本領(lǐng)域大體上涉及半導(dǎo)體材料的單晶的制備，且更明確來(lái)說(shuō)，涉及用于控制晶體生長(zhǎng)過(guò)程期間氣體摻雜劑蒸發(fā)速率的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、單晶硅(其為用于制造半導(dǎo)體電子組件的大多數(shù)工藝的起始材料)通常由所謂的丘克拉斯基(“cz”)方法制備。在此方法中，將多晶硅(polycrystalline?silicon)(“多晶硅(polysilicon)”)充填到坩堝且熔化，使晶種與熔融硅或硅熔體接觸，且通過(guò)緩慢提取生長(zhǎng)單晶錠。

2、將一定量的摻雜劑添加到熔體以實(shí)現(xiàn)硅晶體的所要電阻率。常規(guī)來(lái)說(shuō)，將摻雜劑從位于硅熔體層級(jí)上方幾英尺的進(jìn)料漏斗饋送到熔體中。然而，此方法不適合揮發(fā)性摻雜劑，因?yàn)榇祟悡诫s劑往往不受控地蒸發(fā)到周圍環(huán)境中，導(dǎo)致可落入熔體中且并入成長(zhǎng)晶體中的氧化物粒子(即，次氧化物)的產(chǎn)生。這些粒子充當(dāng)異質(zhì)凝核點(diǎn)，且最終導(dǎo)致拉晶過(guò)程失敗。

3、此外，在常規(guī)系統(tǒng)中，熔體表面處的摻雜劑顆粒的升華通常引起周圍硅熔體的局部溫度降低，其繼而導(dǎo)致相鄰于摻雜劑顆粒的“硅舟”的形成。這些硅舟連同熔體的表面張力一起防止未到達(dá)熔體表面的許多摻雜劑顆粒沉入熔體中，因此增加可發(fā)生大氣的升華的時(shí)間。此現(xiàn)象導(dǎo)致氣體環(huán)境的摻雜劑的顯著損失且進(jìn)一步增加生長(zhǎng)腔室中的污染粒子的濃度。

4、一些已知摻雜劑系統(tǒng)將揮發(fā)性摻雜劑引入到生長(zhǎng)腔室中作為氣體。氣體摻雜劑可通過(guò)在進(jìn)料漏斗中蒸發(fā)揮發(fā)性摻雜劑來(lái)形成。如此形成的氣體摻雜劑離開(kāi)進(jìn)料漏斗且隨后接觸熔體的表面且流入熔體中。熔體中的摻雜劑物種接著通過(guò)擴(kuò)散及對(duì)流從熔體的表面朝向通過(guò)成長(zhǎng)單晶錠形成的固液界面輸送。然而，此類系統(tǒng)往往在生長(zhǎng)過(guò)程期間不均勻地供應(yīng)摻雜劑，借此增加摻雜劑濃度在成長(zhǎng)錠的徑向及/或軸向方向上的變動(dòng)。

5、在一些摻雜系統(tǒng)中，惰性氣體用于將揮發(fā)性摻雜劑饋送到生長(zhǎng)腔室中及/或?qū)怏w摻雜劑從進(jìn)料漏斗載送到硅熔體的表面。然而，惰性氣體的使用往往稀釋氣體摻雜劑，借此降低摻雜劑濃度，且從生長(zhǎng)腔室過(guò)快地清洗蒸發(fā)的摻雜劑。例如，具有低偏析系數(shù)的摻雜劑(例如砷(0.3)及磷(0.35))要求熔體中的摻雜劑濃度比生長(zhǎng)晶體中的所要摻雜劑濃度高約3倍。因此，蒸發(fā)的摻雜劑不具有足夠時(shí)間來(lái)流入硅熔體中，且需要更多摻雜劑來(lái)實(shí)現(xiàn)硅熔體中的所要摻雜劑濃度。

6、因此，需要一種簡(jiǎn)單的高成本效益方法來(lái)通過(guò)拉晶過(guò)程生產(chǎn)摻雜的單晶硅。還需要促進(jìn)對(duì)在拉晶過(guò)程期間將氣體摻雜劑物種引入到硅熔體中的控制的摻雜方法。此外，需要允許使用容易獲得及/或相對(duì)便宜的摻雜劑源材料且允許相對(duì)容易地?fù)诫s熔體的氣體摻雜方法。

7、本“背景技術(shù)”章節(jié)希望向讀者介紹可能與本公開(kāi)的各種方面相關(guān)的本技術(shù)的各種方面，所述方面在下文中描述及/或要求。據(jù)信此討論有助于為讀者提供背景信息以促進(jìn)對(duì)本公開(kāi)的各種方面的更好理解。因此，應(yīng)理解，這些陳述在此意義上閱讀且并非作為現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、一方面，公開(kāi)一種使用拉錠設(shè)備來(lái)生長(zhǎng)摻雜單晶硅錠的方法。所述拉錠設(shè)備包含內(nèi)部腔室、安置在所述內(nèi)部腔室內(nèi)的坩堝、熱源及具有開(kāi)口端的進(jìn)料管。所述進(jìn)料管包含接近所述開(kāi)口端的器皿。所述方法包含將多晶硅添加到所述坩堝，通過(guò)所述熱源加熱所述坩堝以從所述坩堝中的所述多晶硅形成硅熔體，及通過(guò)使所述熔體與晶種接觸且提拉所述晶種遠(yuǎn)離所述熔體以生長(zhǎng)單晶硅錠來(lái)從所述熔體生長(zhǎng)所述單晶硅錠。所述單晶硅錠具有頸部區(qū)域、肩部區(qū)域及主體區(qū)域。所述方法還包含將揮發(fā)性摻雜劑的填料添加到所述進(jìn)料管中，所述揮發(fā)性摻雜劑的所述填料由所述器皿接收。所述方法進(jìn)一步包含將所述進(jìn)料管定位于所述內(nèi)部腔室內(nèi)使得所述進(jìn)料管的所述開(kāi)口端具有相對(duì)于所述熔體的表面的第一高度。所述方法進(jìn)一步包含在所述內(nèi)部腔室內(nèi)調(diào)整所述進(jìn)料管以將所述進(jìn)料管的所述開(kāi)口端從所述第一高度移動(dòng)到相對(duì)于所述熔體的所述表面的第二高度。所述第二高度小于所述第一高度，且所述進(jìn)料管的所述開(kāi)口端依某一速率從所述第一高度移動(dòng)到所述第二高度。所述方法還包含在所述開(kāi)口端依所述速率從所述第一高度移動(dòng)到所述第二高度時(shí)通過(guò)所述熱源及來(lái)自所述熔體的所述表面的輻射熱加熱含有所述揮發(fā)性摻雜劑的所述器皿以形成氣體摻雜劑。所述第二高度及所述速率中的每一者經(jīng)選擇以控制所述揮發(fā)性摻雜劑的蒸發(fā)速率。所述方法還包含通過(guò)使所述熔體的所述表面與所述氣體摻雜劑接觸以在生長(zhǎng)所述單晶硅錠的所述主體區(qū)域時(shí)將摻雜劑物種引入到所述熔體中。所述蒸發(fā)速率經(jīng)控制使得所述摻雜劑物種依足以在所述主體區(qū)域的軸向長(zhǎng)度上維持所述主體區(qū)域的電阻率的速率引入。

2、另一方面，公開(kāi)一種用于生長(zhǎng)摻雜單晶硅錠的拉錠設(shè)備。所述設(shè)備包含界定內(nèi)部腔室的外殼及安置在所述內(nèi)部腔室內(nèi)以固持硅熔體的坩堝。所述設(shè)備還包含用于將摻雜劑物種引入到所述熔體中的氣體摻雜系統(tǒng)。所述氣體摻雜系統(tǒng)包含在第一端與第二端之間延伸的進(jìn)料管，所述第二端位于所述內(nèi)部腔室中。所述進(jìn)料管還包含接近所述第二端安置的器皿。所述氣體摻雜系統(tǒng)還包含與所述進(jìn)料管的所述第一端流體連通耦合的摻雜劑進(jìn)料源，所述摻雜劑進(jìn)料源經(jīng)配置以將揮發(fā)性摻雜劑添加到所述進(jìn)料管。所述氣體摻雜系統(tǒng)還包含經(jīng)配置以在第一位置與第二位置之間調(diào)整所述進(jìn)料管的位置的定位系統(tǒng)，在所述第一位置中所述進(jìn)料管的所述第二端位于所述熔體的表面上方的第一高度處，在所述第二位置中所述進(jìn)料管的所述第二端位于所述熔體的所述表面上方的小于所述第一高度的第二高度處。所述氣體摻雜系統(tǒng)還包含通信耦合到所述摻雜劑進(jìn)料源及所述定位系統(tǒng)的控制器。所述控制器經(jīng)配置以引起所述摻雜劑進(jìn)料源將目標(biāo)量的所述揮發(fā)性摻雜劑添加到所述進(jìn)料管且引起所述定位系統(tǒng)依某一速率將所述進(jìn)料管移動(dòng)到所述第二位置。所述第二高度及所述速率中的每一者經(jīng)選擇以控制所述進(jìn)料管中的所述揮發(fā)性摻雜劑在拉錠過(guò)程期間的蒸發(fā)速率。

3、另一方面，公開(kāi)一種用于生長(zhǎng)摻雜單晶硅錠的拉錠設(shè)備。所述設(shè)備包含界定內(nèi)部腔室的外殼及安置在所述內(nèi)部腔室內(nèi)以固持硅熔體的坩堝。所述設(shè)備還包含用于將摻雜劑物種引入到所述熔體中的第一氣體摻雜系統(tǒng)及第二氣體摻雜系統(tǒng)。所述第一及第二氣體摻雜系統(tǒng)中的每一者包含在第一端與第二端之間延伸的進(jìn)料管，所述第二端位于所述內(nèi)部腔室中。所述進(jìn)料管還包含接近所述第二端安置的器皿。所述第一及第二氣體摻雜系統(tǒng)中的每一者還包含與所述進(jìn)料管的所述第一端流體連通耦合的摻雜劑進(jìn)料源，所述摻雜劑進(jìn)料源經(jīng)配置以將揮發(fā)性摻雜劑添加到所述進(jìn)料管。所述第一及第二氣體摻雜系統(tǒng)中的每一者還包含經(jīng)配置以在第一位置與第二位置之間調(diào)整所述進(jìn)料管的位置的定位系統(tǒng)，在所述第一位置中所述進(jìn)料管的所述第二端位于所述熔體的表面上方的第一高度處，在所述第二位置中所述進(jìn)料管的所述第二端位于所述熔體的所述表面上方的小于所述第一高度的第二高度處。所述氣體摻雜系統(tǒng)還包含通信耦合到所述摻雜劑進(jìn)料源及所述定位系統(tǒng)的控制器。所述控制器經(jīng)配置以引起所述摻雜劑進(jìn)料源將目標(biāo)量的所述揮發(fā)性摻雜劑添加到所述進(jìn)料管且引起所述定位系統(tǒng)將所述進(jìn)料管移動(dòng)到所述第二位置。所述第二高度經(jīng)選擇以控制所述進(jìn)料管中的所述揮發(fā)性摻雜劑在拉錠過(guò)程期間的蒸發(fā)速率。

4、關(guān)于本公開(kāi)的上述方面所指出的特征存在各種改進(jìn)。另外的特征也可并入本公開(kāi)的上述方面中。這些改進(jìn)及額外特征可個(gè)別地或依任何組合存在。例如，下文關(guān)于本公開(kāi)的說(shuō)明實(shí)施例中的任何者所討論的各種特征可單獨(dú)地或依任何組合并入本公開(kāi)的上述方面中的任何者中。