[發(fā)明專利]高純粒狀硅及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910261505.2
• 申請日: 2005-11-10
• 公開（公告）號: CN101734664A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·伊布拉希姆;M·G·艾維;T·D·特魯昂
• 申請（專利權(quán)）人: MEMC電子材料有限公司
• 主分類號: C01B33/02
• 分類號: C01B33/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 林柏楠;劉金輝

本申請是申請?zhí)枮?00580038841.0、申請日為2005年11月10日、發(fā) 明名稱為“高純粒狀硅及其制造方法”的申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高純粒狀硅粒子及其用在半導(dǎo)體工業(yè)中的有效制造方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體工業(yè)中使用的多數(shù)單晶硅是通過Czochralski(“Cz”)法制備 的。在該方法中，在坩鍋中熔化高純多晶硅，將晶種浸入硅熔體，在熔融 硅以單晶形式在晶體-熔體界面固化時(shí)緩慢提拉晶種，由此制造單晶硅結(jié)晶 塊。作為要在坩鍋中熔化的高純硅的來源，粒狀硅提供了優(yōu)于塊狀硅的某 些優(yōu)點(diǎn)。例如，粒狀硅較不大可能損害坩鍋，裝入坩鍋時(shí)花費(fèi)較少時(shí)間， 并可以在晶體生長過程中在坩鍋中再裝入硅。在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利 5,919,303中更詳細(xì)描述了粒狀硅的這些和其它優(yōu)點(diǎn)，其公開內(nèi)容經(jīng)此引用 并入本文。

粒狀硅粒子可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)在流化床反應(yīng)器中制造。 在美國專利5,405,658、5,322,670、4,868,013、4,851,297和4,820,587中描 述了這種方法和相關(guān)技術(shù)，它們的內(nèi)容各自經(jīng)此引用并入本文。一般而言， 使含硅晶種粒子的粒子床在反應(yīng)器中流化，并與包含含硅化合物的可熱分 解的硅沉積氣體在高于該化合物分解溫度的溫度接觸。這導(dǎo)致硅沉積在流 化床中的粒子表面上。沉積氣體中的含硅化合物通常合意地為硅烷(SiH₄)， 但也可以使用Si_nH_(2n+2)形式的其它硅烷(例如二硅烷)或鹵化硅烷(例如 氯化的硅烷)。通過連續(xù)使硅粒子與硅沉積氣體接觸，硅連續(xù)沉積在粒子 上，這使它們生長得更大。從反應(yīng)器中收取的粒子包括顯著量的在反應(yīng)器 中沉積到粒子上的硅。可以向反應(yīng)器供應(yīng)新晶種粒子以替換收取的粒子。 該方法基本是連續(xù)的。例如，可以定期收取一些粒子(例如15％的粒子)， 然后如果必要，可以加入新晶種，以使反應(yīng)器中的粒子總數(shù)保持在所需范 圍內(nèi)。

在流化床反應(yīng)器中由硅烷沉積硅可以導(dǎo)致異相沉積(即，硅沉積在例 如晶種粒子表面之類的表面上)或均相分解(即，硅分解為新的非常小的 無定形粒子)。一般而言，異相沉積是優(yōu)選的。均相分解存在一些問題。 首先，均相分解制成的無定形粒子，也稱作細(xì)粒，非常小(例如10微米或 更小)。由于它們的小尺寸，細(xì)粒容易從流化床中吹出并進(jìn)入反應(yīng)器排氣 系統(tǒng)或以其它方式損失。在某些操作條件下，細(xì)粒的生成將工藝收率(即， 硅沉積氣體中可分解硅轉(zhuǎn)化成可用硅粒子的百分比)削減了20％或更多。 沒有流失到廢氣中的細(xì)粒也引起問題，因?yàn)樗鼈儠坎妓@取的硅粒子， 這使它們布上粉塵。多塵硅粒子較臟且難以操作。此外，當(dāng)多塵硅粒子被 倒入坩鍋以熔化用于CZ晶體生長法時(shí)，多塵粒子會臨時(shí)粘附到拉晶機(jī)的 部件上，并然后落入熔融硅中，這在生長的硅結(jié)晶塊中引起缺陷。

當(dāng)反應(yīng)器的操作條件更偏向于直接由氣相進(jìn)行分解而非在沉積氣體與 硅粒子表面相互作用的同時(shí)進(jìn)行分解時(shí)，更可能發(fā)生均相分解。由此，氣 泡繞行的程度、流化床中氣泡的體積分?jǐn)?shù)、流化床中氣泡的平均尺寸、氣 泡通過流化床的速度、流化床中粒子的總表面積、含硅化合物在沉積氣體 中的濃度、和各種其它因素可以影響均相分解與異相沉積的比率。

提高反應(yīng)器生產(chǎn)量(即硅沉積在晶種粒子上的速率)以降低粒狀硅的 制造成本通常是合意的。可以通過提高含硅化合物在沉積氣體中的濃度來 提高生產(chǎn)量。當(dāng)硅烷濃度高于大約10摩爾％時(shí)，例如，與硅烷濃度為大約 5摩爾％或更低時(shí)相比，硅以明顯更快的速率沉積在粒子表面上。不幸地， 提高硅烷濃度也與均相分解比異相沉積的比率的不合意提高相關(guān)聯(lián)。當(dāng)沉 積氣體含有大約12摩爾％硅烷時(shí)，例如，硅總量的15％或更多可以被均 相分解。結(jié)果，以高生產(chǎn)量模式運(yùn)行的反應(yīng)器往往制成相對多塵的產(chǎn)品， 并由于流失的硅細(xì)粒而具有低的收率。