ga2O)而造成因?yàn)殒墢脑撊刍镏姓舭l(fā)的顯著損失。該蒸發(fā)效應(yīng)可在CCZ系統(tǒng)中加劇，因?yàn)殡S著執(zhí)行時(shí)間越長(zhǎng)，CCZ相關(guān)的熔化物表面積也就越大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)于鎵、銦、或鋁摻雜的單晶硅錠以及其制備方法。該錠的特征在于具有均勻的徑向電阻率以及均勻的成長(zhǎng)方向電阻率(軸向或縱向電阻率)。較佳地，該徑向及/或軸向電阻率沿著該錠長(zhǎng)度的改變可小于10%，更佳地可小于5%，或最佳地可小于2%。在本發(fā)明的實(shí)施例中，具有相對(duì)均勻徑向或軸向電阻率的單晶硅錠是利用CCZ程序所成長(zhǎng)而得，其中，摻雜物的選擇是從由鎵、鋁、及銦或其組合所組成的群組中所挑選而出，且該摻雜物最佳地包括有鎵。該摻雜物的選擇可包含在硅的初始充電中，并接續(xù)著在各晶錠的成長(zhǎng)之間被加入至坩堝內(nèi)成長(zhǎng)室中的硅熔化物中。該摻雜物較佳地在通過(guò)使用由該熔化物材料所制的“獻(xiàn)祭容器(sacrificialvessel) ”的錠成長(zhǎng)之間可被加入至坩堝內(nèi)成長(zhǎng)室中。該摻雜物可以固態(tài)或液態(tài)放置于該容器中，并通過(guò)降低種子夾頭傳送到該內(nèi)成長(zhǎng)室中的熔化物中。添加摻雜物到成長(zhǎng)區(qū)域使系統(tǒng)更快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，其可減少停機(jī)時(shí)間并得到在該種子端具有更均勻電阻率的晶體。另外及/或或者，可由連續(xù)或半連續(xù)方式在晶體成長(zhǎng)期間及/或晶錠成長(zhǎng)之間，利用硅/摻雜物合金立方塊或由硅制成并包含及裝有固態(tài)或液態(tài)元素?fù)诫s物的容器將摻雜物填充到外室中。即便該容器是由硅所制造，該容器可通過(guò)該填充裝置沿著該硅電荷方向被添加，而不會(huì)有該摻雜熔化物以及在傳送過(guò)程期間粘著在該填充裝置的部分。在本發(fā)明的相關(guān)實(shí)施例中，該摻雜物在初始充電、該跨錠(inter-1ngot)區(qū)間內(nèi)的成長(zhǎng)室中添加、及/或在該外室中連續(xù)或半連續(xù)地添加的總量是依據(jù)計(jì)算該內(nèi)成長(zhǎng)室內(nèi)熔化物的預(yù)期摻雜濃度的摻雜模型所決定，其中，計(jì)算該預(yù)期的摻雜濃度不僅須要考慮從該熔化物中經(jīng)由晶體成長(zhǎng)移除的摻雜總量，也需要考慮經(jīng)由蒸發(fā)移除的摻雜總量。在各區(qū)間中決定要使用該摻雜模型添加的摻雜總量可通過(guò)填滿正確總量摻雜物的容器或器皿而精準(zhǔn)控制。為了達(dá)到晶體成長(zhǎng)各處的該錠中均勻的電阻率，可借著受控制的方式經(jīng)由密封的容器(為了達(dá)到較高摻雜濃度)或取而代之地經(jīng)由硅/摻雜物合金(為了達(dá)到較低摻雜濃度)添加額外的 摻雜物到該外室。同樣可以預(yù)期的是，該摻雜模型可被用來(lái)決定適當(dāng)?shù)膿诫s總量，使其被合并到用于間歇CZ程序的初始充電及/或可由影響蒸發(fā)量或速率的其它相關(guān)參數(shù)所進(jìn)行的調(diào)整。在較佳的實(shí)施例中，制造出的鎵摻雜單晶硅具有范圍在15到0.1歐姆公分的電阻率，且更佳地在10到0.1歐姆公分的范圍，而最佳地是在3到0.5歐姆公分的范圍。該電阻率在軸向或縱向軸方向上相對(duì)地均勻，其改變較佳地少于10%，更佳地少于5%且最佳地少于2%。為了達(dá)到較佳的電阻率范圍，該晶體內(nèi)鎵的大約濃度范圍介于8.9xl014原子/立方公分到2.77xl017原子/立方公分之間，更佳地介于1.34xl015原子/立方公分到2.77xl017原子/立方公分之間，且最佳地介于4.56xl015原子/立方公分到3.21xl016原子/立方公分之間。間隙氧程度較佳地少于每百萬(wàn)原子中25部分(25parts per million atoms),更佳地少于每百萬(wàn)原子中18部分，且最佳地少于每百萬(wàn)原子中15部分。本發(fā)明也涵蓋控制系統(tǒng)的使用，其利用該摻雜模型計(jì)算并控制一個(gè)或多個(gè)摻雜事件期間所添加的摻雜物總量。單個(gè)錠或一系列連續(xù)的錠可依據(jù)本發(fā)明而成長(zhǎng)。該依據(jù)本發(fā)明而成長(zhǎng)的單晶硅塊可被用來(lái)做為制造光電裝置如同太陽(yáng)能電池的基板。
本發(fā)明的其它態(tài)樣，其優(yōu)點(diǎn)以及新穎特征，將在以下內(nèi)容中闡述，并在本領(lǐng)域的技術(shù)人員經(jīng)由閱覽以下內(nèi)容或經(jīng)實(shí)作本發(fā)明而理解后變得清楚明白。本發(fā)明的目標(biāo)以及優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)所附權(quán)利要求中特別指出的手段及組合而達(dá)成并實(shí)現(xiàn)。


本發(fā)明的各種態(tài)樣將通過(guò)以下本發(fā)明不同實(shí)施例的參考附圖配合詳細(xì)說(shuō)明變得清楚明白，其中:圖1為本發(fā)明中利用CCZ方法將單晶體拉出所使用范例裝置的截面圖；圖2為包含第I式的摻雜模型匯總圖；圖3為本發(fā)明用于計(jì)算添加到間歇(柴克勞司基CZ)不含蒸發(fā)的摻雜物的摻雜模型匯總圖；圖4為本發(fā)明用于計(jì)算添加到連續(xù)柴克勞司基(CCZ)不含蒸發(fā)的摻雜物的摻雜模型匯總圖；圖5為本發(fā)明用于計(jì)算添加到CCZ包含蒸發(fā)的摻雜物的摻雜模型匯總圖；圖6為依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，形成在種晶端部容器的透視圖；圖7為依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，插入摻雜物容器的種晶的透視圖；圖8為圖7中通過(guò)摩擦力固定在該種晶上的該摻雜物容器的透視圖；圖9為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的摻雜物容器的透視圖；圖10為圖9中通過(guò)楔形部分摩擦力固定在該種晶上的該摻雜物容器的透視圖；圖11為和本發(fā)明相關(guān)摻雜物的特性總匯圖；圖12為本發(fā)明所使用密封摻雜物容器的透視圖；圖13為本發(fā)明所使用非密封摻雜物容器的透視圖；圖14為依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，合金立方塊的透視圖；圖15為本發(fā)明所制造單晶錠其徑向電阻率的圖標(biāo)；圖16為本發(fā)明所制造單晶錠其縱向電阻率的圖標(biāo)；圖17為本發(fā)明所制造的三個(gè)單晶錠其相關(guān)的摻雜物添加圖表；圖18為本發(fā)明所制造的三個(gè)單晶體其縱向電阻率的圖標(biāo)；以及圖19為本發(fā)明所制造的三個(gè)單晶體其徑向電阻率的圖標(biāo)。
具體實(shí)施例方式連續(xù)柴克勞司基(CCZ)硅晶裝置 參考圖1，本發(fā)明可通過(guò)使用CCZ晶錠成長(zhǎng)裝置所實(shí)現(xiàn)及制造，該裝置在圖1以編號(hào)10表示其截面圖以及通常設(shè)計(jì)。本程序可于開(kāi)始時(shí)，將預(yù)定量的電荷材料22裝載入坩堝15的外室或外圍室12及內(nèi)室14中。坩堝15較佳地可由石英所制造并涂層有析晶促進(jìn)(devitrification promoter)。添加到內(nèi)室14及外室12的摻雜物或摻雜物/娃合金總量，其最終將由所得到錠想要的電阻率而決定。依據(jù)本領(lǐng)域中的公知函數(shù)，錠電阻率以及摻雜濃度本質(zhì)上是成反比的關(guān)系。然而，當(dāng)系統(tǒng)在拉出晶錠期間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，有許多因素可以影響該摻雜濃度。為了達(dá)到想要的穩(wěn)態(tài)摻雜濃度從而生產(chǎn)具有想要電阻率的錠，其所需的摻雜物總量可依據(jù)如下所述的摻雜模型而決定。
坩堝15較佳地被配置成具有低寬高比(即淺)結(jié)構(gòu)，因此在任何特定時(shí)間里該坩堝內(nèi)都只需要相對(duì)較小的電荷質(zhì)量。該坩堝內(nèi)的最小熔化物質(zhì)量較佳地大于10公斤。坩堝15較佳地具有相對(duì)較大的直徑，從而能夠成長(zhǎng)直徑范圍在4到12英吋的大直徑晶體，該直徑范圍較佳地在6到9英寸，而晶錠長(zhǎng)度可在10到160英吋的范圍內(nèi)，并較佳地在40到120英吋范圍之間。外室12具有大約18英吋到大約36英吋，較佳地在大約18英吋到大約28英吋的直徑。內(nèi)部成長(zhǎng)室14具有大約10英吋到大約30英吋的直徑。坩堝15可由基座30所支撐并含括于熔化爐槽16中。在容納室12及14裝載有電荷材料22后，熔化爐槽16可被緊閉并用連續(xù)的惰性氣流回填，該惰性氣流較佳地是干燥氬氣。該經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的氣流有部分是通過(guò)清掃錐(purge cone) 32所導(dǎo)入。接著，通過(guò)供電到至少一個(gè)外圍加熱器18以及至少一個(gè)底部加熱器19開(kāi)始進(jìn)行熔化。通?？煞胖脽崞帘?0及21在熔化爐槽16中以控制熱發(fā)散并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臒崽荻?。?dāng)熔化發(fā)生時(shí)，可使用填充裝置24將額外的電荷材料22填充到外室12中直到坩堝15內(nèi)的熔化物材料具有想要的質(zhì)量。填充裝置24通常包括料斗26以及振動(dòng)溜槽28。當(dāng)外室12內(nèi)的電荷材料22熔化時(shí)，其經(jīng)由信道(未圖標(biāo))流入內(nèi)部成長(zhǎng)室14。該信道可包括已知于先前技術(shù)的隙縫、缺口、或?qū)Ч?。外?2壁及內(nèi)室14壁之間的區(qū)域可作為熔化區(qū)34。該內(nèi)室14壁內(nèi)的區(qū)域可做為成長(zhǎng)區(qū)36。檔板、堰(weir)、隔墻、或其它分隔結(jié)構(gòu)可選擇性地使用在熔化區(qū)34中。在想要的電荷材料22總量本質(zhì)上熔化在區(qū)域34及36后，可通過(guò)設(shè)置在種子夾頭40內(nèi)的種晶38開(kāi)始進(jìn)行晶錠成長(zhǎng)。種晶38可以是想要晶體材料或具有相同晶體結(jié)構(gòu)并具有比熔化物材料42更高熔化溫度的其它任何材料的樣品。開(kāi)始成長(zhǎng)時(shí)，可利用種子纜線44以及拉頭組件46把種晶38沉降到成長(zhǎng)區(qū)36的熔化物材料42中。當(dāng)部分熔化物材料42接觸到種晶38時(shí)將會(huì)冷卻及結(jié)晶，而種晶38則往上升。在晶錠成長(zhǎng)期間，拉頭組件46以及種子纜線44可由一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)種晶38，而基座則由另一相反方向旋轉(zhuǎn)坩堝15。種晶38的上升及旋轉(zhuǎn)速度以及基座30的旋轉(zhuǎn)速度可被操控，從而改變?nèi)刍锊牧?2中反向旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的混合現(xiàn)象、晶體52所采用的摻雜物總量、以及晶體52的形狀及大小。典型的晶錠52可包括頸部47、肩部48、本體50、以及尾部(未圖標(biāo))。晶錠52的這幾個(gè)部分可通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)、加熱、及提升的速度而成長(zhǎng)。在成長(zhǎng)期間，可使用填充裝置24添加額外的電荷材料22到熔化區(qū)34中。晶錠成長(zhǎng)終結(jié)后，晶錠52可從熔化物材料42中分離出并提升到與熔化爐槽16環(huán)境隔絕的拉室54中，并得以冷卻。在冷卻過(guò)后，晶錠52由該領(lǐng)域中所知悉的標(biāo)準(zhǔn)方法收成。該成長(zhǎng)程序可被重復(fù)以形成一系列連續(xù)錠中的第二晶錠。摻雜模型以及控制系統(tǒng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是關(guān)于摻雜模型的使用，其可在決定該熔化物濃度的任意特定時(shí)間影響該摻雜物的蒸發(fā)。該摻雜模型可被用來(lái)計(jì)算達(dá)到均勻電阻率所需要添加的摻雜物總量。可使用控制器引入該模型從而計(jì)算總量，并指示在任意特定時(shí)間所需添加摻雜物的精確量。該控制器可以是CPU或是其它可適用于監(jiān)控該熔化程度、晶錠重量、電荷材料重量、晶錠旋轉(zhuǎn)速率、基座旋轉(zhuǎn)速率、晶錠直徑、熔化物材料溫度、以及其它CCZ相關(guān)變量的計(jì)算機(jī)控制器。 該控制器也可被程序化，而能監(jiān)控該系統(tǒng)從初始充電的開(kāi)始到該次執(zhí)行最后晶錠完成成長(zhǎng)的結(jié)束的執(zhí)行時(shí)間。一般而言，一次執(zhí)行將持續(xù)大約25到400小時(shí)并成長(zhǎng)大約2到20個(gè)錠。該控制器也被程序化從而控制在初始充電期間填充到該系統(tǒng)的摻雜物以及硅電荷材料總量、摻雜到內(nèi)部成長(zhǎng)室14中的跨錠總量，并連續(xù)或半連續(xù)的填充及摻雜到外室
12。所添加的摻雜物總量是由該控制器依據(jù)式I所決定，如同以下所述及圖2所示，式I可預(yù)測(cè)在任意時(shí)間內(nèi)成長(zhǎng)室14中熔化物的摻雜濃度，并接著根據(jù)該錠想要的電阻值計(jì)算需要添加的摻雜物總量。式1:
權(quán)利要求
1.一種制備至少一個(gè)摻雜單晶娃的方法，其包括: (a)提供包括硅的熔化物材料到連續(xù)柴克勞司基晶體成長(zhǎng)裝置； (b)傳送摻雜物到該熔化物材料，其中，該摻雜物是鎵、銦、或鋁； (C)提供種晶到該熔化物材料中，其中，該熔化物材料處于熔融態(tài)；以及(d)通過(guò)將該種晶從該熔化物材料中抽出而成長(zhǎng)摻雜單晶硅，其中，在該成長(zhǎng)步驟期間提供額外的熔化物材料到該晶體成長(zhǎng)裝置。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中，該方法包括照順序準(zhǔn)備一系列的摻雜單晶硅，且其中，該傳送步驟包括經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)摻雜事件傳送該摻雜物到該熔化物材料。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中，該摻雜事件的頻率是通過(guò)計(jì)算在該成長(zhǎng)步驟期間該摻雜物已蒸發(fā)的總量所決定。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中，該一個(gè)或多個(gè)摻雜事件包括在相繼的晶體成長(zhǎng)之間的區(qū)間中，添加該摻雜物到該晶體成長(zhǎng)裝置的內(nèi)成長(zhǎng)室。
5.如權(quán)利要求3的方法，其中，該一個(gè)或多個(gè)摻雜事件包括在該成長(zhǎng)步驟期間，添加該摻雜物到晶體成長(zhǎng)裝置的外熔化室。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中，該摻雜單晶硅具有改變量沿縱向軸小于5%的電阻率。
7.如權(quán)利 要求6的方法，其中，該摻雜單晶硅具有少于每百萬(wàn)原子中25部分的間隙氧程度。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中，該摻雜單晶硅具有改變量沿縱向軸小于2%的電阻率。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中，該摻雜單晶硅具有少于每百萬(wàn)原子中25部分的間隙氧程度。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中，該摻雜單晶硅具有改變量沿徑向軸小于5%的電阻率。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中，該摻雜單晶硅具有少于每百萬(wàn)原子中25部分的間隙氧程度。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中，該摻雜單晶硅具有改變量沿徑向軸小于2%的電阻率。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中，該摻雜單晶硅具有少于每百萬(wàn)原子中25部分的間隙氧程度。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中，該摻雜物是摻雜物/硅合金。
15.如權(quán)利要求2的方法,其中，該一個(gè)或多個(gè)摻雜事件包括提供娃容器、添加該摻雜物到該硅容器、以及傳送該裝有摻雜物的該硅容器到該晶體成長(zhǎng)裝置的內(nèi)成長(zhǎng)室的該熔化物材料中。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中，提供硅容器包括使用該內(nèi)成長(zhǎng)室中的熔化物材料成長(zhǎng)硅容器于該種晶上。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中，提供硅容器包括預(yù)先制造硅容器并固定該硅容器于該種晶。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中，該硅容器是具有淺井的平板，并可添加摻雜物于該淺井中。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中，該硅容器是通過(guò)摩擦配合而固定于該種晶。
20.如權(quán)利要求2的方法，其中，該一個(gè)或多個(gè)摻雜事件包括在該成長(zhǎng)步驟期間提供硅儲(chǔ)藏器到晶體成長(zhǎng)裝置的外熔化室，其中，該儲(chǔ)藏器決定一個(gè)位于中心、并含有摻雜物總量于其中的螺紋凹孔，且復(fù)包括配置以用于固定部分該螺紋凹孔的螺紋塞。
21.如權(quán)利要求2的方法，其中，該一個(gè)或多個(gè)摻雜事件包括在該成長(zhǎng)步驟期間提供摻雜物合金立方體到晶體成長(zhǎng)裝置的外熔化室。
22.如權(quán)利要求2的方法，其中，該些摻雜事件發(fā)生在成長(zhǎng)該系列中各摻雜單晶硅之N /.刖。
23.如權(quán)利要求2的方法，其中，該些摻雜事件發(fā)生在該系列中各摻雜單晶硅的成長(zhǎng)期間。
24.如權(quán)利要求1的方法，其中，該方法包括采用一種模型，用來(lái)預(yù)測(cè)該晶體成長(zhǎng)裝置的內(nèi)成長(zhǎng)室的熔化物中的摻雜濃度，其中，該模型預(yù)測(cè)一段時(shí)間內(nèi)從該熔化物材料中該摻雜物的蒸發(fā)量。
25.—種摻雜單晶硅，其具有改變量沿縱向軸小于5%的電阻率。
26.如權(quán)利要求25的摻雜單晶硅，其具有少于每百萬(wàn)原子中25部分的間隙氧程度。
27.如權(quán)利要求25的摻雜單晶硅，其中，具有改變量沿縱向軸小于2%的電阻率。
28.如權(quán)利要求27的摻雜單晶硅，其具有少于每百萬(wàn)原子中25部分的間隙氧程度。
29.如權(quán)利要求25的摻雜單晶硅，其具有改變量沿徑向軸小于5%的電阻率。
30.一種摻雜單晶硅，其具有改變量沿徑向軸小于5%的電阻率。
31.如權(quán)利要求 30的摻雜單晶硅，其具有少于每百萬(wàn)原子中25部分的間隙氧程度。
32.如權(quán)利要求30的摻雜單晶硅，其中，具有改變量沿徑向軸小于2%的電阻率。
33.如權(quán)利要求32的摻雜單晶硅，其具有少于每百萬(wàn)原子中25部分的間隙氧程度。
34.一種使用如權(quán)利要求25的該單晶硅制造的太陽(yáng)能電池。
35.一種使用如權(quán)利要求30的該單晶硅制造的太陽(yáng)能電池。
36.一種裝有摻雜物的娃儲(chǔ)藏器,包括: 決定中心、螺紋凹孔的硅立方體； 裝于該凹孔的預(yù)定量摻雜物；以及 配置以用于固定部分該螺紋凹孔的螺紋塞。
37.一種用于添加摻雜物到晶體成長(zhǎng)裝置的內(nèi)成長(zhǎng)室的硅容器，該容器包括由該內(nèi)成長(zhǎng)室的熔化物材料形成于種晶端部上的硅杯。
38.一種用于添加摻雜物到晶體成長(zhǎng)裝置的內(nèi)成長(zhǎng)室的硅容器，該容器是配置以經(jīng)由摩擦配合固定于晶體成長(zhǎng)裝置的種晶。
39.如權(quán)利要求38的硅容器，其中，該容器包括用來(lái)握持摻雜物的淺井以及讓該種晶經(jīng)由其插入的隙縫。
40.如權(quán)利要求39的硅容器，其中，該容器附加地包括配置以插入該隙縫以固定該容器于該種晶的楔子。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種摻雜單晶硅，具有沿著縱向軸及/或徑向軸少于10%的電阻率改變，以及用在制備一個(gè)或一系列連續(xù)摻雜硅晶體的方法。該方法包含提供一種含有硅的熔化物材料到連續(xù)柴克勞司基晶體成長(zhǎng)裝置、傳送摻雜物(如鎵、銦、或鋁)到該熔化物材料、當(dāng)該熔化物材料處于熔融態(tài)的時(shí)候提供種晶到該熔化物材料中、并通過(guò)將該種晶從該熔化物材料中抽出成長(zhǎng)摻雜單晶硅。在該成長(zhǎng)步驟期間提供額外的熔化物材料至該裝置。本發(fā)明并揭露一種摻雜模型，用來(lái)計(jì)算將在一個(gè)或多個(gè)摻雜事件中被傳送到該熔化物材料摻雜物的總量、傳送該摻雜物的方法、以及用在傳送該摻雜物的導(dǎo)管及容器。
文檔編號(hào)H01L31/042GK103249875SQ201180053157
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者J·P·德盧卡, F·S·德?tīng)柨? B·K·約翰遜, W·L·盧特爾, N·D·米登多夫, D·S·威廉姆斯, N·P·奧斯特羅姆, J·N·海菲爾 申請(qǐng)人:Gt高級(jí)鋯石有限責(zé)任公司