[发明专利]使用双层连续Czochralsk法低氧晶体生长的系统和方法

说明书

公开了一种用于双层连续Cz晶体生长的方法和系统。该系统包括坩埚组件，坩埚组件包括外坩埚中的内坩埚，内坩埚限定生长区和进料区，坩埚组件包含熔融材料(例如硅)。该系统还包括接受器，用于向进料区提供连续进料的连续进料供应装置，以及设置在接受器周围的温度控制系统，该温度控制系统用于冷却生长区底部的硅区以形成固体层，该固体层有利于降低生长中的晶体中的氧浓度。该方法包括将熔融材料分离成生长区和进料区，在生长区的底部开始冷却，并在生长区的底部固化材料区，从而形成固体层。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年7月27日提交的美国临时专利申请No.62/197,291的优先权，其全部公开内容通过引用整体并入本文。

领域

本领域通常涉及通过Czochralski法生长单籽晶或顶部籽晶(single-or top-seeded)多晶半导体或太阳能材料，特别是涉及双层连续Czochralski(DLCCz)法。

背景

在太阳能晶片材料如用于太阳能板的太阳能晶片材料中，产生能量的效率可受到晶片中氧的存在的不利影响。例如，太阳能材料锭中的相对高水平的氧(10¹⁸个原子/cm³)可对少数载流子寿命以及因此由该锭制造的太阳能电池(硅晶片)的转化效率具有不利影响。因此，锭中的氧浓度越低，由该锭制成的太阳能电池的转化效率越好。特别地，通过氧与掺杂剂(例如硼掺杂的硅中的硼)的配对，可发生光致缺陷(LID)，随着时间的推移，太阳能晶片的效率降低，因此，太阳能板的效率降低。在硼掺杂的硅中，这种降低的量取决于氧浓度和硼浓度。在磷掺杂的硅中，随着太阳能电池温度的升高，高氧浓度可在太阳能电池中产生氧沉淀。这种称为“黑心”缺陷的氧沉淀降低了太阳能电池的性能。降低的量取决于氧沉淀的浓度和总表面积。

在Czochralski(Cz)硅晶体生长工艺中，将硅引入坩埚中并熔融以产生液体硅“熔体”。在分批Cz工艺中，使用单个坩埚并且可以多次重新填充以生长多个晶体。在连续Cz(CCz)设计中，使用多个同心石英坩埚来限定各个区(例如，内部生长或熔融区和外部熔融区)，使得硅生长和硅进料熔融可以同时进行。根据需要，可以掺杂熔体，使得可以产生n型或p型晶片。晶种(或“种子”)浸入熔体中，并在其旋转时缓慢地向上拉。种子随后生长，产生圆柱形单晶锭。拉的速率和旋转速度以及熔体的温度影响所得晶体的质量和尺寸。

在Cz晶体生长中，氧通过从坩埚中溶解石英而被输送到硅熔体中，石英的二氧化硅(SiO₂)变成可移动的硅和氧原子或松散键合的硅加氧或SiO。氧或者从熔体表面蒸发，或者作为填隙物质被吸收到生长中的晶体中。锭中的吸收水平是熔体中平衡氧浓度的函数。吸收到生长中的晶体中取决于偏析系数，或者熔体中氧的浓度与晶体中的氧的比，其近似为1。

背景技术部分旨在向读者介绍可能与以下描述和/或要求保护的本公开的各个方面有关的技术的各个方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本公开的各个方面。因此应该理解的是这些陈述应当从这个角度来阅读，而不是作为现有技术的承认。

概要

一方面，双层连续Cz(DLCCz)晶体生长系统包括坩埚组件，其具有设置在外坩埚内的内坩埚。内坩埚限定围绕生长中的晶体的生长区以及内坩埚和外坩埚之间的进料区。坩埚组件包含熔融材料。该系统还包括含有坩埚组件的接受器和用于向进料区连续供应原料的连续进料供应装置。该系统还包括温度控制系统，温度控制系统设置在接受器周围并且配置为冷却生长区底部的材料区以形成固体层，固体层促进降低生长中的晶体中的氧浓度。

另一方面，用于双层连续Cz晶体生长的方法包括将熔融材料至少分离成围绕生长中的晶体的生长区和用于连续接收原料的进料区。该方法还包括在生长区的底部开始冷却，并且在生长区底部固化材料区使得形成固体层。固体层促进降低生长中的晶体中的氧浓度。