[發(fā)明專利]制備用于硅晶體生長的硅粉熔體的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980153695.4
• 申請日: 2009-11-03
• 公開（公告）號: CN102272360A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設計）人: J·馬蘇德;S·L·金貝爾
• 申請（專利權）人: MEMC新加坡私人有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 彭飛;林柏楠

背景技術

概括而言，本發(fā)明的領域涉及用于使硅錠生長的硅粉熔體的制備，特別涉及用于生產(chǎn)單晶或多晶硅錠的硅粉熔體的制備。

用于微電子電路制造的大多數(shù)單晶硅是通過丘克拉斯基法(Czochralski法，“Cz”法)制備的。在這種方法中，在坩鍋中使多晶硅熔融，將晶種浸入該熔融硅，以足以實現(xiàn)該錠塊所需的直徑的方式提拉晶種并以該直徑使單晶生長，由此制造單晶硅錠。

被熔融以形成熔融硅的多晶硅通常是通過Siemens法制成的塊狀多晶硅或通過流化床反應法制成的粒狀多晶硅。塊狀多晶硅的形狀通常不規(guī)則，具有尖銳的鋸齒狀邊緣，因為它是通過將多晶硅桿弄碎成通常大約2厘米至大約10厘米長和大約4厘米至大約6厘米寬的較小碎片來制備的。粒狀多晶硅比塊狀小得多，并通常具有可用于形成熔體的均勻球形。粒狀多晶硅的直徑通常為大約0.5至大約5毫米。塊狀和粒狀多晶硅的制備和特征都在F.Shimura，Semiconductor?Silicon?Crystal?Technology，第116-121頁，Academic?Press(San?Diego?Calif，1989)和其中引用的參考資料中進一步詳述，其出于各種相關和相容目的經(jīng)此引用并入本文。

由于光伏電池(即太陽能電池)的需求量增長，多晶硅供應不足，因此更希望最大程度地利用硅源(例如使用塊狀多晶硅和粒狀多晶硅之外的原料)生產(chǎn)單晶硅和多晶硅。因此，需要使用非常規(guī)硅原料并認識到和克服由于使用這樣的非常規(guī)原料而面臨的技術挑戰(zhàn)的生產(chǎn)方法。

硅粉是粒狀硅流化床法的副產(chǎn)物，通常用于價值較低的工業(yè)用途，例如作為鋼生產(chǎn)中的添加劑。因此，硅粉與粒狀和塊狀多晶硅相比以更大的折扣出售。需要能利用硅粉作為原料生產(chǎn)更高價值的產(chǎn)品(例如單晶或多晶硅)的生產(chǎn)方法。

發(fā)明概要

本發(fā)明的一個方面涉及制備用于根據(jù)丘克拉斯基法使單晶或多晶硅錠生長的硅粉熔體的方法。將硅粉裝載到坩鍋中，以形成包含至少大約20重量％的硅粉的硅裝料。該硅粉包括在其表面具有一定量的氧化硅的硅粉粒子。將該坩堝置于提拉硅錠所用的拉晶機的外殼內(nèi)。將該硅裝料加熱到從大約1100℃至大約低于硅裝料的熔融溫度的溫度達至少大約30分鐘，以從該裝料中除去氧化硅。將該硅裝料加熱至高于該裝料的熔融溫度的溫度以形成硅熔體。

本發(fā)明的另一方面涉及制備用于根據(jù)丘克拉斯基法使單晶或多晶硅錠生長的硅粉熔體的方法。將硅粉裝載到坩鍋中以形成硅裝料。將該坩堝置于提拉硅錠所用的拉晶機的外殼內(nèi)。該外殼包括環(huán)境氣氛。除去一部分環(huán)境氣氛以在該外殼中產(chǎn)生真空。控制除去環(huán)境氣氛的速率以防止硅粉夾帶在環(huán)境氣氛中。將該硅裝料加熱至高于該裝料的熔融溫度的溫度以形成硅熔體。

在制備用于根據(jù)丘克拉斯基法使單晶或多晶硅錠生長的硅粉熔體的方法的另一方面中，將硅粉裝載到坩鍋中以形成硅裝料。將該坩堝置于提拉硅錠所用的拉晶機的外殼內(nèi)。該拉晶機具有與坩堝熱連通的加熱器，用于將坩堝加熱至足以使硅裝料熔融的溫度。該加熱器具有限定加熱器長度的頂部和底部以及在加熱器頂部和底部中間的軸向中點。該坩堝能沿拉晶機的中心縱軸在外殼內(nèi)上升和下降。所述裝料具有在裝料表面與裝料底部中間的軸向中點。加熱該坩堝容納的硅裝料以形成具有表面的硅熔體，同時使坩堝保持在第一軸向位置，其中該裝料的軸向中點與該加熱器的軸向中點之間的距離小于加熱器長度的大約15％。將坩堝置于第二軸向位置，其中熔體表面與所述加熱器的軸向中點之間的距離小于加熱器長度的大約15％。在第二軸向位置使硅熔體的溫度保持高于所述裝料的熔融溫度達至少大約30分鐘。

本發(fā)明的另一方面涉及制備用于根據(jù)丘克拉斯基法使單晶或多晶硅錠生長的硅粉熔體的方法。該硅熔體在包含底部和具有內(nèi)表面的側(cè)壁的坩堝中制備。沿坩堝側(cè)壁的內(nèi)表面插入可移除的隔離物。該隔離物具有頂部和底部。將硅粉裝載到坩堝中以形成硅裝料。從坩堝中移除該可移除的隔離物，以在坩堝側(cè)壁與硅裝料之間制造間隙。將該硅裝料加熱至高于該裝料的熔融溫度的溫度以形成硅熔體。