使用汽化掺杂物生产单晶硅锭的系统及方法与流程

使用汽化掺杂物生产单晶硅锭的系统及方法
1.相关申请案的交叉参考
2.本技术案主张2020年12月31日申请的第17/139,367号美国专利申请案及2020年12月31日申请的第17/139,352号美国专利申请案的优先权，所述美国专利申请案的公开内容特此以全文引用方式并入。
技术领域
3.所述领域涉及使用汽化掺杂物生产单晶硅锭的系统及方法。


背景技术：

4.在高电阻率硅晶片应用中，用以切割成晶片的单晶硅锭的电阻率可通过将各种掺杂物添加到熔体来控制。掺杂物可用于补偿用来形成从其中取出硅锭的熔体的多晶硅来源中的各种杂质(例如，硼或磷)。
5.当在锭中添加一或多种掺杂物以达成目标电阻率时，由于化合物的偏析系数不同，某些掺杂物及/或杂质可累积在熔体中。例如，硼具有偏析系数约为0.8，此使得硼很容易被吸收到生长锭中。磷具有偏析系数约为0.35，此使得磷相对于硼累积在熔体，而硼更容易被吸收。因此，随着锭生长及熔体耗尽，磷累积在熔体中，变更生长锭的电阻率。此可导致电阻率下降，且超出顾客规格及/或在锭中发生类型改变。
6.需要在锭生长期间用于反掺杂硅熔体的方法来增加锭的长度，使其保持在顾客规格内。还需要掺杂方法，容许使用容易获得及/或相对不贵的掺杂源材料，且容许相对容易地掺杂熔体。此外，需要一种容许将液相掺杂物用作掺杂物来源的拉锭设备。
7.本章节意在向读者介绍可与本公开的各种方面有关的技术的各种方面，以下对所述方面进行描述及/或主张。本讨论被认为有助于为读者提供背景信息，以促成更好地理解本公开的各种方面。因此，应了解，这些声明是在此情况下阅读，而非承认现有技术。


技术实现要素：

8.一方面，一种用于生产掺杂单晶硅锭的拉锭设备包含界定室的外壳、安置于所述室内的坩埚及延伸到所述外壳的掺杂物注射器。所述掺杂物注射器包含附接到所述外壳且延伸穿过所述外壳到所述室的输送模块。所述输送模块包含定位于所述室内的掺杂物注射管及定位于所述掺杂物注射管及所述室内的汽化杯。所述第二阀选择性地将所述液体掺杂物引导到所述汽化杯，且所述汽化杯将所述液体掺杂物汽化为汽化掺杂物。
9.另一方面，一种用于生产掺杂单晶硅锭的拉锭设备包含界定室的外壳、安置于所述室内的坩埚及延伸到所述外壳的掺杂物注射器。所述掺杂物注射器包含附接到所述外壳的外表面的注射模块。所述注射模块包含：第一贮器，其用于容纳液体掺杂物；第二贮器，其用于容纳所述液体掺杂物；第一阀，其用于选择性地将所述液体掺杂物从所述第一贮器引导到所述第二贮器；及第二阀，其用于选择性地将所述液体掺杂物从所述第二贮器引导到所述室。所述掺杂物注射器还包含附接到所述注射模块且延伸穿过所述外壳到所述室的输
送模块。所述第二阀选择性地将所述液体掺杂物引导到所述输送模块，且所述输送模块将所述液体掺杂物汽化为汽化掺杂物。
10.另一方面，一种用于生产掺杂单晶硅锭的拉锭设备包含界定室的外壳、安置于所述室内的坩埚及延伸到所述外壳的掺杂物注射器。所述掺杂物注射器包含附接到所述外壳的外表面的注射模块。所述注射模块包含：第一贮器，其用于容纳液体掺杂物；第二贮器，其用于容纳所述液体掺杂物；第一阀，其用于选择性地将所述液体掺杂物从所述第一贮器引导到所述第二贮器；及第二阀，其用于选择性地将所述液体掺杂物从所述第二贮器引导到所述室。所述掺杂物注射器还包含附接到所述注射模块且延伸穿过所述外壳到所述室的输送模块。所述输送模块包含定位于所述室内的掺杂物注射管及定位于所述掺杂物注射管及所述室内的汽化杯。所述第二阀选择性地将所述液体掺杂物引导到所述汽化杯，且所述汽化杯将所述液体掺杂物汽化为汽化掺杂物。
11.另一方面，提供一种用于掺杂从定位于拉锭设备内的坩埚内容置的硅熔体拉出的单晶硅锭的方法。所述拉锭设备包含外壳、延伸到所述外壳的掺杂物注射器及定位于所述外壳的加热系统。所述掺杂物注射器包含定位于所述外壳内的掺杂物注射管及定位于所述掺杂物注射管及所述外壳内的汽化杯。所述方法包含使用所述加热系统加热所述汽化杯。所述方法还包含将所述外壳的内部的压力保持在第一压力。所述方法进一步包含将液体掺杂物注射到所述掺杂物注射管及所述汽化杯。所述液体掺杂物的压力在注射到所述掺杂物注射管及所述汽化杯之前保持在大于所述第一压力的第二压力。所述方法还包含将所述液体掺杂物汽化为所述外壳内的汽化掺杂物。所述液体掺杂物通过使用所述汽化杯加热所述液体掺杂物及通过将所述液体掺杂物注射到所述外壳而将所述液体掺杂物的所述压力从所述第二压力降低到所述第一压力来通过闪蒸汽化。所述方法进一步包含使用所述掺杂物注射管将所述汽化掺杂物引导到所述外壳。
12.另一方面，提供一种从定位于拉锭设备内的坩埚内容置的硅熔体生产单晶硅锭的方法。所述方法包含将多晶硅添加到所述坩埚。所述坩埚安置于拉锭器内室内。所述方法还包含加热所述多晶硅以使硅熔体形成于所述坩埚中。所述方法进一步包含从所述硅熔体拉出单晶硅锭。所述方法还包含将液体掺杂物注射到所述拉锭设备。所述方法进一步包含在所述拉锭设备内将所述液体掺杂物汽化为汽化掺杂物。所述方法还包含使所述汽化掺杂物与所述熔体的表面接触以使所述汽化掺杂物作为掺杂物进入所述熔体，同时从所述熔体拉出所述单晶硅锭。
13.另一方面，一种用于掺杂从定位于拉锭设备内的坩埚内容置的硅熔体拉出的单晶硅锭的方法。所述拉锭设备包含外壳、延伸到所述外壳的掺杂物注射器及定位于所述外壳的加热系统。所述掺杂物注射器包含定位于所述外壳内的掺杂物注射管及定位于所述掺杂物注射管及所述外壳内的汽化杯。所述方法包含使用所述加热系统加热所述汽化杯。所述方法还包含将液体掺杂物注射到所述掺杂物注射管及所述汽化杯。所述方法进一步包含将所述液体掺杂物汽化为所述外壳内的汽化掺杂物。所述液体掺杂物通过使用所述汽化杯加热所述液体掺杂物来通过闪蒸汽化。所述方法还包含使用所述掺杂物注射管将所述汽化掺杂物引导到所述外壳。
14.关于本公开的所述上述方面所提及的特征存在各种改进。其它特点也可并入本公开的所述上述方面。这些改进及额外特征可单独存在，或以任何组合存在。例如，以下讨论
的关于本公开的所说明实施例中的任何者的各种特征可单独或以任何组合并入本公开的上述方面中的任何者。
附图说明
15.图1是具有掺杂物注射器的拉锭设备的实施例的部分横截面侧视图。
16.图2是图1所展示的掺杂物注射器的透视图。
17.图3是图1所展示的掺杂物注射器的横截面透视图。
18.图4a是图1所展示的掺杂物注射器的横截面透视图。
19.图4b是图4a所展示的掺杂物室的详细横截面透视图。
20.图5a是图1所展示的掺杂物注射器的横截面透视图。
21.图5b是图5a所展示的掺杂物室的详细横截面透视图。
22.图6a是图1所展示的掺杂物注射器的横截面透视图。
23.图6b是图6a所展示的输送模块的详细横截面透视图。
24.图7是图3所展示的汽化杯的横截面透视图。
25.图8是锭电阻率随锭长度变化的曲线图。
26.图9是生产单晶硅锭的实例方法的示意图。
27.图10是掺杂单晶硅锭的实例方法的示意图。
28.对应参考符号指示所有图式中的对应部件。
具体实施方式
29.实例拉锭设备100大体上在图1到8展示。图1到8的设备100可用于使用本文描述的方法中的汽化硼掺杂物对锭进行反掺杂或掺杂，或可与其它液相掺杂物一起使用，所述掺杂物可在硅的熔点(约1414℃)以下以原生形式或水合形式或在对晶体生长工艺无污染的化合物中汽化。
30.现参考图1，拉锭设备100包含拉锭器外壳102，所述外壳102界定外壳102内的拉锭器内室104。坩埚106安置于拉锭器内室104内。坩埚106容纳硅熔体108，从其中拉出硅锭110。锭110由遮热板112所覆盖。
31.拉锭设备100包含当锭110从硅熔体110拉出时用于将液体掺杂物注射到拉锭设备的掺杂物注射器114。当锭110从硅熔体110拉出时，掺杂物注射器114使硅熔体110能够用液体掺杂物多次反掺杂，提高锭的电阻率，提高锭在顾客规格内的部分(例如，高电阻率)，且提高拉锭设备的效率。
32.掺杂物注射器114包含注射模块116、输送模块118及第一凸缘120。注射模块116及输送模块118各自附接到第一凸缘120，且凸缘将注射模块及输送模块附接到外壳102。具体来说，外壳102界定掺杂物注射器开口122，且第一凸缘120附接到外壳，使得凸缘覆盖掺杂物注射器开口。
33.注射模块116附接到第一凸缘120的第一侧124上，使得注射模块定位于室104外。输送模块118附接到第一凸缘120的第二侧126，使得输送模块定位于室104内。注射模块116接收掺杂物且将掺杂物引导到输送模块118，且输送模块从注射模块接收掺杂物且将掺杂物注射到室104，如本文所描述。在此实施例中，注射模块116接收液体掺杂物，且输送模块
118在室104内汽化液体掺杂物，如本文所描述。
34.如图2所展示，注射模块116包含：第二凸缘128；掺杂室130，其附接到第二凸缘128；致动机构132，其定位于掺杂室的顶部上；冷却流体管道134及136，其用于将冷却流体引导到掺杂物注射器114；风箱138，其附接到第一凸缘120及第二凸缘128；及埠140、142及144，其用于将材料引导到掺杂物注射器及排出。掺杂室130附接到第二凸缘128的第一侧146，风箱138附接到第二凸缘128的第二侧148及第一凸缘120的第一侧124，且埠140，142及144附接到掺杂室且从其延伸。风箱138使注射模块116定位于拉锭器内室104内，接近硅熔体110。具体来说，风箱138使注射模块116相对于硅熔体110垂直移动。
35.冷却流体管道134及136包含冷却流体供应134及冷却流体回路136。冷却流体管道134及136延伸穿过致动机构132且延伸到掺杂室130。致动机构132包含用于在掺杂物注射器114内致动阀的气缸150，如本文所描述。埠140、142及144包含：惰性气体埠140，其用于将惰性气体供应到掺杂物注射器114；压力传感器埠142，其用于测量掺杂室130的压力；及真空埠144，其用于在掺杂室内产生真空。
36.如图3所展示，注射模块116还包含掺杂物添加管152、界定第一贮器156的第一贮器管154、部分界定第二贮器160的第二贮器管158、第一阀162、第二阀164、致动器166、致动轴168、冷却夹套170。掺杂物添加管152、第一贮器管154、第一贮器156及第一阀162都定位于掺杂室130内。第二贮器管158、第二贮器160、致动轴168及冷却夹套170都从掺杂室130延伸。第二贮器管158包围致动轴168以在其之间界定第二贮器160，且冷却夹套170包围第二贮器管158。
37.掺杂物添加管152耦合到第一贮器156，且第一阀162由致动轴168选择性地致动，以保持或释放第一贮器内的液体掺杂物。掺杂物添加管152接收液体掺杂物且将液体掺杂物引导到第一贮器156。第一阀162关闭，且保持第一贮器156内的液体掺杂物。在由致动轴168致动的情况下，第一阀162打开且将液体掺杂物引导到第二贮器160，如本文所描述。
38.第一贮器156耦合到第二贮器160，且第一阀162由致动轴168选择性地致动，以将第一贮器内的液体掺杂物释放到第二贮器。第二贮器160接收液体掺杂物且将液体掺杂物引导到输送模块118。第二阀164关闭且保持第二贮器160内的液体掺杂物。在由致动轴168致动的情况下，第二阀164打开，且将液体掺杂物引导到输送模块118，如本文所描述。冷却夹套170接收来自冷却流体供应134的冷却流体，且使冷却流体返回到冷却流体回路136。冷却流体冷却注射模块116以防止注射模块过热。
39.拉锭器内室104保持在第一压力，且掺杂室130保持在大于第一压力的第二压力。具体来说，拉锭器内室104的第一压力保持在真空，且掺杂室130的第二压力保持在大气压，使得液体掺杂物还保持在大气压。在替代实施例中，拉锭器内室104的第一压力保持在低于大气压的压力，且掺杂室130的第二压力保持在高于第一压力的压力。因此，液体掺杂物保持在第二压力(大气压)，直到液体掺杂物注射到拉锭器内室104，其中液体掺杂物的压力降低到第一压力(真空)。
40.致动器164定位于掺杂室130内，且耦合到气缸150及致动轴168。气缸150致动致动器160，且致动器致动第一阀162及致动轴168。致动轴168致动第二阀164。更具体来说，在所说明的实施例中，致动器160是线性致动器，其线性平移第一阀162及轴168以平移打开第一阀，且线性平移第二阀164以打开第二阀。在替代实施例中，致动轴168耦合到第一阀162及
第二阀164两者，且致动第一阀及第二阀两者。在一些实施例中，致动轴168独立地致动第一阀162及第二阀164。在替代实施例中，致动轴168同时致动第一阀162及第二阀164。例如，致动轴168可同时致动第一阀162及第二阀164，使得当第二阀164打开时第一阀162关闭，且当第二阀164关闭时第一阀162打开，以在拉锭器内室104内保持第一压力。
41.输送模块118包含进料管172及定位于进料管内的汽化杯174。进料管172定位于拉锭器内室104内，且将汽化掺杂物引导到硅熔体108。具体来说，汽化杯174由来自拉锭器内室104内的辐射热加热，且接收来自第二贮器160的液体掺杂物。拉锭设备100包含加热系统176，所述加热系统176熔化硅熔体108且将热量辐射到拉锭器内室104。液体掺杂物在拉锭器内室104内汽化为汽化掺杂物，其中液体掺杂物通过使用汽化杯174加热液体掺杂物及通过将液体掺杂物注射到拉锭器内室104而将液体掺杂物的压力从第二压力降低到第一压力来通过闪蒸汽化。
42.进料管172具有离拉锭器外壳102最远的远端178及离拉锭器外壳最近的近端180。进料管轴a延伸穿过进料管172的远端178及近端180。进料管172可由石英或其它适合材料制成。
43.进料管172可沿进料管轴a在拉锭器内室104内移动。进料管172可降低到拉锭器内室104朝向硅熔体108。具体来说，进料管172附接到冷却夹套170，且冷却夹套附接到掺杂室130。风箱138使掺杂室130、冷却夹套170及进料管172沿着进料管轴a移动，朝向及远离硅熔体108。通过移动掺杂室130、冷却夹套170及进料管172，进料管172的远端178在升高位置(其中远端定位于远离硅熔体108)与较低位置(其中远端定位成接近硅熔体108的表面)之间移动。遮热板112可包含在其中形成的通道182，以提供路径，用于将供料管172接近硅熔体108。
44.在进料管172的较低位置，汽化掺杂物行进下进料管，其中汽化掺杂物被导引到硅熔体108的表面。汽化掺杂物穿过进料管172的远端178，以与硅熔体108接触，使硅熔体被掺杂及/或反掺杂。当掺杂室130、冷却夹套170及进料管172从升高位置移动到较低位置时，可(例如，由操作员)改变汽化杯174与硅熔体108与加热系统176之间的距离。
45.汽化杯174包含接收器184及定位于接收器内的汽化塞186，且将接收器分为液体接收部分188及蒸汽通道部分190。接收器184及汽化塞186界定液体接收部分188，且接收器184界定通道192，通道192将汽化掺杂物从液体接收部分引导到进料管172。汽化塞186具有第一端194及第二端196，且界定从第一端延伸到第二端的汽化通道198，所述汽化通道198使汽化掺杂物从液体接收部分188引导到蒸汽通道部分190。
46.来自加热系统176的余热加热汽化塞186，且第二阀164将液体掺杂物从第二贮器160引导到液体接收部分188且进入汽化塞。通过使用汽化塞186加热液体掺杂物及通过将液体掺杂物注射到液体接收部分188而将液体掺杂物的压力从第二压力降低到第一压力，汽化塞186通过闪蒸将液体掺杂物汽化为汽化掺杂物。汽化通道198将汽化掺杂物引导到蒸汽通道部分190的通道192，其将汽化掺杂物引导到进料管172且到硅熔体108。此外，加工气体(例如氩气)可通过惰性气体埠140循环穿过掺杂室130，以使汽化掺杂物引导穿过汽化杯174及进料管172。
47.压力传感器埠142使得能够测量拉锭器内室104内的压力。真空埠144可进行泵回及泄漏测试。冷却夹套170冷却注射模块116以防止注射模块过热。
48.本公开的实例方法在图9及10中展示。所述方法可通过使用经配置以从液相硼酸中生产含硼气体的拉锭设备100来实施。而所述方法可参照图1到8中所展示的拉锭设备100来描述以举例说明所述方法，除非另有说明，否则所述方法不应限制于拉锭设备100。
49.参考图8，根据用于制备硅锭的方法的实施例，在安置于拉锭设备100的拉锭器内室104内的坩埚106中制备硅熔体。坩埚106可由感受器(未展示)支撑。拉锭设备100可经配置以旋转坩埚106及/或在拉锭设备100内垂直移动坩埚106。
50.为制备硅熔体，多晶硅添加到坩埚106。多晶硅加热到硅的熔化温度(约1414℃)以上，以使多晶硅液化为硅熔体108。加热系统176经操作以熔化多晶硅。例如，一或多个加热器200在坩埚106下面或侧面经操作以熔化硅。
51.在生产熔体108之前或之后，熔体可使用掺杂物掺杂，通常是n型掺杂物，以补偿熔体中的p型杂质(例如硼)。n型掺杂物可在锭110开始生长之前添加。通过补偿熔体，所得锭110的电阻率可提高。例如，锭的晶种端(即，最接近锭冠部的锭的部分)可具有电阻率至少约为30ω-cm，或如在其它实施例中，至少约35ω-cm，至少约40ω-cm，至少约45ω-cm，至少约50ω-cm，至少约55ω-cm，至少约60ω-cm或从约30ω-cm到约60ω-cm。适合n型掺杂物包含磷及砷。
52.一旦熔体108经制备，单晶硅锭110从熔体108拉出。种子晶体202固定于种子夹头204。将种子夹头204及种子晶体202降低，直到种子晶体202接触硅熔体108的表面。一旦种子晶体202开始熔化，拉式机构缓慢地将种子晶体202上升以生长单晶锭110。加工气体(例如氩气)循环穿过拉锭设备100的拉锭器内室104。加工气体在拉锭器内室104内产生气体。
53.本公开的方法的实施例包含提供液相硼酸(h3bo3)的来源。硼酸可为相对较纯，例如约纯度99％或以上，纯度99.9％或以上，或纯度99.99％或以上。在一些实施例中，硼酸可为相对同位素纯(即硼-11)。
54.含硼气体生产自液相硼酸。所生产的气体大体上为硼酸(h3bo3)或其衍生物(b
xoyhz+
错合物)的形式，而非其它化合物(例如二硼烷(b2h6)或二氢化硼(bh2))。然而，应了解，其它硼化合物可添加到含硼气体。
55.液相硼酸可加热到高于其汽化温度(约300℃)，以生产含硼气体。例如，液相硼酸可由从拉锭设备100中的硅熔体108辐射的热量或由加热系统176加热。
56.一旦含硼气体经生产，含硼气体与硅熔体108的表面接触，以使硼扩散到熔体。一旦硼进入熔体，硼补偿磷，磷由于磷的偏析系数相对低而集中在熔体中，借此增加在拉锭设备100中形成的锭110的剩余部分的电阻率。
57.图8是锭电阻率随锭长度变化的曲线图206。如图8所展示，当锭110从硅熔体拉出时，硅熔体108可多次反掺杂，如本文所描述。具体来说，因为磷的浓度，随着锭从硅熔体108拉出，锭110的电阻率可降低。如本文所描述，当锭110在生产期间从硅熔体108拉出时，硅熔体108可多次使用掺杂物注射器114反掺杂，以增加锭的电阻率，使得大部分锭在客户规格内(例如，高电阻率)。更具体来说，如图8所展示，当锭110从硅熔体108拉出时，硅熔体108进行两次反掺杂。因此，掺杂物注射器114通过在生产锭110期间多次反掺杂硅熔体108，且将大部分锭的电阻率保持在顾客规格内(例如，高电阻率)，提高拉锭设备100的效率。
58.图9是用于从定位于拉锭设备内的坩埚内容置的硅熔体生产单晶硅锭的方法300的流程图。方法300包含302将多晶硅添加到坩埚，且坩埚安置于拉锭器内室内。方法300还
包含304加热多晶硅，以使硅熔体在坩埚中形成。方法300进一步包含306从硅熔体拉出单晶硅锭。方法300还包含308将液体掺杂物注射到拉锭设备。方法300进一步包含310在拉锭设备内将液体掺杂物汽化为汽化掺杂物。方法300还包含312使汽化掺杂物与熔体的表面接触以使汽化掺杂物作为掺杂物进入熔体，同时从熔体拉出单晶硅锭。
59.图10是用于掺杂从定位于拉锭设备内的坩埚内容置的硅熔体拉出的单晶硅锭的方法400的流程图。拉锭设备包含外壳、延伸到外壳的掺杂物注射器及定位于外壳的加热系统。掺杂物注射器包含定位于外壳内的掺杂物注射管及定位于掺杂物注射管及外壳内的汽化杯。方法400包含402使用加热系统加热汽化杯。方法400还包含404将外壳的内部的压力保持在第一压力。方法400进一步包含406将液体掺杂物注射到掺杂物注射管及汽化杯。液体掺杂物的压力在注射到掺杂物注射管及汽化杯之前保持在大于第一压力的第二压力。方法400还包含408将液体掺杂物汽化为外壳内的汽化掺杂物。液体掺杂物通过使用汽化杯加热液体掺杂物及通过将液体掺杂物注射到外壳而将液体掺杂物的压力从第二压力降低到第一压力来通过闪蒸汽化。方法400进一步包含410使用掺杂物注射管将汽化掺杂物引导到外壳。
60.与从硅熔体生产单晶硅锭的常规方法相比，本公开的系统及方法具有若干优点。具体来说，大部分锭可为客户规格内(例如，高电阻率)，及/或可防止锭中类型改变。更具体来说，本公开的系统及方法控制掺杂的速率，使得补偿硼并入到锭以中和磷的偏析的效应。因此，净自由电荷载体可保持在锭的长度的限制之间。取决于锭的目标电阻率，控制掺杂率可防止锭的类型从n型改变为p型，或在其它实例中从p型改变为n型。液相硼酸具有相对低汽化温度，此容许掺杂气体能够相对容易地产生。此外，可将汽化杯放置于拉锭器外壳内，此容许熔体及加热系统的热量能够汽化掺杂物。进料管在拉锭设备内可移动，使得离熔体的距离可控制，此容许控制添加到熔体中的掺杂物的速率。因此，本文描述的系统及方法通过在生产锭期间多次反掺杂硅熔体，且将大部分锭的电阻率保持在顾客规格内(例如，高电阻率)，提高拉锭设备的效率。
61.如本文所使用，当术语“约”、“实质上”、“基本上”及“大约”与尺寸、浓度、温度或其它物理或化学性质或特性的范围结合使用时，意味着覆盖变动，变动可存在于性质或特性的范围的上限或下限中，包含，例如，由舍入、测量方法或其它统计变动导致的变动。
62.在介绍本公开的元件或其实施例时，冠词“一(a/an)”、“所述”意在表示存在一或多个元件。术语“包括”、“包含”、“含有”及“具有”意在包含性，且意味着除所列元件外，可存在额外元件。使用指示特定定向的术语(例如“顶部”、“底部”、“侧面”等)是为便于描述，且不要求所描述的项目的任何特定定向。
63.由于在不背离本公开的范围的情况下，可对以上结构及方法进行各种改变，因此，以上描述中所含有及附图中所展示的所有内容将被解释为说明性的，而非限制。

技术特征：
1.一种用于生产掺杂单晶硅锭的拉锭设备，所述拉锭设备包括：外壳，其界定室；坩埚，其安置于所述室内；及掺杂物注射器，其延伸到所述外壳，所述掺杂物注射器包括：输送模块，其附接到所述外壳且延伸穿过所述外壳到所述室，所述输送模块包括：掺杂物注射管，其定位于所述室；及汽化杯，其定位于所述掺杂物注射管及所述室内，其中第二阀选择性地将液体掺杂物引导到所述汽化杯且所述汽化杯将所述液体掺杂物汽化为汽化掺杂物。2.根据权利要求1所述的拉锭设备，其中所述掺杂物注射管包含定位成接近熔体的表面的第一端以将所述汽化掺杂物导引到所述表面。3.根据权利要求1所述的拉锭设备，其中所述汽化杯包括：接收器；及汽化塞，其定位于所述接收器内，其中所述液体掺杂物被注射到所述接收器上且所述接收器将所述液体掺杂物汽化为所述汽化掺杂物。4.根据权利要求3所述的拉锭设备，其中所述汽化塞将所述接收器分为液体接收部分及蒸汽通道部分。5.根据权利要求4所述的拉锭设备，其中所述接收器界定将所述汽化掺杂物从所述液体接收部分引导到所述掺杂物注射管的通道。6.根据权利要求5所述的拉锭设备，其中所述汽化塞包含第一端及第二端且界定从所述第一端延伸到所述第二端的蒸汽通道，其中所述液体掺杂物注射到所述汽化塞上且所述汽化掺杂物通过所述蒸汽通道引导到所述通道。7.根据权利要求1所述的拉锭设备，其中所述掺杂物注射器包含用于将所述掺杂物注射管移动到接近所述硅熔体的风箱。8.根据权利要求1所述的拉锭设备，其进一步包括加热系统，所述加热系统用于使用来自所述加热系统的辐射热来加热所述汽化杯，其中来自所述加热系统的所述辐射热是在所述加热系统在所述坩埚中熔化多晶硅时来自所述加热系统的余热。9.一种用于生产掺杂单晶硅锭的拉锭设备，所述拉锭设备包括：外壳，其界定室；坩埚，其安置于所述室内；及掺杂物注射器，其延伸到所述外壳，所述掺杂物注射器包括：注射模块，其附接到所述外壳的外表面，所述注射模块包括：第一贮器，其用于容纳液体掺杂物；第二贮器，其用于容纳所述液体掺杂物；第一阀，其用于选择性地将所述液体掺杂物从所述第一贮器引导到所述第二贮器；及第二阀，其用于选择性地将所述液体掺杂物从所述第二贮器引导到所述室；及输送模块，其附接到所述注射模块且延伸穿过所述外壳到所述室，其中所述第二阀选择性地将所述液体掺杂物引导到所述输送模块且所述输送模块将所述液体掺杂物汽化为汽化掺杂物。10.根据权利要求9所述的拉锭设备，其进一步包括耦合到所述第二阀的轴，其中所述
轴致动第二阀。11.根据权利要求9所述的拉锭设备，其中所述第一贮器及所述第二贮器保持在高于所述室的压力的压力。12.一种用于生产掺杂单晶硅锭的拉锭设备，所述拉锭设备包括：外壳，其界定室；坩埚，其安置于所述室内；及掺杂物注射器，其延伸到所述外壳，所述掺杂物注射器包括：注射模块，其附接到所述外壳的外表面，所述注射模块包括：第一贮器，其用于容纳液体掺杂物；第二贮器，其用于容纳所述液体掺杂物；第一阀，其用于选择性地将所述液体掺杂物从所述第一贮器引导到所述第二贮器；及第二阀，其用于选择性地将所述液体掺杂物从所述第二贮器引导到所述室；及输送模块，其附接到所述注射模块且延伸穿过所述外壳到所述室，所述输送模块包括：掺杂物注射管，其定位于所述室内；及汽化杯，其定位于所述掺杂物注射管及所述室内，其中所述第二阀选择性地将所述液体掺杂物引导到所述汽化杯且所述汽化杯将所述液体掺杂物汽化为汽化掺杂物。13.根据权利要求12所述的拉锭设备，其中所述掺杂物注射管包含定位成接近熔体的表面的第一端以将所述汽化掺杂物导引到所述表面。14.根据权利要求12所述的拉锭设备，其进一步包括耦合到所述第二阀的轴，其中所述轴致动第二阀。15.根据权利要求12所述的拉锭设备，其中所述汽化杯包括：接收器；及汽化塞，其定位于所述接收器内，其中所述液体掺杂物注射到所述接收器上且所述接收器将所述液体掺杂物汽化为所述汽化掺杂物。16.根据权利要求15所述的拉锭设备，其中所述汽化塞将所述接收器分为液体接收部分及蒸汽通道部分。17.根据权利要求16所述的拉锭设备，其中所述接收器界定将所述汽化掺杂物从所述液体接收部分引导到所述掺杂物注射管的通道。18.根据权利要求17所述的拉锭设备，其中所述汽化塞包含第一端及第二端且界定从所述第一端延伸到所述第二端的蒸汽通道，其中所述液体掺杂物注射到所述汽化塞上且所述汽化掺杂物通过所述蒸汽通道引导到所述通道。19.根据权利要求12所述的拉锭设备，其中所述掺杂物注射器包含用于将所述掺杂物注射管移动到接近所述硅熔体的风箱。20.根据权利要求12所述的拉锭设备，其进一步包括加热系统，所述加热系统用于使用来自所述加热系统的辐射热来加热所述汽化杯，其中来自所述加热系统的所述辐射热是在所述加热系统在所述坩埚中熔化多晶硅时来自所述加热系统的余热。21.一种用于掺杂从定位于拉锭设备内的坩埚内容置的硅熔体拉出的单晶硅锭的方法，所述拉锭设备包含外壳、延伸到所述外壳的掺杂物注射器及定位于所述外壳的加热系统，所述掺杂物注射器包含定位于所述外壳内的掺杂物注射管及定位于所述掺杂物注射管
及所述外壳内的汽化杯，所述方法包括：使用所述加热系统加热所述汽化杯；将所述外壳的内部的压力保持在第一压力；将液体掺杂物注射到所述掺杂物注射管及所述汽化杯，其中所述液体掺杂物的压力在注射到所述掺杂物注射管及所述汽化杯之前保持在大于所述第一压力的第二压力；将所述液体掺杂物汽化为所述外壳内的汽化掺杂物，其中所述液体掺杂物通过使用所述汽化杯加热所述液体掺杂物及通过将所述液体掺杂物注射到所述外壳而将所述液体掺杂物的所述压力从所述第二压力降低到所述第一压力来通过闪蒸汽化；及使用所述掺杂物注射管将所述汽化掺杂物引导到所述外壳。22.根据权利要求21所述的方法，其中加热所述汽化杯包括使用来自所述加热系统的辐射热来加热所述汽化杯，其中来自所述加热系统的所述辐射热是在所述加热系统在所述坩埚中熔化多晶硅时来自所述加热系统的余热。23.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括将惰性气体引导到所述掺杂物注射管，其中所述惰性气体将所述汽化掺杂物引导到所述外壳。24.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一压力是低于大气压的压力。25.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一压力为真空且所述第二压力为大气压。26.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括将所述汽化掺杂物扩散到所述硅熔体中。27.根据权利要求21所述的方法，其中所述汽化杯包含接收器及定位于所述接收器内的汽化塞，且其中使用所述加热系统加热所述汽化杯包括加热定位于所述接收器内的所述汽化塞。28.一种用于从定位于拉锭设备内的坩埚内容置的硅熔体生产单晶硅锭的方法，所述方法包括：将多晶硅添加到所述坩埚，所述坩埚安置于拉锭器内室内；加热所述多晶硅以使硅熔体形成于所述坩埚中；从所述硅熔体拉出单晶硅锭；将液体掺杂物注射到所述拉锭设备；在所述拉锭设备内将所述液体掺杂物汽化为汽化掺杂物；及使所述汽化掺杂物与所述熔体的表面接触以使所述汽化掺杂物作为掺杂物进入所述熔体，同时从所述熔体拉出所述单晶硅锭。29.根据权利要求28所述的方法，其中所述拉锭设备包含延伸到所述拉锭设备的外壳的掺杂物注射器，所述掺杂物注射器包含定位于所述外壳内的掺杂物注射管及定位于所述掺杂物注射管及所述外壳内的汽化杯，其中在所述拉锭设备内将所述液体掺杂物汽化为汽化掺杂物包括：使用所述汽化杯加热所述液体掺杂物；及通过将所述液体掺杂物注射到所述外壳来降低所述液体掺杂物的压力，其中所述外壳保持在低于大气压的压力。30.根据权利要求29所述的方法，其中所述掺杂物注射器包含第一贮器、第一阀、第二贮器及第二阀，其中将液体掺杂物注射到所述拉锭设备包括：
通过打开所述第一阀来将所述液体掺杂物从所述第一贮器引导到所述第二贮器；及通过打开所述第二阀来将所述液体掺杂物从所述第二贮器引导到所述外壳。31.根据权利要求29所述的方法，其中所述掺杂物注射器包含风箱，其中将液体掺杂物注射到所述拉锭设备包括：使用所述风箱将所述掺杂物注射管移动到接近所述硅熔体；及将所述汽化掺杂物扩散到所述硅熔体中。32.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括使用来自加热系统的辐射热来加热所述汽化杯，其中来自所述加热系统的所述辐射热是在所述加热系统在所述坩埚中熔化多晶硅时来自所述加热系统的余热。33.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括将惰性气体引导到所述掺杂物注射管，其中所述惰性气体将所述汽化掺杂物引导到所述外壳。34.根据权利要求29所述的方法，其中所述第一贮器及所述第二贮器保持在高于所述外壳的所述压力的压力。35.根据权利要求34所述的方法，其中所述外壳的所述压力为真空且所述第一贮器及所述第二贮器为大气压。36.根据权利要求29所述的方法，其中所述汽化杯包含接收器及定位于所述接收器内的汽化塞，且其中使用所述汽化杯加热所述液体掺杂物包括：加热定位于所述接收器内的所述汽化塞；及使用所述汽化塞加热所述液体掺杂物。37.一种用于掺杂从定位于拉锭设备内的坩埚内容置的硅熔体拉出的单晶硅锭的方法，所述拉锭设备包含外壳、延伸到所述外壳的掺杂物注射器及定位于所述外壳的加热系统，所述掺杂物注射器包含定位于所述外壳内的掺杂物注射管及定位于所述掺杂物注射管及所述外壳内的汽化杯，所述方法包括：使用所述加热系统加热所述汽化杯；将液体掺杂物注射到所述掺杂物注射管及所述汽化杯；将所述液体掺杂物汽化为所述外壳内的汽化掺杂物，其中所述液体掺杂物通过使用所述汽化杯加热所述液体掺杂物来通过闪蒸汽化；及使用所述掺杂物注射管将所述汽化掺杂物引导到所述外壳。38.根据权利要求37所述的方法，其中加热所述汽化杯包括使用来自所述加热系统的辐射热加热所述汽化杯，其中来自所述加热系统的所述辐射热是在所述加热系统在所述坩埚中熔化多晶硅时来自所述加热系统的余热。39.根据权利要求38所述的方法，其中所述掺杂物注射器包含第一贮器、第一阀、第二贮器及第二阀，其中将液体掺杂物注射到所述拉锭设备包括：通过打开所述第一阀来将所述液体掺杂物从所述第一贮器引导到所述第二贮器；及通过打开所述第二阀来将所述液体掺杂物从所述第二贮器引导到所述外壳。40.根据权利要求37所述的方法，其中所述汽化杯包含接收器及定位于所述接收器内的汽化塞，且其中使用所述汽化杯加热所述液体掺杂物包括：加热定位于所述接收器内的所述汽化塞；及使用所述汽化塞加热所述液体掺杂物。

技术总结
本发明公开用于掺杂从拉锭设备内容置的硅熔体中拉出的单晶硅锭的系统及方法。所述拉锭设备包含界定室的外壳、安置于所述室内的坩埚及延伸到所述外壳的掺杂物注射器。所述方法包含加热汽化杯及将所述外壳的内部的压力保持在第一压力。所述方法进一步包含将液体掺杂物注射到所述汽化杯。所述液体掺杂物的压力在注射前保持在大于所述第一压力的第二压力。所述方法还包含：通过使用所述汽化杯加热所述液体掺杂物及通过将所述液体掺杂物注射到所述外壳而将所述液体掺杂物的所述压力从所述第二压力降低到所述第一压力来汽化所述液体掺杂物；及将所述汽化掺杂物引导到所述外壳。及将所述汽化掺杂物引导到所述外壳。及将所述汽化掺杂物引导到所述外壳。


技术研发人员：吴雨樵 W
受保护的技术使用者：环球晶圆股份有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2023/9/23