[發明專利]再裝填原料多晶硅的方法

有效

• 申請號: 201110455221.4
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102534755A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 加藤英生;吉村聡子;二宮武士
• 申請（專利權）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: C30B15/02
• 分類號: C30B15/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 苗征;于輝

本發明涉及再裝填原料多晶硅的方法，尤其是在使用切克勞斯基法(Czochralski?method，下文稱為“CZ法”)制備硅單晶錠(下文稱為“錠”)的方法中，用來向坩堝中再供應原料多晶硅塊的再裝填原料多晶硅的方法。

用于制備半導體裝置的半導體襯底由單晶硅片制成，并且所述CZ法廣泛用于生長硅單晶錠。在所述CZ法中，坩堝裝有多晶硅，并且將這種多晶硅熔化以獲得硅熔體。然后，使晶種與所述硅熔體接觸，并且通過提拉所述晶種而生長錠。

難以再次使用已用過的坩堝。因此，為了降低制備錠的成本，通常使用多段拉晶技術，其中向所述坩堝再供應作為原料的多晶硅，以補足由于提拉錠而減少的硅熔體，并且反復提拉所述錠而不更換坩堝。

例如，WO?02/068732中公開了借助于圓柱形再裝填管再裝填多晶硅的方法。這種再裝填管包括圓柱形管和在所述再裝填管下端的可拆開的圓錐形閥。在使用這種再裝填管的再裝填方法中，在所述管被所述圓錐形閥封閉的情況下，將固態多晶硅裝入所述管中，在移除所述錠后將所述再裝填管置于所述坩堝上方，拆開所述圓錐形閥以打開所述管的下端，并且將多晶硅從所述管的下端供給至所述坩堝中。

根據這種常規再裝填方法，所述多晶硅從所述再裝填管落入所述坩堝中的硅熔體中，因此，所述坩堝中的硅熔體飛濺。如果所述硅熔體飛濺出坩堝，則對錠制備設備造成損壞，必須停止錠的生長過程，并且對錠的生長過程造成嚴重損害。此外，將預定百分比的雜質混入所述硅熔體中，所述硅熔體的飛濺改變了坩堝中的硅熔體的雜質濃度。因此，生長了不具備理想質量的錠，引起質量下降。

因此，常規地已公開了在再裝填的時候，防止坩堝中的硅熔體飛濺的方法。

例如，WO?02/068732中公開了以下方法。在多晶硅落下前，降低加熱器的輸出，以固化坩堝中的硅熔體表面。其后，提高加熱器的輸出，并且原料固態多晶硅從再裝填管落下。

但是，在常規的再裝填方法中，當大塊多晶硅落下時，不能緩沖落下的多晶硅的沖擊。然后，落下的多晶硅沖破固化的硅熔體的表面，并且所述坩堝中的硅熔體可能會飛濺，可能停止錠的制備。為此，在常規再裝填方法中，不能落下大塊的多晶硅。大塊原料多晶硅具有可以以低成本制備的優點，因此可以降低制備成本。此外，在使用大塊原料多晶硅的情況下，相同重量的原料多晶硅的總表面積小于在使用小塊多晶硅的情況下原料多晶硅的總表面積。因此，可以減少所述多晶硅表面上的SiO₂、雜質如金屬以及混入大氣氣體等。因而，在使用大塊原料多晶硅的情況中，在生長的錠中，可以限制由于雜質污染、針孔形成等引起的無位錯率(dislocation?free?rate)和質量的下降。

此外，在常規再裝填方法中，坩堝中的硅熔體表面固化。因此，所述硅熔體表面的體積膨脹，并且產生擠壓坩堝內壁的力。這種力有可能使所述坩堝破裂。

本發明的目的是提供再裝填原料多晶硅的方法，其能夠再裝填大塊多晶硅，同時防止坩堝被損壞或破裂，以及限制生長的錠的無位錯率和質量的下降。

為了實現上述目的，再裝填原料多晶硅的方法如下所述。所述方法是在制備硅單晶錠的方法中再裝填原料多晶硅的方法，所述再裝填方法包括將原料多晶硅裝入坩堝中的裝入步驟，熔化所述坩堝中裝入的多晶硅以形成硅熔體的熔化步驟，以及使晶種接觸所述硅熔體并且提拉所述晶種，從而生長硅單晶錠的提拉步驟；其中，在所述熔化步驟和提拉步驟后，向所述坩堝進一步供應原料多晶硅；其中，通過將小尺寸的小多晶硅塊引入到所述坩堝中的硅熔體的表面而形成緩沖區(cushioning?region)，并且將尺寸大于所述小多晶硅塊的大多晶硅塊供給至所述緩沖區上。

在根據本發明的再裝填原料多晶硅的方法中，所述小多晶硅塊的尺寸為5mm至50mm。

在根據本發明的再裝填原料多晶硅的方法中，所述小多晶硅塊的尺寸為5mm至小于20mm。

在根據本發明的再裝填原料多晶硅的方法中，所述小多晶硅塊的尺寸為20mm至50mm。

在根據本發明的再裝填原料多晶硅的方法中，使用再裝填裝置將原料多晶硅供給至所述坩堝中的硅熔體，所述再裝填裝置包括具有通道的主體和使所述主體的一端打開或閉合的蓋體，所述通道貫穿所述主體。

在根據本發明的再裝填原料多晶硅的方法中，大多晶硅塊的尺寸允許所述大多晶硅塊通過所述主體的通道，并且大于50mm。