连续CZ方法和设备技术

本发明专利技术有关一种CZ成长方法和设备，较佳为一种连续CZ成长方法和设备，其中实质上防止输送系统所提供的固体原料在晶锭成长期间进入坩埚的成长区域。以此方式，产生具有特别一致性质的晶锭。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】连续CZ方法和设备相关申请的交互参照本申请要求美国临时专利申请第61/699，004号(2012年9月10日申请)的权益。该临时专利申请的全部内容以参考方式并入本文。
本专利技术有关利用连续CZ单晶成长法制备晶锭，诸如硅晶锭，以及用于以此方法制备晶锭的装置。
技术介绍
制备用于制造集成电路和光伏打太阳能电池用材料的娃晶徒的最有效率和经济的方法之一为CZ (Czochralski)方法(以下有简称为CZ或CZ制程的情形)。在典型的CZ制程中，将硅进料置于坩祸内，并且将硅进料在约1416?的温度熔化至其液态。接着，将具预定结晶取向的小晶质硅晶种下降以接触熔化物的表面，接着将其逐渐地收回。在适当地控制温度下，液态硅在晶质晶种上冷冻成具有与该晶种所具者相同的取向。接着，将晶种缓慢地提高远离熔化物，以形成具有最终长度为一公尺或更多和直径为数百公厘(_)的成长中的娃晶质晶徒。已知有两种类型CZ技术，通常称为批式CZ方法和连续CZ法。于批式CZ，在经加热的坩祸中，将需要用于生长硅晶锭的全部量的进料材料在制程开始时熔化，而且将一块晶锭取出以使该坩祸实质上耗乏。接着，将坩祸在一块晶锭之后丢弃。相较于言，于连续CZ(CCZ)成长，在成长制程的期间连续地或周期性地补充进料材料，结果可在成长期间从经补料的单一坩祸拉出多个晶锭。仅在许多晶锭循环之后，丢弃坩祸，并且以新的坩祸置换。为了进行CCZ制程，需要将传统的批式CZ成长设备修改以包含一种用于以连续或半连续的方式将额外的进料材料供给熔化物，但不会不利地影响成长中晶锭性质的装置。为了减少此补料行为对同时结晶成长的不利效果，通常修改传统的石英坩祸以提供将经添加的材料传送入其中的外或环形熔融区域，以及从其拉出硅晶锭的内成长区域。此等区域彼此液态流动连通。虽然此等和其他已知的修改使得CCZ能用于制备具有良好的整体性质的硅晶锭，产业中对于改良的CCZ方法和装置仍有需求，尤其是彼等最小化或消除在拉出晶锭时由补料给坩祸所造成的效果者。
技术实现思路
本专利技术有关一种CZ成长设备，较佳为包括坩祸的连续CZ成长设备，该坩祸具有由至少一个壁分隔的内成长区域和外进料区域，该壁具有至少一个在该等区域之间提供限制的流体连通的开口。该设备进一步包括固体原料输送系统，其包括具有悬伸于坩祸的外进料区域上且在其中输送固体原料的输送点的进料器，以及至少一个实质上防止固体原料进入坩祸的内成长区域的粒子阻挡装置。于一个具体例，该设备进一步包括安置在坩祸的内成长区域上的隔热屏蔽。较佳地，隔热屏蔽和坩祸的壁是为空隙所分隔，而且粒子阻挡装置实质上防止固体原料通过该空隙。粒子阻挡装置可为至少部分覆盖坩祸的内成长区域的粒子屏蔽。例如，粒子屏蔽可安置在坩祸的壁上，而且伸入内成长区域。替代地，或额外地，粒子阻挡装置可为环绕隔热屏蔽周围安置(诸如，环绕其外底边缘)的隔离外壳。再者，或替代地，粒子阻挡装置可为至少部分环绕或位于该固体原料输送系统内而安置的粒子屏蔽，特别是环绕进料器的输送点，诸如与进料器一同安置的套件。本专利技术进一步有关一种CZ成长的方法，较佳为一种连续CZ成长硅晶锭的方法，包括以下步骤:在CZ成长设备中提供具有由至少一个壁分隔的内成长区域和外进料区域的坩祸；提供包括硅的固体预进料进入该内成长区域和该外进料区域；熔化该固体预进料；起始固体晶锭的成长；以及自该装置移除所产生的硅晶锭。生长硅晶锭同时，将固体原料从硅输送系统传输送至坩祸的外进料区域。另外，CZ成长设备包括至少一个实质上防止固体硅进入坩祸的内成长区域的粒子阻挡装置。较佳地，用于本专利技术的方法的CZ成长设备为本专利技术的设备。如所主张，应暸解前述一般性描述和以下详细描述两者为例示性且应仅为解释性，并且意欲以提供本专利技术的进一步解释。【附图说明】图1、图2以及图3为本专利技术的CZ成长设备和方法的具体例的示意图。符号说明100,200,300CZ 成长设备110,310坩祸lll、211、311a、311b 壁112、312内成长区域113,313a,313b外进料区域114加热器115熔化物116、216、316隔热屏蔽117、217、317固体原料输送系统118、218、318进料器119、219、319输送点120、320空隙121、221、321粒子屏蔽122水平段123垂直段124、224、324隔离外壳330套件。【具体实施方式】本专利技术有关一种硅晶锭的CZ成长设备和方法。本专利技术的CZ成长设备包括坩祸、固体原料输送系统以及至少一个粒子阻挡装置，各包含于产生晶锭(诸如，硅晶锭)的成长室内。成长室包括形成可加热的空间(其中提供有坩祸)的侧壁和顶壁。坩祸可含有包括硅的预进料，其在成长室内的坩祸中熔化。坩祸可用一个或多个台座从下方支撑，而且可为任何本领域中已知用于结晶生长且能含有固体和液体材料两者(特别是固体和液体硅)者。例如，坩祸可为石英坩祸或可为含有石英内衬料的石墨坩祸。取决于如结晶成长系统的几何，坩祸亦可具有任何横截面形状，但典型地具有圆形横截面形状。坩祸包括至少两个区域，各由具有至少一个开口(诸如切口、孔或管)的壁或其他分离装置分隔，以在该等区域之间提供限制的流体连通。例如，坩祸可包括壁以将其分成两个区域，即内区域(本文中称为内成长区域)和外区域(本文中称为外进料区域)。此等区域彼此流体连通。内区域为起始晶锭的成长且使晶锭从其生长之处，而外区域在晶锭生长时将额外的材料供入内区域。因此，当因结晶制程而从内成长区域移除材料时，新的材料可从外进料区域进入。较佳地，内成长区域及/或外进料区域含有欲于其中熔化的包括硅的固体预进料，而且可进一步包括至少一种掺杂物材料，包含，例如、磷、硼、镓、铟、铝、砷或铺。在晶质晶锭生长和取出之前，或较佳为同时，本专利技术的CZ成长设备的固体原料输送系统提供固体原料至坩祸。因此，较佳地，固体原料输送系统能在坩锅加热同时，输送固体形式材料至坩祸。在整个晶锭成长的过程中，可连续地或分批地(半连续地)提供原料。较佳地，该原料包括硅(包含冶金等级硅或太阳能等级硅)，而且进一步可包括至少一种掺杂物材料，诸如，磷、硼、镓、铟、铝、砷或锑。可使用各种用于将固体材料运输至坩祸的装置。例如，固体原料输送系统可包括进料器，诸如，凹槽系统透过该凹槽系统提供控制量的固体硅给坩祸。进料器可包括至少一个悬伸于坩祸上的输送点。当坩祸包括内成长区域和外进料区域时，较佳为固体原料输送系统提供材料至坩祸的外进料区域，以对从其生长或拉出晶质晶锭的熔化硅的干扰最小化。美国专利申请案第13/446，414号描述有用于本专利技术的CZ成长设备的适合的固体原料输送系统的具体实例，其全部内容以参考方式并入于本文中。因此，当因结晶制程而从内成长区域移除材料且新的材料从外进料区域进入内成长区域时，藉由输送系统提供额外的固体原料至外进料区域，藉以维持用于连续成长晶质晶锭的相对稳定熔化材料来源。本专利技术的CZ成长设备可进一步包括安置在坩祸上的隔热屏蔽，较佳为安置在坩祸的内成长区域上。当坩祸中维持熔化的进料时，该屏蔽保护生长中的晶锭免于过度地加热，故该屏蔽是由能抵挡成长设备内的高温和条件低传热性的材料所制成，或包括该材料。本领域中已知有各种种类的隔热屏蔽，而且任何这些都可用于本专利技术的设备。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CZ成长设备，包括：坩埚，其具有至少一个分隔内成长区域和外进料区域的壁，该壁具有至少一个在该内成长区域和该外进料区域之间提供限制的流体连通的开口；固体原料输送系统，其包括进料器，该进料器具有悬伸于该坩埚的该外进料区域上且在其中输送包括硅的固体原料的输送点；以及至少一个粒子阻挡装置，其实质上防止该固体原料进入该坩埚的该内成长区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·L·卢特尔，W·黄，
申请(专利权)人：GTATIP控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US