CN108265328B - 包括坩埚和调节构件的拉晶系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于从熔体形成锭的系统和方法。所述系统包括：限定了用于接收熔体的空腔的坩埚；用于限制所述熔体移动的第一屏障和第二屏障，布置第一通道和第二通道以允许位于外区内的熔体移动到过渡区以及穿过所述过渡区进入所述内区。调节构件放置在所述区的至少一个中，并且布置成接触熔体以减少熔体中的微空隙的数量。

Description

包括坩埚和调节构件的拉晶系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年1月4日提交的美国非临时专利申请第15/398,407号的优先权，其全部公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于由熔体形成半导体或太阳能材料的锭的单晶拉晶系统，并且更具体地涉及包括坩埚和设置在坩埚的空腔内以接触熔体的调节构件的系统和方法。

发明背景

在通过Czochralski(CZ)法生长的硅单晶的生产中，在拉晶装置的坩埚(例如石英坩埚)内熔化多晶硅以形成硅熔体。拉制器将晶种降低到熔体中，并缓慢地将晶种从熔体中提出，使熔体凝固在晶种上以形成锭。

在连续CZ方法中，在晶种从熔体中升出的同时向熔体添加多晶硅。多晶硅的添加可能在熔体中产生微空隙。微空隙通常具有小于10微米的直径。熔体中的微空隙可能在锭的形成期间结合到锭中。之前的连续Czochralski系统没有成功地消除这些微空隙。因此，需要一种更高效和更有效的系统和方法来控制熔体的特性并消除锭中的微空隙。

该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。相信这一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，这些描述应当从这个角度来阅读，而不是作为对现有技术的承认。

发明内容

在一个方面，用于由熔体形成锭的系统包括限定用于接收熔体的空腔的坩埚以及设置在空腔中以限制熔体移动的第一屏障。坩埚和第一屏障形成外区。第一屏障包括第一通道。该系统还包括第二屏障，其设置在空腔中以限制熔体从第二屏障的外部移动到第二屏障的内部。第一屏障和第二屏障限定在二者中间的过渡区。第二屏障形成内区并包括第二通道。第一通道和第二通道布置成允许位于外区内的熔体移入并穿过过渡区和进入内区。该系统还包括安置在第一屏障和第二屏障之间的过渡区中的调节构件。调节构件布置成接触过渡区中的熔体并减少熔体中微空隙的数量。

另一方面，用于从熔体形成锭的系统包括限定用于接收熔体的空腔的坩埚组件。空腔被分成内区、外区和过渡区。内区限定了锭的生长区。该系统还包括用于将固体给料材料输送到空腔中的给料器系统。布置固体给料材料以形成熔体。该系统进一步包括安置在空腔的外区中的实体。所述实体布置成接触固体给料材料和熔体并减少熔体中微空隙的数量。

另一方面，描述了在拉晶系统中从熔体拉制晶锭的方法。该系统包括限定空腔的坩埚。该方法包括将石英实体放置在空腔内并将给料材料放置在空腔中。该方法还包括熔化给料材料以形成熔体。熔体线(melt line)由熔体表面限定。所述实体布置在熔体线处以接触熔体并减少熔体中微空隙的数量。

联系上述方面指明的特征存在各种细化。在上述方面中也可并入其它特征。这些细化和附加特征可独立或以任意组合存在。例如，下文关于所有例示实施方案论述的各种特征可以独自或以任意组合并入任意上述方面中。

附图简要说明

图1是拉晶系统的示意图。

图2是图1所示的拉晶系统的一部分的示意图。

图3是图1所示的拉晶系统的一部分的平面图。

图4是图1所示的拉晶系统的一部分的截面图。

图5是图1所示的拉晶系统的另一构造的示意图。

图6是图1所示的拉晶系统的另一构造的示意图。

图7是图1所示的拉晶系统的另一构造的示意图。

图8是图1所示的拉晶系统的另一构造的示意性平面图。

图9是图8所示构造中的拉晶系统的一部分的示意图。

图10是图1所示的拉晶系统的另一构造的示意性平面图。

图11是图10所示构造中的拉晶系统的一部分的示意图。

图12是图1所示的拉晶系统的另一构造的示意性平面图。

图13是图12所示构造中的拉晶系统的一部分的示意图。

图14是包括堰和内坩埚的拉晶系统的一部分的示意性平面图。

图15是图14所示的拉晶系统的一部分的示意图。

图16是包括内坩埚的拉晶系统的示意图。

图17是对比锭的标准化面积计数的图。

图18是锭的标准化面积计数的图。

图19是锭的标准化面积计数的图。

图20是锭的标准化面积计数的图。

图21是显示对于拉晶系统的不同构造所溶解的实体质量的图。

附图的几个视图各处相应的标号指相应的部件。

具体实施方式

参照图1，示意性地显示了拉晶系统，并且通用性地以100标记。拉晶系统100可以用于通过Czochralski方法生产锭。

所显示的拉晶系统100包括支撑坩埚组件104的基座102，所述坩埚组件104包含半导体或太阳能级材料(例如硅)的熔体106。熔体106可以通过加热固体给料材料111而形成。在系统100的操作期间，晶种112被拉制器110降低到熔体106中，然后从熔体106缓慢升高。随着晶种112从熔体106缓慢升高，来自熔体106的硅原子将其自己与晶种112对准并附着在其上形成锭108。所显示的系统100还包括隔热板114以将锭108和来自熔体106的辐射热隔离并允许锭108固化。

坩埚组件104包括第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119。在另外的实施方案中，在第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119之外或者替代第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119，系统100可以包括一个或多个堰。在合适的实施方案中，坩埚组件104可以由使得系统100能够如所述那样操作的任何合适材料构造而成。例如，在一些实施方案中，坩埚组件104可以由石英构造而成。

第一坩埚116包括第一基部120和第一侧壁122。第二坩埚118包括第二基部124和第二侧壁126。第三坩埚119包括第三基部128和第三侧壁130。在所示实施方案中，第一侧壁122围绕第一基座120的周边延伸，第二侧壁126围绕第二基座124的周边延伸。第三侧壁130围绕第三基座128的周边延伸。第一空腔132由第一坩埚116的第一侧壁122和第一基部120形成。第二空腔133由第二坩埚118的第二侧壁126和第二基部124形成。在其他实施方案中，坩埚组件104可以包括使得系统100能够如所述那样操作的任何坩埚。

第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119可以具有使得系统100能够如本文所述那样操作的任何形状。例如，在一些实施方案中，第一坩埚116、第二坩埚118和/或第三坩埚119可以包括具有任何合适曲率的弯曲基部。

在该实施方案中，第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119的尺寸和形状被设置为允许将第二坩埚118和第三坩埚119放置在第一坩埚116的空腔132内。另外，第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119的尺寸和形状被设置为允许将第三坩埚119放置在第二坩埚118的第二空腔133内。第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119中的每一个都可以具有使得系统100按照所述那样操作的合适的直径。在一些实施方案中，第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119可具有40、36、32、28、24、20、22或16英寸的直径。例如，在一些实施方案中，第一坩埚116可以具有36英寸的外径，第二坩埚118可以具有22英寸的外径，第三坩埚119可以具有16英寸的外径。

第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119形成外区134、过渡区136和内区138。外区134在第一侧壁122和第二侧壁126之间的空腔132中形成。内区138在第三坩埚119内形成。过渡区136在第二坩埚118和第三坩埚119之间的第二空腔133中形成。外区134、过渡区136和内区138的尺寸由第一坩埚116、第二坩埚118和第三坩埚119的尺寸决定。例如，内区138的直径等于第三坩埚119的直径。在一些实施方案中，内区138具有至少16英寸的直径。此外，在该实施方案中，内区138基本没有屏障和障碍物。因此，与一些已知的系统相比，可以增大锭108的生长区，并且可以增加从生长区到任何屏障(例如第三侧壁130)的距离。此外，与一些已知的系统相比，内区138为熔体106提供了更大的空闲表面积，并且允许更好的氧释放。

第二坩埚118和第三坩埚119垂直于熔体106的表面延伸并形成竖直屏障，该竖直屏障限制熔体106从外区134流入内区138。坩埚通道162、164延伸穿过第二坩埚118的侧壁126以及第三坩埚119的侧壁130用于熔体106从外区134移动到内区138。坩埚通道162、164可以沿着第二基部124安置以增加熔体106移动到内区138所历经的距离。在合适的实施方案，第二坩埚118和第三坩埚119可以包括任何合适数量的通道。

在所示实施方案中，屏障140位于在第一侧壁122和第二侧壁126之间的外区134中。屏障140平行于熔体106的表面延伸并限制熔体106通过外区134朝向内区138的移动。因此，屏障140形成限制熔体106从外区134流入内区138的水平屏障。屏障140包括石英件，或更宽泛而言包括实体142以及实体142之间所限定的间隙144。在操作中，熔体106可以流过间隙144。在该实施方案中，实体142无规地布置在外区134内，并且间隙144形成熔体106流过的曲径或迂回路径。因此，屏障140可以减缓熔体106通过外区134的移动。在其它实施方案中，实体142可以以使得拉晶系统100能够如所述那样操作的任何方式来布置。

实体142可以用作调节熔体106和/或给料材料111的调节构件。如本文所使用的，术语“调节(condition)”是指改变材料的特性，“调节(conditioning)”用于描述改变材料特性的装置。例如，在系统100的操作期间，屏障140可以改变熔体106的特性，诸如熔体106的氩含量和熔体106内的充气微空隙的数量，由此减少锭108中的缺陷。

在合适的实施方案中，实体142可以具有与给料材料111不同的特性以促进实体142如所述那样起作用。例如，在一些实施方案中，实体142可以比给料材料111具有更大的耐热性。因此，实体142将比给料材料111保持固态更长时间。在一些实施方案中，实体142可在系统100的整个操作中基本保持固态。在另外的实施方案中，实体142可以由石英构造而成，并且给料材料111可以包括块体多晶硅(chunk polysilicon)。在这样的实施方案中，至少一些实体142可以比给料材料111的块体中的大多数显著更大。

在合适的实施方案中，实体142可以安置在外区134中的任何位置。在该实施方案中，实体142安置在第一侧壁122和第二侧壁126之间邻近熔体106的表面。而且，在该实施方案中，实体142不是位于内区138内。在系统100的组装过程中可不需要实体142的精确对准和定位，因为实体142可以是无规布置的。另外，实体142的位置可在系统100的操作期间移位。

在合适的实施方案中，实体142可以是有浮力的并漂浮在熔体106的表面附近。此外，如图1所示，实体142可以是堆叠的使得屏障140延伸到熔体106的表面之上和/或之下。在合适的实施方案中，实体142可以延伸直至固体给料材料111的熔体线和超出固体给料材料111的熔体线。在其它实施方案中，实体142可以占据系统100的能够使系统100如所述那样操作的任何部分。例如，在一些实施方案中，实体142可以填充外区134。

在该实施方案中，实体142可自由移动。换句话说，实体142不彼此连接或未连接于坩埚组件104。因此，可降低组装系统100的成本。此外，系统100的可靠性增加，因为系统100操作期间可能失败的连接被省略。在其它实施方案中，至少一些实体142可连接于第一坩埚116，第二坩埚118和/或其它实体142。

实体142可以在任何合适的时间放置在系统100中。例如，实体142可在固体给料材料111被熔化之前放置在系统100中。在其它实施方案中，可以在固体给料材料111熔化之后添加实体142，这样可以减少实体142在系统100的操作期间的消耗。

在系统100的操作期间，屏障140的实体142可能被熔体106消耗，并且可能需要补充屏障140的实体142。因此，实体142可以在系统100的操作期间连续地或间歇地添加。在合适的实施方案中，可以以与实体142的消耗速率相等的速率向屏障140添加实体142。在一些实施方案中，系统100可以包括自动化设施，例如给料器系统，以添加实体142。在其它实施方案中，实体142可手动添加到系统100。在一些实施方案中，屏障140可包括不需要补充的实体142。在进一步的实施方案中，屏障140可以包括额外的实体142以补偿在系统100的操作期间的任何消耗。

进一步参考图1，拉晶系统100包括延伸至坩埚组件104附近的隔热板114。隔热板114覆盖内区138的一部分和外区134的全部，以防止在添加固体给料材料111期间瞄准线(line-of-sight)多晶硅溅射物到达内部熔体表面。此外，隔热板114防止来自外区134的气体进入内区138。隔热板114包括支腿146。支腿146延伸到第二坩埚118和第三坩埚119之间的空腔132中。在其它实施方案中，拉晶系统100可以包括使得拉晶系统100能够如述那样操作的任何合适的隔热板114。

固体给料材料111可以从进料器150通过进料管152被放置或供应到外区134中。进料管152设置在第一坩埚116附近，用于将进料材料111在第二坩埚118外部的位置供应到第一坩埚116。给料材料111具有比周围熔体106低得多的温度。因此，随着给料材料111的温度升高，给料材料111从熔体106中吸收热量，并且固体给料材料111在外区134中液化以形成外部熔体部分。当固体给料材料111(有时称为“冷给料”)从熔体106吸收能量时，周围熔体106的温度与所吸收的能量成比例地下降。屏障140使得固体给料材料111能够在外区内完全熔化并且提高内区的熔体106的均匀性。

添加到坩埚组件104中的给料材料111的量由给料器150控制，给料器150响应于来自控制器154的激活信号。锭108的直径和生长速率由控制器154精确确定和控制。给料材料111的添加可以基于坩埚中硅的质量，其可以通过测量熔体的重量或液体高度来确定。

随着固体给料材料111添加到熔体106时，熔体106的表面可能被扰动。屏障140和第二侧壁126防止熔体106的扰动向内传播。此外，屏障140减缓了固体给料材料111的移动，促进了固体给料材料111在外区内完全熔化。

通过设置在围绕坩埚组件104的合适位置处的加热器156和158为坩埚组件104提供热量。来自加热器156和158的热量最初使固体给料材料111熔化，然后使熔体106保持在液化状态。加热器156的形状通常为圆柱形，并将热量提供给坩埚组件104的侧面。加热器158将热量提供给坩埚组件104的底部。在一些实施方案中，加热器158可以是大致环形的形状。在其它实施方案中，系统100可以包括使系统100能够如所述那样操作的任何加热器。

在合适的实施方案中，加热器156和158可以是连接于控制器154的电阻加热器，控制器154可控制地将电流施加到加热器以改变它们的温度。通过控制器154供应到每个加热器156和158中的电流的量可以分开且独立地选择以优化熔体106的热特性。

如上所述，晶种112附着到位于熔体106上方的拉制器110的部分上。拉制器110以垂直于熔体106表面的方向提供晶种112的移动，并允许晶种112向着熔体106降低或进入其中，以及升起或离开熔体106。为了制得高品质锭108，与晶种112/锭108相邻的区域必须保持熔体106中没有可以结合到锭108中的微空隙。

在该实施方案中，屏障140和第二坩埚118通过限制熔体106从外区134移动到生长区而限制了紧邻晶种112/锭108的区域中的表面扰动和进料111颗粒的数量。另外，屏障140消除了熔体106中的微空隙，使得生长区没有微空隙。生长区在第二坩埚118的内部并与晶种112/锭108相邻。

如图1中所示，屏障140和通道162、164为熔体106从外区134移动到内区138提供了曲折的路径。特别地，当熔体106移动通过外区134时，熔体106通过屏障140中的间隙144移动。此外，熔体106必须通过第二坩埚118中的通道162、164移动以移动到内区138中。因此，屏障140和第二坩埚118限制了熔体106从区134向内区138的移动。另外，因为通道162、164沿着坩埚组件104底部设置，因此熔体106从区134到内区138的任何移动都与锭108被拉出的熔体106的顶部分开。因此，通道162、164的位置进一步限制了固体颗粒到熔体106的生长区的行程。

随着给料材料111穿过外区134，熔体106通过外区134以及在外区134与内区138之间的受控移动允许在外区134中的给料材料111被加热到与生长区的温度大致相等的温度。此外，系统100可以具有更大的生长区，并产生更大的单晶锭，因为熔体106的移动在外区134中受到控制，并且内区138没有任何屏障。

图2是包括第一坩埚116，第二坩埚118和第三坩埚119的拉晶系统100的一部分的示意图。在该实施方案中，实体142安置在空腔132内。特别地，实体142安置在外区134内在固体给料材料111和熔体106的熔体线160处。熔体线160由熔体106的表面限定。布置实体142以减少熔体106中微空隙的数量。如图2所示，屏障140包括由石英制成的实体142。因此，实体142限制微空隙的形成并且可以防止熔体106的污染。在其它实施方案中，系统100可以包括使得系统100能够如所述那样操作的任何实体142。例如，在一些实施方案中，实体142可以为不同材料。

实体142可以是使得系统100能够如所述那样操作的任何尺寸和形状。例如，在一些实施方案中，实体142可以是立方体、圆锥体、圆柱体、球体、棱柱体、金字塔形以及任何其它合适的形状。在一些实施方案中，至少一些实体142可以是不同的形状和尺寸。例如，在合适的实施方案中，至少一些实体142具有不均匀的形状。

如图3和4中所示，实体142安置于第一坩埚116和第二坩埚118之间的外区134内。特别地，实体142紧密地挤在一起且实体142从第一坩埚116连续地延伸至第二坩埚118。在其他实施方案中，实体142可以以使得系统100能够如所述那样操作的任何方式安置。

图5为系统100的另一构造的示意图。在图5所示的构造中，实体142安置在熔体线160处，但并未实质上延伸到熔体线160之上。实体142布置成减少在实体142和添加至系统100的给料材料111之间的直接接触。因此，可以减少实体142在系统100的操作期间的消耗。此外，熔体106的表面中的任何变化可以减小且由于实体142的掺杂效率变化可以减小。

图6为系统100的另一构造的示意图。在图6所示的构造中，实体142设置在熔体线160之下并与熔体线160间隔开。因此，与其中实体142延伸至熔体线160的构造相比，实体142在系统100的操作期间的消耗减小。

图7为系统100的另一构造的示意图。在图7所示的构造中，实体142安置在过渡区136内。因此，实体142在系统100的操作期间的消耗速率降低。另外，在其它构造中设置在过渡区136中的实体142的量少于设置在外区134中的实体142的量，因为过渡区136的体积小于外区134的体积。另外，将实体142安置在过渡区136内允许外区134专门用于安置给料材料以及将掺杂剂供应至空腔132内。因此，降低了系统100中所用掺杂剂的效率的可变性。另外，熔体106的表面状态的一致性增加。

在图7所示的构造中，第二坩埚118包括第一通道162，第三坩埚119包括第二通道164。第一通道162和第二通道164允许给料材料111和熔体106从外区134移动至过渡区136，通过过渡区136，以及从过渡区136进入内区138。在其他实施方案中，系统100可以包括使得系统100能够如所述那样操作的任何通道。

在该实施方案中，第一通道162位于熔体106的表面附近，第二通道164位于第三坩埚119的基部附近。因此，熔体106以大致向下的方向流过过渡区136，参考图7中所示系统100的取向。因此，熔体106接触过渡区136内的实体142数量增加。

图8和9为系统100的另一构造的示意图。系统100进一步包括支撑件166。在该实施方案中，支撑件166和实体142安置在过渡区136内。特别地，实体142安置于邻近第一通道162以增加实体142和熔体106之间的接触。支撑件166在过渡区136内在第一通道162的相对侧间隔开。因此，支撑件166将实体142保持在邻近第一通道162的位置。另外，支撑件166减少系统100中所用实体142的量，因为实体仅安置在过渡区136的邻近第一通道162的部分中。在其它实施方案中，实体142和支撑件166以使得系统100能够如所述那样操作的任何方式布置。

在该实施方案中，支撑件166为中空圆柱体并且具有与第二坩埚118和第三坩埚119之间的距离基本上相等的直径。另外，支撑件166的长度大于过渡区136中熔体106的深度。在其他实施方案中，支撑件166可以具有不同的形状和尺寸。而且，支撑件166可以由任何材料构造而成。在该实施方案中，支撑件166由石英构造而成以减少熔体106的污染。

图10和图11为系统100的另一构造的示意图。系统100进一步包括支撑件168。支撑件168和实体142安置在外区134内。特别地，实体142安置于邻近第一通道162以增加在实体142和熔体106之间的接触。支撑件168在外区134内在第一通道162的相对侧间隔开。因此，支撑件168将实体142保持在邻近第一通道162的位置。另外，支撑件168减少了系统100中所用实体142的量，因为实体142仅安置在外区134的邻近第一通道162的部分中。在其它实施方案中，实体142和支撑件168以使得系统100能够如所述那样操作的任何方式布置。

在该实施方案中，支撑件168为中空圆柱体并且具有与第一坩埚116和第二坩埚118之间的距离基本上相等的直径。在该实施方案中，支撑件168延伸至邻近第一坩埚116的基部以及在熔体106的表面之上。另外，在一些实施方案中，支撑件168的长度大于外区134中熔体106的深度。在其它实施方案中，支撑件168可具有不同的形状和尺寸。而且，支撑件168可以由任何材料构造而成。在该实施方案中，支撑件168由石英构造而成以减少熔体106的污染。

图12和13为系统100的另一构造的示意图。在该构造中，系统100包括支撑件166和支撑件168。支撑件166安置在过渡区136内，支撑件168安置在外区134内。实体142安置于过渡区136内在支撑件166之间。另外，实体142安置于外区134内在支撑件168之间。在过渡区136和外区134内，实体142安置于邻近第一通道162。在该实施方案中，支撑件166、168和实体142提供了在熔体106和实体142之间增加的接触，因为实体142接触流过第一通道162的熔体106。此外，支撑件166和168减少了系统100中所用实体142的量，因为实体142仅安置在外区134和过渡区136的邻近第一通道162的部分中。在其他实施方案中，实体142和支撑件166、168可以以使得系统100能够如所述那样操作的任何方式布置。

图14为拉晶系统400的一部分的示意性平面图。图15为拉晶系统400的一部分的示意图。在该实施方案中，系统400包括外坩埚402、堰404和内坩埚406。外坩埚402布置成接收熔体408且包括限定空腔414的基部410和侧壁412。内坩埚406和堰404位于坩埚402的空腔414中。内坩埚406界定内区416。内坩埚406和堰404限定了在二者之间的过渡区418。另外，堰404和外坩埚402限定了在二者之间的外区420。

在操作中，拉晶系统400通过降低和升高内区416的生长区中的晶种而从熔体408形成锭。限定了穿过内坩埚406的通道422以使熔体408从过渡区418移动到内区416。另外，限定了穿过堰404的通道424以使熔体408从外区420移动到过渡区418。因此，堰404和内坩埚406控制熔体408在外区420、过渡区418和内区416之间的移动。

系统400进一步包括安置在过渡区418中并且布置成减少熔体408中微空隙的实体426。在该实施方案中，实体426堆叠在堰404和内坩埚406之间。实体426在过渡区418中松散地成层布置。在其它实施方案中，实体426可以以使得系统400能够如所述那样操作的任何方式布置。

在该实施方案中，支撑件428安置于过渡区418内在堰404与内坩埚406之间。支撑件428减少安置在过渡区418内的实体426的量并保持实体426的位置。支撑件428在整个过渡区418内被隔开。特别地，支撑件428从通道422、424偏移使得实体426与通道422、424对齐并安置于邻近通道422、424。在其它实施方案中，支撑件428以使得系统400能够如所述那样操作的任何方式布置。

系统400可以包括使得系统400能够如所述那样操作的任何支撑件428。在该实施方案中，支撑件428为中空圆柱体。在一些实施方案中，支撑件428的直径基本上等于堰404和内坩埚406之间的距离。另外，在一些实施方案中，支撑件428的长度大于过渡区418中熔体408的深度。在其它实施方案中，支撑件428可以具有不同的形状和尺寸。再者，支撑件428可以由任何材料构造而成。在该实施方案中，支撑件428由石英构造而成以减少熔体408的污染。

图16为包括至少一个屏障环502的拉晶系统500的示意图。拉晶系统500还包括第一坩埚504和第二坩埚506。拉晶系统500可以用于从容纳在第一坩埚504和第二坩埚506中的熔体形成锭。第二坩埚506和屏障环502安置于在第一坩埚504的空腔中以使得第一坩埚504、第二坩埚506和外屏障环502在它们之间形成外区510。另外，第一坩埚504，第二坩埚506和屏障环502形成过渡区511。在该实施方案中，拉晶系统500包括三个屏障环502，形成三个过渡区511。具体而言，屏障环502包括外屏障环502、中屏障环502和内屏障环502，形成外过渡区511、中过渡区511和内过渡区511。屏障环502以下降直径的顺序彼此嵌套。在其它实施方案中，拉晶系统500可以包括使得拉晶系统500能够如所述那样操作的任意数量的屏障环502，形成任意个过渡区511。

当实体被加热时，熔体从外区510移动通过过渡区511并向内区512移动，在内区512中中形成锭。屏障环502延伸至第二坩埚506的基部附近以限制熔体从外区510移动到内区512。屏障环502和第二坩埚506包括相应的通道514用于熔体从外区510流动通过过渡区511并进入内区512。合适的是，在屏障环502和第二坩埚506中的通道514是偏置的以使得熔体从外区510通过迂回路径流入内区512。在其它实施方案中，系统500可包括使得系统500能够如所述那样操作的任何合适的通道。

在该实施方案中，系统500还包括设置在外区510和过渡区511中的实体518。在该实施方案中，实体518安置在外屏障环502和外过渡区511的附近和内部。因此，可以减少系统500中所用的实体518的量，因为实体518仅安置在空腔的邻近通道514的部分中。另外，减少了实体518在系统500的操作期间的消耗。在其他实施方案中，系统500可以包括使系统500能够如所述那样操作的任何实体518。

在合适的实施方案中，实体518和屏障环502可以由能够使系统500如所述那样操作的任何材料构造而成。在该实施方案中，屏障环502和实体518由石英构造而成以减少熔体的污染。

图17是对比锭的标准化面积计数的图。第一曲线602表示使用包括调节构件的拉晶系统形成的锭的标准化面积计数。第二曲线604表示使用不具有调节构件的拉晶系统形成的锭。如图17所示，第一曲线602具有比第二曲线604显著更小的面积计数。这些面积计数的大部分可以归因于熔体中的微空隙，因为面积计数展示的是微空隙形态。

第二曲线604包括第一部分606和第二部分608。在第一部分606内，面积计数以大致稳定的速率增加。在第二部分608内，面积计数基本上是恒定的。因此，在初始锭生长期间，熔体没有微空隙。然而，在由第二曲线604表示的系统中，微空隙在将给料材料引入到系统中时形成，并且微空隙的数量增加直到达到稳态值。与此不同，第一曲线602基本上是恒定的，这表明没有形成微空隙或者这些微空隙如果形成的话也在包括调节构件的系统的操作期间被消除。

第一曲线602具有比第二曲线604显著更少的面积计数。因此，对于由第一曲线602代表的锭而言，每个晶片的平均面积计数显著小于由第二曲线604代表的锭。例如，第一锭可以产生具有小于0.05个标准单位的平均面积计数的晶片。与此不同，第二锭可以产生具有在稳态实体生长期间约0.4至约1个标准单位范围内的平均面积计数的晶片。

图18-20是对比使用所描述的实施方案形成的锭的标准化面积计数的图。每个图包括X轴和Y轴，X轴具有从1到100的晶片数，Y轴具有从0-0.15个标准单位的面积计数。曲线702、704、706分别示出了由第一锭、第二锭和第三锭的中间段形成的晶片的面积计数。

第一锭使用包括石英实体的系统形成。曲线702示出了由第一锭形成的晶片具有小于0.05个标准单位的面积计数。使用与第一锭相同的系统形成第二锭，但不补充石英实体。因此，大部分石英实体在形成第二锭之前被消耗。曲线704示出由第二锭形成的晶片具有比由第一锭形成的晶片更高的面积计数。然而，由第二锭形成的晶片仍然具有约0.1个标准单位或更小的面积计数。使用与第一锭和第二锭相同的系统形成第三锭，其中在形成第二锭之后向系统中添加石英实体。但是，在形成第三锭期间，石英实体至少部分被消耗。因此，由第三锭形成的晶片的面积计数最初小于0.05，但与锭的形成相关性地增加。由第三锭形成的晶片的最大面积计数小于0.15。因此，石英实体显然对所形成的锭的微空隙性能和面积计数有影响。具体地说，与没有石英实体的系统相比，包括石英实体的系统产生具有减小的面积计数的锭。

图21是显示对于拉晶系统的不同构造所溶解的实体质量的图。如图21所示，实体的消耗速率与实体距熔体表面的深度相关性地变化。特别地，消耗速率和深度成反比。换句话说，消耗速率随着实体深度的减小而增加。对于每一个系统，当实体漂浮在熔体表面时出现最高消耗速率。因此，在一些实施方案中，可以将实体置于更深处以减少实体的消耗。在这样的实施方案中，实体可以限制微空隙的形成而无需设置在熔体的表面处。在进一步的实施方案中，可以将所述实体布置得更靠近熔体的表面，并且可以在系统操作期间添加实体以补偿提高的消耗速率。

与已知的系统和方法相比，根据上述实例的系统和方法实现了优越的结果。所公开的系统和方法在拉晶系统的操作期间减少了熔体中的微空隙的数量。所公开的系统和方法包括能够抑制在熔体中形成微空隙并能够去除在熔体中形成的微空隙的实体。

此外，上述系统和方法为单晶硅(single silicon crystal)提供了更大的生长区，同时使系统的成本最小化。因此，与一些已知的系统相比，由该系统形成的单晶硅的尺寸可被提高。

在介绍本发明的要素或其实施方案时，冠词“一”、“该”和“所述”意在表示存在一个或多个要素。术语“包含”、“包括”和“具有”意为可兼性的，并且意味着可存在所列要素以外的附加要素。指示特定取向(例如，“顶部”，“底部”，“侧”等)的术语的使用是为了方便描述，并非要求所描述的物品的任何特定取向。

因为可以在不背离本发明范围的情况下对上述构造和方法做出各种变动，上述说明书中所含的和附图中所示的所有事项应被解释为示例性的而非限制意义的。

Claims (20)

1.一种用于从熔体形成锭的系统，所述系统包括：

限定了用于接收熔体的空腔的坩埚；

设置在所述空腔中以限制所述熔体移动的第一屏障，所述坩埚和所述第一屏障形成外区，所述第一屏障包括第一通道；和

设置在所述空腔中的第二屏障，用于限制所述熔体从所述第二屏障的外部移动到所述第二屏障的内部，所述第一屏障和所述第二屏障限定了在二者之间的过渡区，所述第二屏障形成内区并且包括第二通道，其中所述第一通道和所述第二通道布置成允许位于所述外区内的熔体移动到所述过渡区以及穿过所述过渡区进入所述内区；和

安置在第一屏障和第二屏障之间的过渡区中的调节构件，所述调节构件布置成接触所述过渡区中的熔体并减少熔体中的微空隙的数量，所述调节构件包括实体。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述调节构件包括由石英构造而成的实体。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括安置在所述过渡区中并布置成支撑所述过渡区内的所述调节构件的间隔件。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一通道和所述第二通道位于所述坩埚的基部附近。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一通道和所述第二通道中的至少一个位于熔体的表面附近。

6.一种用于从熔体形成锭的系统，所述系统包括：

限定了用于接收熔体的空腔的坩埚组件，其中所述空腔被分成内区，外区和过渡区，其中所述内区限定了所述锭的生长区；

给料器系统，用于将固体给料材料输送到所述空腔中，其中布置固体给料材料以形成熔体；和

安置在空腔的外区中的实体，其中实体布置成接触熔体和固体给料材料并减少熔体中的微空隙的数量。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述坩埚组件包括形成所述外区的第一坩埚和第二坩埚，所述第二坩埚包括贯穿其中以允许位于所述外区内的熔体向所述内区移动的通道。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述实体于由熔体的表面限定的熔体线处安置在从所述第一坩埚到所述第二坩埚的外区各处，从而当所述固体给料材料熔化时，熔体接触所述实体。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述实体进一步布置成延伸到所述熔体线之上。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述实体进一步布置成延伸到所述熔体线之下。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述坩埚组件包括形成所述内区的第三坩埚，所述过渡区由所述第三坩埚和所述第二坩埚形成。

12.根据权利要求6所述的系统，其中所述坩埚组件包括分隔所述外区，所述过渡区和所述内区的堰，所述堰包括贯穿其中的通道以允许位于所述外区内的熔体移动到所述内区中，其中所述内区限定了所述锭的生长区，所述实体位于所述外区中。

13.根据权利要求6所述的系统，其中所述实体包括石英以防止熔体的污染。

14.根据权利要求6所述的系统，还包括安置在所述外区中并被布置成支撑所述外区内的所述实体的间隔件。

15.根据权利要求6所述的系统，其中，所述实体包括以下形状中的至少一种：立方体、圆锥体、圆柱体、球体、棱柱体和金字塔形。

16.根据权利要求6所述的系统，其中所述实体具有不均匀的形状。

17.一种在拉晶系统中从熔体拉制晶锭的方法，所述系统包括限定空腔的坩埚，所述方法包括：

将石英实体放置在空腔内；

将给料材料放置在空腔中；和

熔化所述给料材料以形成熔体，由熔体的表面限定了熔体线，其中所述实体布置在熔体线处以接触熔体并减少熔体中的微空隙的数量。

18.根据权利要求17所述的方法，其中将所述实体放置在所述空腔内包括将所述实体放置在所述空腔内，以及还包括将所述实体放置在所述空腔中同时熔化所述给料材料。

19.根据权利要求17所述的方法，其中将所述实体放置在所述空腔内包括将所述实体放置在所述空腔内的在第一屏障和所述坩埚之间限定的外区各处。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述实体布置成使得所述实体延伸超出熔体的所述熔体线。

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