CN102985363A - 用于多晶硅沉积的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于从含有至少一种硅前体化合物的气体来制造多晶硅的方法。该方法可以在化学气相沉积系统中从含有多晶硅前体化合物的气体实现，包括：在化学气相沉积反应室中建立气体的第一流型，促进至少一种前体化合物的至少一部分从具有第一流型的气体反应成多晶硅，在反应室中建立气体的第二流型，以及促进至少一种前体化合物的至少一部分从具有第二流型的气体反应成多晶硅。该化学气相沉积系统可以包括气体源，气体源包含含有至少一种前体化合物的气体；至少部分地由底板和钟罩限定的反应室；设置在底板和钟罩之一中的第一喷嘴组，第一喷嘴组通过第一歧管和第一流量调节器与气体源流体连接；第二喷嘴组，第二喷嘴组包括设置在底板和钟罩之一中的多个喷嘴，多个喷嘴通过第二歧管和第二流量调节器与气体源流体连接。

Description

用于多晶硅沉积的系统和方法
发明背景
1.技术领域
本发明涉及多晶硅沉积用的系统和方法，尤其是涉及在例如化学气相沉积(CVD)工艺中具有牵连到多个进给喷嘴的分阶段进给操作的多晶硅沉积用的系统和方法。
2.相关技术的讨论
Schweickert等人，在美国专利No.3,011,877中，公开了用于电气用途的高纯度半导体材料的生产。
Bischoff，在美国专利No.3,146,123中，公开了一种制造纯硅的方法。
Sandmann等人，在美国专利No.3,286,685中，公开了一种热解生产纯的半导体材料(优选硅)的方法和设备。
Yatsurugi等人，在美国专利No.4,147,814中，公开了一种制造具有均匀截面形状的高纯度硅棒的方法。
Garavaglia等人，在美国专利No.4,309,241中，公开了半导体的气帘式连续化学气相沉积生产。
Rogers等人，在美国专利No.4,681,652中，公开了多晶硅的制造。
Nagai等人，在美国专利No.5,382,419中，公开了用于半导体应用的高纯度多晶硅棒的生产。
Keck等人，在美国专利No.5,545,387中，公开了用于半导体应用的高纯度多晶硅棒的生产。
Chandra等人，在美国专利No.6,365,225B1中，公开了一种用于大块多晶硅的化学气相沉积的冷壁反应器和方法。
Chandra等人，在美国专利No.6,284,312B 1中，公开了一种用于多晶硅化学气相沉积的方法和设备。
Tao等人，在美国专利No.6,590,344B2中，公开了等离子体反应器的选择性可控的气体进给区。
Basceri等人，在美国专利No.6,884,296B2中，公开了具有气体分配器的反应器以及在微型装置工件上沉积材料的方法。
Sandhu，在美国专利申请公开No.2005/0189073A1中，公开了一种用于介电材料的改进沉积的气体输送装置。
Huang等人，在美国专利申请公开No.2005/0241763A1中，公开了一种具有快速气体切换能力的气体分配系统。
Wan等人，在美国专利申请公开No.2007/0251455A1中，公开了在CVD反应器中增强的多晶硅沉积。
发明内容
本发明的一个或多个方面涉及一种用于从含有至少一种硅前体化合物的气体来制造多晶硅的方法。所述方法的一个或多个实施方案可以包括：在化学气相沉积反应室中建立气体的第一流型(flow pattern)，促进所述至少一种前体化合物的至少一部分从具有第一流型的气体反应成多晶硅，在所述反应室中建立气体的第二流型，以及促进所述至少一种前体化合物的至少一部分从具有第二流型的气体反应成多晶硅。在一些情况下，建立第一流型包括通过第一喷嘴组将气体引入到所述反应室中，第一喷嘴组由例如单个喷嘴构成。在其他情况下，建立第一流型包括通过第一喷嘴组将气体引入到所述反应室中，并且在所述反应室中建立气体的第二流型包括通过第二喷嘴组引入气体。在其他情况下，在所述反应室中建立气体的第二流型包括中断通过第一喷嘴组引入气体。在其他情况下，所述的制造多晶硅的方法还可以包括在所述反应室中建立气体的第三流型。在其他情况下，在所述反应室中建立气体的第三流型包括中断通过第一喷嘴组引入气体。在其他情况下，在所述反应室中建立气体的第三流型包括中断通过第二喷嘴组引入气体。
根据本发明的另一个实施方案，所述的制造多晶硅的方法可以在化学气相沉积系统或设备中从含有多晶硅前体化合物的气体实现。所述方法可以包括通过第一喷嘴组将含有多晶硅前体化合物的气体的至少一部分引入到化学气相沉积系统的反应室中，促进所述前体化合物的至少一部分从通过第一喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅，通过第二喷嘴组将气体的至少一部分引入到所述反应室中，以及促进所述前体化合物的至少一部分从通过第二喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅。第一喷嘴组可以由单个喷嘴构成。所述方法还可以包括通过第三喷嘴组将气体的至少一部分引入到所述反应室中；并且在一些情况下，还可以包括促进所述前体化合物的至少一部分从通过第三喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅。所述方法还可以包括调节通过第一喷嘴组、第二喷嘴组和第三喷嘴组中任一个喷嘴组引入的气体的流量。所述方法还可以包括中断通过第二喷嘴组引入的气体的至少一部分的引入。所述的制造多晶硅的方法还可以包括中断通过第一喷嘴组引入的气体的至少一部分的引入。所述方法还可以包括通过第四喷嘴组将气体的至少一部分引入到所述反应室中；并且在一些情况下，还可以包括促进所述前体化合物的至少一部分从通过第四喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅。
本发明的一个或多个方面涉及一种化学气相沉积系统。所述化学气相沉积系统可以包括气体源，所述气体源包含含有至少一种前体化合物(如三氯硅烷)的气体；至少部分地由底板和钟罩限定的反应室；设置在所述底板和所述钟罩之一中的第一喷嘴组，第一喷嘴组通过第一歧管和第一流量调节器与所述气体源流体连接；第二喷嘴组，第二喷嘴组包括设置在所述底板和所述钟罩之一中的多个喷嘴，所述多个喷嘴通过第二歧管和第二流量调节器与所述气体源流体连接；和控制器，被构造成调节来自所述气体源的气体通过第一喷嘴组的流动以及来自所述气体源的气体通过第二喷嘴组的流动。所述化学气相沉积系统还可以包括第三喷嘴组，第三喷嘴组包括设置在所述底板和所述钟罩之一中的多个喷嘴，第三喷嘴组的多个喷嘴通过第三歧管和第三流量调节器与所述气体源流体连接。在一些情况下，所述控制器还被构造成调节来自所述气体源的气体通过第三喷嘴组的流动。第一喷嘴组可以由单个喷嘴构成，第二喷嘴组可以由三个喷嘴构成，并且第三喷嘴组可以由六个喷嘴构成。在所述化学气相沉积系统的一些构造中，第一喷嘴组由单个喷嘴构成并且第二喷嘴组由三个喷嘴构成。
附图说明
各个附图不是按比例绘制的。在附图中，各图中示出的每个相同或几乎相同的部件用相同的附图标记表示。为清楚起见，在每个图中不是每个部件都被标号。
在附图中：
图1是沉积系统的一部分的示意图，在该系统中可以实施本发明的一个或多个方面；
图2是气相沉积系统的一部分的另一个示意图，在该系统中可以实施本发明的一个或多个方面；
图3是示出根据本发明的一个或多个实施方案如在实施例中所讨论的那样多晶硅棒在反应室中随着进给流量增大而模拟生长的图；
图4是示出根据本发明的一个或多个实施方案如在实施例中所讨论的那样模拟的多晶硅沉积工艺的三个进给阶段的图。
具体实施方式
本发明的一个或多个方面涉及在沉积反应室中提供受控制或受调节水平的气体速度的沉积工艺。本发明的一些方面涉及在反应室中提供最大气体速度，即使引入到反应室中的进给流的流量增大。本发明的另一个方面可以提供与沉积反应室中的气体速度增大相关的对流热损失减少，即使引入到反应室中的进给流的质量流量增大。本发明的另一个方面可以涉及两阶段工艺，在大量流体中提供充分流动条件以降低或甚至消除从表面到大量流体的任何浓度梯度的同时，具有减少从反应表面的不必要或不希望的热传递或损失的受控水平或条件。
本发明的一个或多个方面涉及一种用于从含有至少一种硅前体化合物的气体来制造多晶硅的方法。在一些情况下，所述的制造多晶硅的方法可以在化学气相沉积系统或设备中从含有多晶硅前体化合物的气体实现。所述方法的一个或多个实施方案可以包括：在化学气相沉积反应室中建立气体的第一流型，促进所述至少一种前体化合物的至少一部分从具有第一流型的气体反应成多晶硅，在所述反应室中建立气体的第二流型，以及促进所述至少一种前体化合物的至少一部分从具有第二流型的气体反应成多晶硅。所述方法可以包括通过第一喷嘴组将含有多晶硅前体化合物的气体的至少一部分引入到化学气相沉积系统的反应室中，促进所述前体化合物的至少一部分从通过第一喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅，通过第二喷嘴组将气体的至少一部分引入到所述反应室中，以及促进所述前体化合物的至少一部分从通过第二喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅。本发明的一个或多个方法可以涉及以下实施方案，其中建立第一流型包括通过第一喷嘴组将气体引入到所述反应室中，第一喷嘴组由例如单个喷嘴构成。本发明的一个或多个方法可以涉及以下另一个实施方案，其中建立第一流型包括通过第一喷嘴组将气体引入到所述反应室中，并且在所述反应室中建立气体的第二流型包括通过第二喷嘴组引入气体。在本发明的另一个实施方案中，在所述反应室中建立气体的第二流型包括中断通过第一喷嘴组引入气体。在本发明的另一个实施方案中，所述的制造多晶硅的方法还可以包括在反应室中建立气体的第三流型。在本发明的另一个实施方案中，在所述反应室中建立气体的第三流型包括中断通过第一喷嘴组引入气体。在其他情况下，在所述反应室中建立气体的第三流型包括中断通过第二喷嘴组引入气体。在根据本发明一些实施方案的一些构造中，第一喷嘴组可以由单个喷嘴构成。根据本发明的另一个方面，所述方法还可以包括通过第三喷嘴组将气体的至少一部分引入到所述反应室中。根据本发明的另一个方面，所述方法还可以包括调节通过第一喷嘴组、第二喷嘴组和第三喷嘴组中任一个喷嘴组引入的气体的流量。根据本发明的另一个方面，所述方法还可以包括中断通过第二喷嘴组引入的气体的至少一部分的引入。根据本发明的另一个方面，所述制造多晶硅的方法包括中断通过第一喷嘴组引入的气体的至少一部分的引入。根据本发明的另一个方面，所述方法可以包括通过第四喷嘴组将气体的至少一部分引入到所述反应室中。
本发明的一个或多个方面还可以涉及一种化学气相沉积系统。在根据本发明一些方面的一个或多个构造中，所述化学气相沉积系统可以包括气体源，所述气体源包含含有至少一种前体化合物的气体；至少部分地由底板和钟罩限定的反应室；设置在所述底板和所述钟罩之一中的第一喷嘴组，第一喷嘴组通过第一歧管和第一流量调节器与所述气体源流体连接；第二喷嘴组，第二喷嘴组包括设置在所述底板和所述钟罩之一中的多个喷嘴，所述多个喷嘴通过第二歧管和第二流量调节器与所述气体源流体连接；和控制器，被构造成调节来自所述气体源的气体通过第一喷嘴组的流动以及来自所述气体源的气体通过第二喷嘴组的流动。所述化学气相沉积系统还可以包括第三喷嘴组，第三喷嘴组包括设置在所述底板和所述钟罩之一中的多个喷嘴，第三喷嘴组的多个喷嘴通过第三歧管和第三流量调节器与所述气体源流体连接。在一些情况下，所述控制器还被构造成调节来自所述气体源的气体通过第三喷嘴组的流动。第一喷嘴组可以由单个喷嘴构成或基本上由单个喷嘴构成，第二喷嘴组可以由三个喷嘴构成或基本上由三个喷嘴构成，第三喷嘴组可以由六个喷嘴构成或基本上由六个喷嘴构成。在所述化学气相沉积系统的一些构造中，第一喷嘴组由单个喷嘴构成或基本上由单个喷嘴构成并且第二喷嘴组由三个喷嘴构成或基本上由三个喷嘴构成。
图1和图2示意性地示出根据本发明一个或多个方面的用于制造或生产诸如多晶硅棒101等半导体材料的化学气相沉积系统100。沉积系统100通常包括至少部分地由基座结构或底板103以及壳体或钟罩104所包围和限定的反应室102。钟罩104和底板103之间的分界面105被密封成气密性的。在本发明一些方面的典型构造中，底板103和钟罩104具有相应的尺寸并且具有圆形的横截面，使得该分界面沿着圆周方向部分地限定反应室102。
至少一个但优选多个棒101在反应室102中同时生长，其中至少一个棒中的每一个都固定到保持件106上。此外，每个保持件106通常设置在底板103中或固定在其上。通常，细丝被用作初始沉积结构，所需材料在其上生长。
一个或多个棒101中的每一个通常被加热，以促进在其上的一个或多个反应，并促进所需材料从供应到反应室102的一种或多种前体化合物的生长和沉积。例如，棒101中的每一个可以通过利用一个或多个电源130经由保持件106供应到其上的加热电流而被电气加热。在沉积工艺过程中使用的特定温度或温度范围可以取决于几种考虑因素，包括例如所需的或沉积的材料、材料的一种或多种特性、材料的生长速率、从反应室的热损失或热传递的速率以及在一些情况下在反应室中的气体的一种或多种特性(如一种或多种前体化合物的类型以及相对量或化学计量量)。例如，在本发明的牵涉硅沉积的各个生产步骤的任意步骤中可以在约900~1500°C、优选约900~1,100°C的温度下实施。
一种或多种前体化合物可以作为气体的组分通过至少一个喷嘴引入到反应室102中。例如，当将要在化学气相沉积系统100中生产硅时，一种或多种硅前体化合物可以被引入到反应室102中。可以用来实施本发明一个或多个方面的用于气相沉积例如多晶硅的前体化合物的非限制性例子包括诸如SiH4等硅烷(SinH2n+2)、诸如四氯化硅、二氯硅烷和三氯硅烷等氯硅烷以及氢气。不参与任何沉积反应的惰性化合物或组分也可以引入到反应室中，以促进、改变或调节任一个沉积步骤的任何条件。根据本发明的另一个方面，如涉及其他材料的气相沉积的那些方面，相应的卤代化合物可以被用作一种或多种前体化合物。例如，四氯化锗可以与在其沉积反应过程中作为载体的氢气以及还原物种一起使用。本发明另一个方面可以涉及利用单甲基三氯硅烷，任选地与一种或多种烃类化合物一起，作为碳化硅沉积用的至少一种前体化合物。
沉积系统100通常还包括被设置用于将一种或多种前体化合物引入到反应室102中的至少一个喷嘴。根据本发明的一个或多个特定构造，沉积系统100包括第一喷嘴组，其中至少一个喷嘴110至少部分地设置在底板103中。然而，至少一个喷嘴110中的一个或全部喷嘴可以至少部分地设置在钟罩104中。如示例性地示出的，第一喷嘴组可以由设置在底板103中央的单个喷嘴构成或基本上由其构成。在其中第一喷嘴组具有多个喷嘴的构造中，每个喷嘴优选在空间上与相邻的喷嘴等距离地隔开。在另一些构造中，第一喷嘴组具有多个喷嘴，其中每个喷嘴在空间上与相邻的喷嘴等距离地隔开，并且在空间上与底板103的中央等距离地隔开。
根据本发明的另一个方面，沉积系统100通常还包括第二喷嘴组，第二喷嘴组包括至少一个、优选多个在空间上隔开的喷嘴112。象第一喷嘴组那样，第二喷嘴组的喷嘴112中的至少一个和任选的每一个至少部分地设置在底板103中。本发明的另一个方面可以涉及以下的沉积系统构造，其中第二喷嘴组的喷嘴112中的至少一个至少部分地设置在钟罩104中。本发明的另一个方面可以涉及以下的沉积系统构造，其中第二喷嘴组的喷嘴112中的至少一个至少部分地设置在底板103中并且第二喷嘴组的喷嘴112中的至少一个至少部分地设置在钟罩104中。在其中第二喷嘴组具有多个喷嘴的构造中，每个喷嘴优选在空间上与相邻的喷嘴等距离地隔开。在另一些构造中，第二喷嘴组具有多个喷嘴，其中每个喷嘴在空间上与相邻的喷嘴等距离地隔开，并且在空间上与底板103的中央等距离地隔开。如示例性地示出的，第二喷嘴组可以由等空间地(equispatially)设置在底板103中的三个喷嘴构成或基本上由其构成。例如，每个喷嘴112可以在与底板103的中央相等的径向距离处而与相邻的喷嘴等距离地隔开。在另一个非限制性构造中，第二喷嘴组中的每个喷嘴可以在与相邻的喷嘴112等空间地隔开的位置处至少部分地设置在钟罩104中。
根据本发明的另一个方面，沉积系统100还包括第三喷嘴组，第三喷嘴组包括至少一个、优选多个等空间地隔开的喷嘴114。象第一喷嘴组和第二喷嘴组那样，第三喷嘴组的喷嘴114中的至少一个至少部分地设置在底板103中。本发明的另一个方面可以涉及以下的沉积系统构造，其中第三喷嘴组的喷嘴114中的至少一个至少部分地设置在钟罩104中。本发明的另一个方面可以涉及以下的沉积系统构造，其中第三喷嘴组的喷嘴114中的至少一个至少部分地设置在底板103中并且第三喷嘴组的喷嘴114中的至少一个至少部分地设置在钟罩104中。在其中第三喷嘴组具有多个喷嘴的构造中，每个喷嘴优选在空间上与相邻的喷嘴等距离地隔开。在另一些构造中，第三喷嘴组具有多个喷嘴，其中每个喷嘴在空间上与相邻的喷嘴等距离地隔开，并且在空间上与底板103的中央等距离地隔开。如示例性地示出的，第三喷嘴组可以由等空间地设置在底板103中但任选地在与第二喷嘴组限定的不同径向距离处的六个喷嘴构成或基本上由其构成。
在本发明的一个或多个不同的构造和实施方案中，任一个喷嘴组中的至少一个喷嘴优选至少部分地在底板103或钟罩104内，使得一个或多个喷嘴的流体出口端未伸入室102或者未超出底板103或钟罩104的平面或表面。
喷嘴、底板103和钟罩104中的至少一个但优选每一个通常被来自冷却系统(未示出)的冷却剂流体冷却，以防止或至少抑制在沉积操作期间材料在其上沉积和生长。所述冷却系统通常包括降低冷却剂的温度的冷却器。
沉积系统100通常还包括将要被引入到反应室102中的一种或多种前体化合物的至少一个源120。沉积系统100优选对于每个喷嘴分组还包括至少一个歧管，用于调节从至少一个源120引入到反应室102中的一种或多种前体化合物。此外，沉积系统100优选还包括一个或多个流量控制装置，其可以调节利用所述的至少一个歧管通过至少一个喷嘴中的任一个引入到反应室中的一种或多种前体化合物的流量。
例如，沉积系统100可以包括将含有至少一种前体化合物的至少一个源120通过至少一个第一流量调节器145与具有至少一个喷嘴110的第一喷嘴组流体连接的第一歧管140。沉积系统100还可以包括将含有至少一种前体化合物的至少一个源120通过至少一个第二流量调节器155与具有至少一个喷嘴112的第二喷嘴组流体连接的第二歧管150。沉积系统100还可以包括将具有至少一个喷嘴114的第三喷嘴组通过至少一个第三流量调节器165与至少一个源120流体连接的第三歧管160。如图2中示例性地示出的，沉积系统100的一些构造可以涉及将含有至少一种前体化合物的至少一个源120通过至少一个第四流量调节器175与第三喷嘴组的喷嘴114中的至少一个流体连接的第四歧管170。
然而，在其他情况下，所述沉积系统可以包括第四喷嘴组，第四喷嘴组包括多个喷嘴，其中多个喷嘴中的至少一个设置在底板和钟罩的任一个中或者设置在二者中。在这种构造中，所述沉积系统通常还包括将第四喷嘴组的至少一个喷嘴通过至少一个流量调节器与含有至少一种前体化合物的至少一个源流体连接的第四歧管。
本发明的其他构造可以涉及在一个或多个喷嘴组中起作用的喷嘴。例如，喷嘴110，示例性地示出定位在底板103的中央，可以牵涉到将含有至少一种前体化合物的气体引入到反应室102中，作为第一喷嘴组的一部分，并且也作为第二喷嘴组的一部分。
在本发明的涉及两种或更多种前体化合物的实施方案中，前体化合物的混合物可以通过任一个喷嘴组作为混合物引入到反应室中。在其他变型中，两种或更多种前体化合物可以通过任一个喷嘴组单独引入或组合引入。在其他变型中，两种或更多种前体化合物可以与通常作为气体和作为混合物的组分的一种或多种惰性化合物一起引入到反应室中。在其他情况下，一种或多种惰性气体可以通过任一个喷嘴组中的一个或多个喷嘴单独或共同引入到反应室中。
各种喷嘴尺寸可以牵涉到实施本发明的各个方面。例如，第一喷嘴组可以利用直径约20mm~约30mm的喷嘴，优选的直径为约20mm。在另一个示例性构造中，第二喷嘴组可以利用直径约20mm~约40mm的喷嘴，优选的直径为约30mm。在另一个示例性构造中，第三喷嘴组可以利用直径约20mm~约50mm的喷嘴，优选的直径为约30mm。任一个喷嘴组中的任一个喷嘴的尺寸可以取决于几个因素，包括但不限于通过喷嘴引入到反应室中的气体的特性，如气体密度、温度、压力以及体积或质量流量。通常，考虑的因素之一涉及到选择在反应室中提供所需的平均流速的喷嘴尺寸。另一种构造可以涉及到利用在任一个喷嘴组中具有可调节的或可变的排出孔的一个喷嘴或多个喷嘴。
各种流量调节器可以牵涉到实施本发明的一个或多个方面。流量调节器例如可以包括沿着例如从一个或多个源到任一个喷嘴组的任一个流路的一个或多个流动测量元件和一个或多个阀。在本发明的一些构造中，所述沉积系统还可以包括被构造成调节通过任一个流路到任一个喷嘴组的流动的一个或多个控制器。例如，一个或多个控制器(未示出)可以可操作地连接到一个或多个阀或流量调节器145，以调节第一歧管140中的流动条件，如将要通过第一喷嘴组引入到反应室102中的一种或多种前体化合物的流量。在另一种构造中，一个或多个控制器可以可操作地连接到一个或多个阀或流量调节器155，以调节第二歧管150中的流动条件，如将要通过第二喷嘴组引入到反应室102中的一种或多种前体化合物的流量。在另一种构造中，一个或多个控制器可以可操作地连接到一个或多个阀或流量调节器165，以调节第三歧管160中的流动条件，如将要通过第三喷嘴组引入到反应室102中的一种或多种前体化合物的流量。在另一种构造中，一个或多个控制器可以可操作地连接到一个或多个阀或流量调节器175，以调节第四歧管170中的流动条件，如将要通过第三或第四喷嘴组引入到反应室102中的一种或多种前体化合物的流量。
流动条件可以是含有一种或多种前体化合物的气体的体积或质量流量。在其他构造中，流动条件可以是将要引入到反应室中的至少一种前体化合物的质量分数或体积分数。
所述一个或多个流动测量元件可以包括提供从其流过的气体的特性或性质的值的任何适合装置。例如，流动测量元件可以利用跨越限制的压力差，以提供气体的流量的指示。
控制器可以使用一个或多个计算机系统来实施，其可以是例如通用的计算机或专门的计算机系统。可以被利用或实施以实现本发明的系统或子系统的一个或多个步骤的控制系统的非限制性例子包括分布式控制系统(如来自Emerson Electric Co.的DELTA V数字自动化系统)和可编程的逻辑控制器(如可从Allen-Bradley或Rockwell Automation,Milwaukee,Wisconsin得到的那些)。通常，控制器采用操纵或利用一个或多个输入参数以产生一个或多个输出信号的控制算法。例如，算法可以涉及到利用输入值(如测得的参数，例如，由任一个流动测量装置确定的流量)的控制回路，并将测得的参数与设定点(其可以手动地定义为预定的参数)作比较以产生输出信号(其可以驱动或致动调节流量的阀)。控制器还可以包括可以自动地调节沉积系统的一个或多个操作条件的一种或多种重叠算法。例如，控制器还可以包括具有沉积子算法的级联算法，沉积子算法作为时间的函数定义或调节气体引入到反应室中的速率，可以被用于例如产生流动设定点、依赖于时间的流动设定点阵列或者沉积参数的清单，其中任一个都可以用在流动控制子算法中。可以由控制器控制的其他参数包括例如棒的温度或者多个棒的温度设定点。可以由控制器控制的其他条件包括流量调节器或含有将要引入到反应室中的一种或多种前体化合物的气体的进给分段的测序。这些算法中的任一种可以涉及到反馈控制技术，其中这些增益函数中的任一种可以成比例、微分、积分或组合。
根据本发明的一个或多个方面，来自一个或多个源的一种或多种前体化合物，通常作为气体或与载体流体一起，可以被引入到反应室中，以在其中产生第一流型。根据一个或多个这样的方面，含有一种或多种前体化合物的气体，例如，可以通过包括至少一个喷嘴110的第一喷嘴组被引入到反应室中以产生第一流型。
根据本发明的一个或多个方面，来自一个或多个源的一种或多种前体化合物，通常作为气体或与载体流体一起，可以被引入到反应室中，以在其中产生第二流型。因此，例如，含有一种或多种前体化合物的气体可以通过包括至少一个喷嘴112的第二喷嘴组被引入到反应室中以产生第二流型，由图1中的虚线箭头示例性地示出。
根据本发明的一个或多个方面，来自一个或多个源的一种或多种前体化合物，通常作为气体或与载体流体一起，可以被引入到反应室中，以在其中产生第三流型。因此，例如，含有一种或多种前体化合物的气体可以通过包括至少一个喷嘴114的第三喷嘴组被引入到反应室中以产生第三流型。
因此，在本发明的各种沉积操作的任一个操作期间，第一流型可以例如通过利用任一个喷嘴组被建立，包括例如第一、第二、第三和其他喷嘴组的任意组合。例如，本发明的一些特定实施方案可以涉及通过利用包括喷嘴110以及喷嘴112和114中任一种的一个或多个的喷嘴组来建立流型。在另一个非限制性例子中，被利用以产生流型或将含有一种或多种前体化合物的气体引入到反应室中的喷嘴组可以包括沿着外周设置在底板103上的喷嘴112和114中的任一种。在另一个非限制性例子中，被利用以产生流型或将含有一种或多种前体化合物的气体引入到反应室中的喷嘴组可以包括设置在钟罩104中的喷嘴110、112和114中的任一种。
第二流型可以通过例如利用任一个喷嘴组被建立，包括例如第一、第二、第三和其他喷嘴组的任意组合。在另一种变型中，第三流型可以通过例如利用任一个喷嘴组被建立，包括例如第一、第二、第三和其他喷嘴组的任意组合。
喷嘴组中的喷嘴的数量可以不同，并且取决于一种或多种考虑因素，包括例如气体进入反应室中的流量、反应或沉积的速率、一种或多种前体化合物在气体中的浓度或相对量、气体的温度、棒的温度以及气体在反应室中的所需的特性。
例如，在可以涉及包括至少一个喷嘴的第一喷嘴组的第一沉积或反应阶段中涉及的喷嘴的数量可以被限制，以在反应室中提供湍流条件或流型，例如，至少5,000至最大约100,000的雷诺数。同样地，在可以涉及包括喷嘴110、112和114中任一种的多个的第二喷嘴组的第二沉积或反应阶段期间，所用的喷嘴的数量可以被限制，以在反应室中提供湍流流型，但通常或更优选的是，与在第一阶段期间引入的流量相比处于更高的总体流量，但是优选在反应室中在大致相同的雷诺数范围内。另外，在可以涉及包括喷嘴110、112和114中任一种的多个的第三喷嘴组的第三沉积或反应阶段期间涉及的喷嘴的数量可以被限制，以在反应室中提供湍流流型，但通常或更优选的是，与在第二阶段期间引入的流量相比处于更高的总体流量，但是优选在反应室中在大致相同的雷诺数范围内。同样地，在本发明的涉及第四阶段的实施方案中，第四喷嘴组可以包括喷嘴110、112和114中的一个或多个，以产生湍流条件，流量大于第三阶段，但是优选在反应室中在大致相同的雷诺数范围内。
每个阶段在反应室中可以具有各自所需范围的平均气体速度。例如，第一阶段在反应室中可以具有第一范围的平均气体速度；第二阶段在反应室中可以具有第二范围的平均气体速度，第三阶段在反应室中可以具有第三范围的平均气体速度。根据本发明的一个或多个特定实施方案，平均气体速度可以根据以下关系式确定：
V = k m D ( N ) 1 / 2 ,
其中V是平均气体速度，k是依赖于反应室的几何参数的常数，m是质量流量，D是喷嘴直径，N是喷嘴的数量。
在其他情况下，每个阶段在反应室中可以具有带有各自所需范围的雷诺数的流型。例如，第一阶段可以具有带有在第一雷诺数范围中的第一雷诺数的第一气体流型；第二阶段可以具有在第二雷诺数范围中的第二雷诺数，第三阶段可以具有在第三雷诺数范围中的第三雷诺数。因此，本发明的一些实施方案可以涉及具有第一流型的第一阶段，第一流型具有牵连到最大雷诺数为约5,000；约10,000；约20,000；约30,000；约50,000；或约100,000的平均气体速度。其他阶段中的每一个都可以具有相同的最大雷诺数。然而，本发明的其他实施方案可以涉及最大雷诺数为约10,000；约20,000；约30,000，约50,000；或约100,000的其他阶段。对于任一个或多个阶段的所需雷诺数可以是预定的，以在室中提供充分的湍流，以产生或至少促进主要反应速率受到限制(例如，不是扩散速率受到限制)的传质过程，同时减少或甚至最小化任何对流热损失。
雷诺数可以利用棒101的一个或多个维度作为特性尺寸来确定。例如，在以下关系式中特性尺寸可以是流体(例如，气体)沿着棒101的运行长度L：
Re = ρVL μ ,
其中ρ是气体的密度，μ是气体的运动粘度，V是气体的平均流速。
气体优选根据预定义的或预确定的时间表或配方引入到反应室中。例如，气体流量或者一种或多种前体化合物的流量或者这两者的流量可以在通过第一喷嘴组被引入的同时根据第一预定的时间表来调节或控制。气体流量或者一种或多种前体化合物的流量或者这两者的流量可以在通过第二喷嘴组被引入的同时根据第二预定的时间表来调节或控制。在本发明的另一个实施方案中，气体流量或者一种或多种前体化合物的流量或者这两者的流量可以在通过第三喷嘴组被引入的同时根据第三预定的时间表来调节或控制。
本发明的这些和其他实施方案的功能和优点可以从下面的实施例中进一步理解，实施例示出了本发明的一个或多个系统和技术的益处和/或优点，但不是举例说明本发明的全部范围。
实施例
本实施例描述了根据本发明的一个或多个实施方案的多晶硅沉积工艺的模拟。
在模拟沉积期间，棒表面温度为约1,050°C~约990°C。多晶硅棒直径在约79小时的沉积时间内被模拟生长到约133.6mm。氢(H2)、二氯硅烷(H2SiCl2)和三氯硅烷(HSiCl3)被用作多晶硅的沉积模拟的前体化合物。在模拟沉积期间，前体化合物的总质量流量为约346kg/hr~约4,110kg/hr。在模拟沉积期间，H2:H2SiCl2:HSiCl3的相对摩尔比为约3.7:0.1:1。
图3是示出在模拟沉积期间预测的棒直径随着流量增大而变化的图。
模拟的沉积系统被建模为如图2中示意性地示出的，第一喷嘴组包括设置在底板103中的一个中央喷嘴110，第二喷嘴组具有在底板103中均匀隔开的三个喷嘴112，第三喷嘴组具有在底板103中均匀隔开的六个喷嘴114。
图4是示出涉及三个沉积阶段的注入速度和平均气体速度的图，第一阶段涉及第一喷嘴组(0hr~约2hr)，第二阶段涉及第二喷嘴组(约2hr~约18hr)，第三阶段涉及第三喷嘴组(约18hr)。
该实施例表明，在几个阶段中利用多个喷嘴可以提供控制水平的平均气体速度，同时仍然提供了引入到反应室中的增大的质量流量，这反过来又降低了与较高的流量相关的潜在的不希望的对流热损失。
尽管上面描述了属于本发明的一个或多个方面的一些示例性实施方案，但对于本领域技术人员应该显而易见的是，前述内容仅仅是说明性的，而不是限制性的。许多修改和其他实施方案是在本领域技术人员范围内的，并预计落入本发明的范围内。例如，控制器，当用在本发明的沉积系统的一些构造中时，可以组合一个或多个人-机接口或装置，以便于监视沉积过程的进展。尽管本文呈现的许多实施例涉及方法步骤或系统元件的特定组合，但应当理解的是，这些步骤和这些元件可以按其他方式组合，从而实施本发明的一个或多个方面或特征。因此，例如，具有不同性质的层的棒可以通过利用喷嘴组序列的排列来生成，例如，第一喷嘴组，然后是第二喷嘴组，然后是第一喷嘴组，然后是第三喷嘴组。
此外，本文所描述的参数和构造是示例性的，实际参数和/或构造将取决于实施本发明的系统和技术的特定应用。
如本文中所使用的，术语“多个”是指两个或更多个的项目或部件。术语“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”和“涉及”，不论是在说明书中还是在权利要求书中，均是开放式术语，即，意味着“包括但不限于”。因此，这些术语的使用意味着包括其后列出的项目及其等同物，还有额外的项目。在权利要求书中，只有过渡短语“由......构成”或“基本上由......组成”分别是封闭式或半封闭式的过渡短语。在权利要求书中修饰权利要求的要素的序数术语如“第一”、“第二”、“第三”等的使用本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先级、先后次序或顺序或者执行方法步骤的时间顺序，而是仅仅用作标记来使用序数术语将具有某一名称的一个要素与具有相同名称的另一个要素相区分。

Claims (19)

1.一种用于从含有至少一种硅前体化合物的气体来制造多晶硅的方法，所述方法包括：
在化学气相沉积反应室中建立气体的第一流型；
促进所述至少一种前体化合物的至少一部分从具有第一流型的气体反应成多晶硅；
在所述反应室中建立气体的第二流型；以及
促进所述至少一种前体化合物的至少一部分从具有第二流型的气体反应成多晶硅。
2.如权利要求1所述的方法，其中建立第一流型包括通过第一喷嘴组将气体引入到所述反应室中。
3.如权利要求2所述的方法，其中第一喷嘴组由单个喷嘴构成。
4.如权利要求1所述的方法，其中建立第一流型包括通过第一喷嘴组将气体引入到所述反应室中，并且在所述反应室中建立气体的第二流型包括通过第二喷嘴组引入气体。
5.如权利要求4所述的方法，其中在所述反应室中建立气体的第二流型包括中断通过第一喷嘴组引入气体。
6.如权利要求4所述的方法，还包括在所述反应室中建立气体的第三流型。
7.如权利要求6所述的方法，其中在所述反应室中建立气体的第三流型包括中断通过第一喷嘴组引入气体。
8.如权利要求6所述的方法，其中在所述反应室中建立气体的第三流型包括中断通过第二喷嘴组引入气体。
9.一种用于在化学气相沉积系统中从含有硅前体化合物的气体来制造多晶硅的方法，所述方法包括：
通过第一喷嘴组将含有多晶硅前体化合物的气体的至少一部分引入到化学气相沉积系统的反应室中；
促进所述前体化合物的至少一部分从通过第一喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅；
通过第二喷嘴组将气体的至少一部分引入到所述反应室中；以及
促进所述前体化合物的至少一部分从通过第二喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅。
10.如权利要求9所述的方法，其中第一喷嘴组由单个喷嘴构成。
11.如权利要求9所述的方法，还包括：
通过第三喷嘴组将气体的至少一部分引入到所述反应室中；以及
促进所述前体化合物的至少一部分从通过第三喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅。
12.如权利要求11所述的方法，还包括调节通过第一喷嘴组、第二喷嘴组和第三喷嘴组中任一个喷嘴组引入的气体的流量。
13.如权利要求11所述的方法，还包括中断通过第一喷嘴组引入的气体的至少一部分的引入。
14.如权利要求11所述的方法，还包括中断通过第二喷嘴组引入的气体的至少一部分的引入。
15.如权利要求11所述的方法，还包括：
通过第四喷嘴组将气体的至少一部分引入到所述反应室中；以及
促进所述前体化合物的至少一部分从通过第四喷嘴组引入到所述反应室中的气体的至少一部分转化成多晶硅。
16.一种化学气相沉积系统，包括：
气体源；
至少部分地由底板和钟罩限定的反应室；
设置在所述底板和所述钟罩之一中的第一喷嘴组，第一喷嘴组通过第一歧管和第一流量调节器与所述气体源流体连接；
第二喷嘴组，第二喷嘴组包括设置在所述底板和所述钟罩之一中的多个喷嘴，所述多个喷嘴通过第二歧管和第二流量调节器与所述气体源流体连接；和
控制器，被构造成调节来自所述气体源的气体通过第一喷嘴组的流动以及来自所述气体源的气体通过第二喷嘴组的流动。
17.如权利要求16所述的化学气相沉积系统，还包括：
第三喷嘴组，第三喷嘴组包括设置在所述底板和所述钟罩之一中的多个喷嘴，第三喷嘴组的多个喷嘴通过第三歧管和第三流量调节器与所述气体源流体连接，和
其中所述控制器还被构造成调节来自所述气体源的气体通过第三喷嘴组的流动。
18.如权利要求17所述的化学气相沉积系统，其中第一喷嘴组由单个喷嘴构成，第二喷嘴组由三个喷嘴构成，并且第三喷嘴组由六个喷嘴构成。
19.如权利要求16所述的化学气相沉积系统，其中第一喷嘴组由单个喷嘴构成并且第二喷嘴组由三个喷嘴构成。
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