TW200804633A - Plasma deposition apparatus and method for making polycrystalline silicon - Google Patents

Description

200804633 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造多晶矽之裝置及方法。 【先前技術】

隨著油價持續升高且其他能源依然有限，自化石燃料燃 燒之散發而產生之全球暖化壓力不斷增加。需要找到且使 用替代能源，諸如太陽能，因為太陽能係免費的且不產生 二氧化碳氣體。因此，許多國家正增加對安全可靠之手期 功率源(尤其是"綠色"或，，清潔"能源)的投資 '然而，雖： 已開發出太陽電池（亦被稱為光電電池或模組）多年，其卻 具有：常有限之使用，因為製造此等電池或模組之成本仍 然很高，使得難以與由化石燃料產生之能量競爭。 目前，單晶矽太陽電池具有最佳之能量轉化效率，但其 亦具有與之相關聯之較高製造成本。或者，多晶矽雖不具 有與皁晶電池之同樣高之效率，製造卻低廉报多。因此， 其具有低成本光電功率產生之潛力…製造單晶錠之已知 方法使用浮動區方法以再處理多晶矽棒。另一已知方法係 丘克拉斯基（Cz〇chralski)方法，該方法使用晶種以自充滿 多晶矽塊之熔化坩堝中拉出熔融矽。 / 此外，製造多晶碎之-些先前技術製程使用由抗熱絲分 離以製造石夕之氯石夕烧，接著石夕沈積於_鐘罩反應器内。用 三氯矽烷製造半導體級石夕且稍後回收此等氯矽烷係普遍已 知的。又’已存在使用不同原料製造多晶石夕而後再處理此 等未反應之化學品的許多試圖。然而’此等先前試圖不 119382.doc 200804633 有較高沈積速率。 另一试圖使用具有惫々 ^ 分德W 向壓電漿以製造多晶矽，且 然後回收該等未反應 。在此試圖中，沈積在一基 土上發生以形成最終盥 * /、π玄基板分離之片型矽，因此 而要頭外處理步驟。 此外，一普遍已知之製程渉 4 W 表％ /y及稭由以下步驟製造太陽電 …⑴氣k多晶矽；(ii)製造單 .. 於4仏生丨t 日4夕日日叙或塊，（111)由該 疋或塊製‘晶圓；(iv)且接著 4 W 4 者t k電池，其包括經由昂貴 之擴政過程之P-型及n_型摻 、 雜之步驟。P-型及η-型摻雜劑 形成半導體材料之ρ·η接合。 ^ ^ 在已沈積薄膜層後，此步驟 通吊在極為綾慢之擴散焯内^ 制B H因此進-步減慢高效地

Ik太1¾電池之整體製程。 此外，“技術方法具有平行於該電漿火焰流之沈積表 面，因此收集效率低得多。使用高頻電漿化學氣體沈積製 程來沈積氣態氫化矽以便在一 K平石夕忍棒上沈積石夕。因該 沈積裝置之定向，許多矽產物排出該裝置。 製造矽之其他已知之先前姑供士、+ 士 心无别技術方法在矽棒内產生内應 變。-降低内應力之試圖依照基本之西門子方法及在—鐘 罩内製造料，其中處理步驟為：在—包括三氯我及氨 氣之氣態環境中力ϋ芯材料以在該㈣材料上沈積石夕 而產生/曰曰夕棒’藉由在不允許該多晶石夕棒與空氣接觸 之情況下施加電流來加熱該多晶料，使得該多晶石夕棒之 表面溫度比石夕之沈積反應溫度高且為！，㈣。C或更高；及在 加熱後藉由盡可能急劇地降低所施加之電流而切斷該電 119382.doc 200804633 流，藉此試圖降低該多晶矽棒之内應變率。如可瞭解的， 此製程涉及複數個額外步驟。 在自i化矽電漿源中製造多晶矽金屬之另一試圖中，該 鹵化石夕在一感應叙合電漿中分離為石夕離子及鹵離子且秒離 子接著經濃縮而形成可真空鑄造為多晶矽錠之熔融矽金 屬。此外，負載氣體為氟氣及氯氣。氟氣及氟化氫具有高 度腐#性，因此其需要特殊之抗腐蝕材料來建置設備且當 處置此等化學品時必須特別小心。 可在以下文獻中找到與試圖解決此等問題相關之資訊： 1981年9月μ日頒予Sarma等人之美國專利第45292,342號、 1982年1月5日頒予Sarnia等人之第4,309,259號、1982年3月 23曰頒予Sarma等人之第4,321，246號、1985年1月1日頒予 Lesk等人之第4,491，604號、1986年5月2〇號頒予Lesk等人 之第4,590,〇24號、1999年11月2號頒予Kubota等人之第 5,976,481號、2003年1月7號頒予Yatsimigi等人之第 6,503,563號，及2005年8月9號頒予1^18巧之第65926,876 號。 【發明内容】 藉由在本申請案中揭示之本發明的電漿沈積裝置及製造 多晶石夕之方法，解決上述問題並達成技術進步。本發明之 電漿沈積裝置包括一沈積腔室，該沈積腔室較佳地含有一 組或複數個感應耦合電漿炬。該等感應耦合電漿炬大體上 垂直於目標基板之沈積表面而定向以在該目標基板上產生 較大之沈積區。藉由大體上垂直於該沈積表面，在靠近該 119382.doc 200804633 等感應耦合電漿炬之末端之反應區中產生的多晶秒直接流 向垂直之大體上平坦之沈積表面。此外，本發明之電漿沈 積裝置在沈積過程中旋轉目標基板以在該沈積表面上產生 均一之多晶矽層。又，在沈積過程中，支撐件移動該目標 基板使之遠離該等感應耦合電漿炬，以在該等感應耦合電 漿炬與該沈積表面之間提供恆定或固定距離。 本發明之製造多晶矽之方法消除作為單獨製程之多晶矽 製造且亦消除隨後發生之額外^型及n_型摻雜處理步驟。 此外，本發明之製造多㈣之方法亦可使用並再使用相同 原料，因為可收集並回收未反應或未沈積之化學品以便經 由本發明裝置進行再處理。 本發明之製造多晶矽之方法不使用不同類型之材料作為 基板，因此不具有額外分離過程。本發明之製造多晶矽之 方法消除習知沈積方法中存在的可導致額外處理損失之額 外處理步驟。此外，纟發明之製造多晶石夕之方法亦最小化 基板之潛在污染。 本發明之製造多晶矽之方法對目標區之尺寸不具有限制 且可移除所產生之矽錠以提供連續性處理。本發明之製造 多晶矽之方法亦使該反應區與該沈積區分離。藉由如此進 仃，該反應區之處理溫度在熱力方面可經最佳化而用於較 高化學反應效率。而且，在該沈積區中，可達成用於較佳 沈積效率及產物品質之最佳溫度。因為矽錠之沈積表面大 體垂直於感應耦合電漿炬之電漿火焰而朝向，所以較大之 收集或沈積表面可用，於矽沈積。本文中所揭示之垂直沈積 119382.doc 200804633 方法具有比在彎曲表面（諸如 之沈積速率局的沈積速率。 棒形式上）之沈積中所達成

該新穎製程使用大體上垂直於該沈積表面目標而對準之 至少-感應柄合電隸以在該目標之垂直軸上沈積石夕。使 用-個以上感應耦合電漿炬將進一步提高沈積速率且將烊 加目標之沈積區，其可進一步降低太陽電池之製造成本曰 該新穎製程具有-較高之沈積速率且其可被設計為連續性 流動製程使得其可顯著降低多_之製造成本。該製程之 新穎設計提供反應及收集過程之較佳分離。經由該製程之 設計，本發明之裝置實現增加之反應溫度，.因此實現=高 之反應轉化，而同時提供更佳之產物收集溫度。 新穎裝置及製造多晶矽之方法在一步驟中且以一非常高 之沈積速率製造經摻雜或未摻雜之矽錠，因而以比標準j 晶矽製造製造更少之投資而經濟地自多晶矽原料生產成品 或半成品矽錠。此外，一摻雜劑（諸如，硼或磷及類似物） 可同時經沈積以產生P-型或n_型錠，因而消除電池製造製 造之下游之昂貴的擴散過程。該電漿沈積裝置及製造多晶 矽之方法在消除習知製程之擴散步驟的同時進一步提供較 佳之沈積控制及較均一之摻雜劑分佈，因此產生摻雜矽之 較高生產率。 又，電漿沈積裝置及製造多晶矽之方法可收集、分離且 回收處理氣體及未沈積之化學品之大部分。接著，可將此 等未沈積之化學品進一步處理成單晶石夕或多晶矽。 本發明之製造多晶石夕之方法不使用鐘罩，且很可能將不 119382.doc -10- 200804633 經歷與s前技術製程相關之相同應力問題。此係因為石夕沈 積在目標基板之末端上，且因此秒在先前技術製程之徑向 上具有較小之溫差，且亦因為在沈積過程中旋轉了目標基 板此外本發明之新穎製程係製造多晶矽錠之單步沈積製 私’且其不要求真空鑄造步驟。新穎製程簡化製造過程， 且將降低生產多晶矽之投資及作業成本。 【實施方式】

圖1說明電漿沈積裝置之一實施例100，其包括位於由支 撐件103固持之受支撐目標基板1〇4下方的感應耦合電漿炬 102 4目&基板104可具有任—所要尺寸，包括太陽電池 技術中θ遍已知之尺寸。在此實施例中，感應_合電裝炬 102朝上以在該目標基板1〇4之沈積表面1〇6上沈積反應產 :。在另-實施例巾，感應耦合電漿炬1〇2可能相對於目 標基板104以另一方式或方向朝向或定向。感應耦合電漿 炬102由兩個同心石英管組成：一外部石英管1〇8及一較短 之内部石英管11G，該等石英管被展示為附著至不錢鋼腔 室 112。 通吊，外部石英㈣8及内部石#管11〇之直徑及高度或 長度可為適應外部石英管108及内部石英管ιι〇之所要應用 的任何尺寸。較佳地，内部石英管11〇具有比外部石英管 1,〇8短的長度。X，外部石英管⑽較佳地具有在約毫米 ("mm”）至約％ mm範圍内之直徑及在約18〇 _至約彻 咖範圍内之高度。更佳地，外部石英管⑽之直徑為約70 ，南度或長度為約擔随。較佳地，内部石英管㈣具 H9382.doc 200804633 有在約5G mm至約7G mm範圍内之直徑及在約12G mm至約 180 mm耗圍$之高纟。更佳地，内部石英管110之直徑為 約60 mm，高度為約150 mm。 目‘基板104可為錠或多晶矽基板之其他形式。在此實 鈀例中/尤積表面1〇6大體上垂直於感應耦合電漿炬1〇2。

車乂么地，支撐件1〇3使目標基板1〇4繞其軸而旋轉。此 外/在矽層沈積在沈積表面1〇6上時，支撐件1〇3進一步移 動該目標基板104使之遠離感應電漿炬1〇2，以在沈積 製程期間保持距離” L"恆定。矽之沈積發生在該基板沈積 表= 106上且此活動區通常被視為沈積區1()5。視沈積溫度 疋線圈114之最上端部分與目標基板i 〇4之間的距離 (如由”L”表示）在約1〇 mm至約4〇拉扭之範圍内。支撐件1们 可為能夠在沈積製程期間支樓、旋轉及/或移動目標基板 HM之任何類型之機械支撐件。較佳土也，支標件…抗高溫 且具有充足之機械強度以在上下移動沈積目標1〇4及旋轉 沈積目標灣支撐該沈積目標1〇4。在一實施例中，該支 撐件係一連接至該沈積目標1〇4之棒形硬質部件。此外， 該支撐件可耦合至馬達以旋轉沈積目標1〇4。在一實施例 中，支撐件103係一石英棒或抗高溫腐蝕之不鎸鋼棒。 除沈積區105之外，該電漿沈積裝置1〇〇進一步包括一與 沈積區105分離一距離之反應區126。使反應區126與沈積 區105分離之此空間部分地由感應耦合電漿炬1〇2相對於沈 積目標104之沈積表面106的垂直定向提供且亦部分地由感 應耦合電漿炬1〇2與沈積目標104之沈積表面1〇6之間的距 H9382.doc -12- 200804633 離提供。此間隔藉由並經由該沈積目標104之較大面積之 沈積表面106而提供改良之沈積效率。在沈積區ι〇5保持較 低溫度之同時，此間隔進一步允許反應區1 26之增加之電 漿溫度。反應區中此較高電漿溫度提供反應區126中吸熱 化學反應之改良轉化效率。此外，反應區105中之較低溫 度保證所要特徵及品質之矽沈積於目標基板104之沈積表 面10 6上。 感應輕合電漿炬102進一步包括一位於外部石英管1⑽之 上σ卩周圍的銅感應線圈114。該線圈114包含具有大致在約 56 mm至約96 mm範圍内之直徑之複數個繞組116。較佳 地’該複數個繞組有約82 mm之直徑。通常，該複數個繞 組116以一充足距離相互間隔以提供該感應耦合電漿炬 之操作。較佳地，該複數個繞組116以約6 mm之距離相互 間隔。此外，外部石英管1〇8與線圈114之間的間隙可在約 2 mm至約1〇 mm之範圍内。 感應耦合電漿炬102進一步包括連接至一前驅源化學品 管線（未圖示）之一對注入口 118，該前驅源化學品管線將該 前驅源化學品載運至感應耦合電漿炬1〇2。藉由使用内部 石英管110，電漿源氣體將具有漩渦流型。用於沈積半導 體薄膜材料（諸如矽）之源化學品將穿過該等注入口丨〗8而注 入，因與頒予Gonskov等人之美國專利第6,253,58〇號及頒 予Gouskov等人之美國專利第6,536,24〇號（兩個專利以引用 方式倂入本文）中所揭示之原因相同的原因，該等注入口 較佳地位於感應耦合電漿炬1〇2之下側附近且朝向v=〇之位 119382.doc -13- 200804633 置。在一實：例中’注入口 118連接至感偷電漿炬 102。在另:實施例中’注人口…未連接至感㈣合電裝 炬102 ’而一連接至如本文中所述之本發明之另一結構元 件。在-實施例中，感應耦合電漿炬1〇2係感應式耦合之 電聚炬。該等注入口 118包含較佳地具有在約3職至約1〇 mm範圍内更佳地約5酿之直徑之石英管道，儘管其他尺 寸之管道直禋可與感應耗合電聚炬1〇2一起使用。在此實 把例中，對注人口 118完全相反地彼此相對而定位。在 本發明之另—實施例中，可利用對稱配置之三個或三個以 上的注入口。 此外’感絲合電聚炬1G2包括連接至—電漿氣體供應 管線(未圖示)之一對電漿氣體入口 12〇，該電漿氣體供應管 線將電聚《I體載運至感應搞合電漿炬1()2。該等電浆氣體 入口 120以大體上相同之高度進人感應叙合電漿炬⑽。較 佳地，此等電漿氣體入口 12〇包含具有5 mm之直徑之不銹 鋼管道，儘管一系列之直徑可足以實現此目的。 感應耦合電漿炬102亦具備冷卻劑入口 122及冷卻劑出口 124。在使用過程中，一冷卻劑（諸如水）通過該冷卻劑入口 122,在該不銹鋼腔室112中循環，然後經由該冷卻劑出口 124排出。冷卻劑入口 122及冷卻劑出口 124較佳地由不銹 鋼形成且具有（例如）5 mm之直徑。 電漿氣體入口 120、冷卻劑入口 122及冷卻劑出口 ^以均 較佳地形成於不銹鋼腔室112中。該腔室112較佳地為每邊 8〇 mm且具有（例如）約40 mm之高度之不銹鋼方塊。較佳 H9382.doc -14- 200804633 地，該腔室112安裝至支撐架（未圖示）上。 一高頻產生器（未圖示）電連接至線圈114，以5.28+/-0.13 MHz之頻率用高達60 kW之可變功率輸出給線圈114供電。 在一實施例中，該產生器為可自Fritz Huettinger Electronic GmbH of Germany購得的型號IG 60/5000。較佳 地，此產生器由50 Hz、3相、380 V之電源驅動以激發該 感應搞合電聚炬1 02。 圖2展示沈積裝置之另一實施例2〇〇，其由位於一沈積腔 室202内之一組感應耦合電漿炬102組成。藉由使用位於沈 積腔室202内、均大體上垂直於目標基板1〇4之沈積表面 106而定向之複數個感應耦合電漿炬1〇2，沈積裝置2⑽覆 蓋較大之沈積寬度或面積。如上所述，目標基板1〇4向上 移動而遠離該感應耦合電漿炬1〇2且亦藉由支撐件1〇3而繞 其軸107旋轉。目標基板1〇4被展示為幾乎延伸至該沈積腔 至202之周邊。除較高沈積速率之外，沈積裝置提供均 -沈積厚度。在此實施例中，沈積裝置·由五個感應叙 合電漿炬102組成，每一電漿炬具有較佳地7〇㈤瓜之直徑。 五個感㈣合電漿丨G2巾之四個環繞沈積腔室M2之周邊 等距地相互間隔。在此實施例中，環繞沈積腔室2〇2之周 邊而定位之四個感應•合電漿炬1〇2以9〇。彼此分離。在此 實施例中，第五感應輕合電_1()2位於該沈積腔室加之 中央。 在沈積腔室内可使用其他配置及尺寸之感應輕合電聚炬 1〇2,以提供用於特定應用之所要沈積寬度或面積。在此 119382.doc -15- 200804633 貫施例中’使用五個感應輕合電漿炬_產生約則麵 之沈積區。較佳地’該目標基板⑽將繞其轴w旋轉，同 時亦向上或遠離該感應_合電漿炬如而移動㈣持目標 基板10 4與該等感_合電槳炬1 〇 2之間的固定或但定距 離。

麥看圖3，展不該沈積裝置2〇〇之侧視圖。沈積腔室搬 包括位於該沈積腔室2G2頂端之排放口繼。較佳地，該等 排放口 302位於沈積目標⑽之下端或沈積表面⑽上方。 -排放系統(未圖示)將排出來自該等化學反應之所有氣體 及任何未沈積之㈣粒°較佳地，該排放“在該沈積腔 室202内控制或保持―固^分壓以確保—最適宜之沈積條 件。該沈積腔室202内之分壓控制可進一步包括提供一負 壓’諸如真空。在另一實施例中，可將該分壓控制於大氣 壓或接近大氣壓。視特定應用之需要，可使用任何數量之 排放口 302。較佳地沈積腔室加由—防爆材料腿遮蔽材 料裝成W P方止RF此置自沈積腔室2〇2逃逸並隔離對該沈 積腔室202之環境影響。 藉由使用位於該沈積腔室202内、均大體上垂直於該目 標基板104之沈積表面1〇6而定向之複數個感應耦合電漿炬 102’沈積裝置2GG覆蓋較大之沈積寬度或面積。目標基板 104被展示為幾乎延伸至沈積腔室搬之周邊^除較高沈積 速率之外，沈積裝置2GG提供均—沈積厚度。在此實施例 中，沈積裝置200由五個感應耦合電漿炬1〇2組成，每一電 漿炬具有車交佳地70 mm之直徑。五個感應耦合電漿炬1〇2中 119382.doc -16- 200804633 之四個環繞該沈積腔室202之周邊等距地相互間隔。在此 貝施例中’第五感應電漿炬位於該沈積腔室202之中央。 圖4展示沈積裝置之另一實施例4〇〇，其由位於稍微傾斜 之兩個感應耦合電漿炬402之間的感應耦合電漿炬〗〇2組 成’該等感應耦合電漿炬1〇2及4〇2位於一沈積腔室2〇2 内。感應耦合電漿炬4〇2類似於感應耦合電漿炬i 〇2而建構 並作用，但其在沈積腔室202内以❸度自水平面稍微傾斜。 感應輕合電漿炬402之傾斜度較佳地在約15度至約45度之 間車乂佳地’該等感應耦合電漿炬402自水平面傾斜約j 5 度。該等傾斜之感應耦合電漿炬4〇2在目標基板1〇4之沈積 表面106上以良好均一性提供改良之多晶矽沈積。應注 意，若該感應耦合電漿炬402之傾斜角太大，則沈積速率 或收集效率降低且沈積變得較不均一。此外，每一感應耦 合電漿炬402之傾斜度可能不同。 自圖4 ’觀察到感應耦合電漿炬4〇2之直徑t，L"可自以下 公式推導出：L’=L/Cos 0>L。因此，來自感應耦合電漿炬 402之沈積直徑L’比感應耦合電漿炬ι〇2之直徑大。 如上所述，電漿源氣體將具有旋渴流型。此情形係由經 由該等電漿氣體入口 120而注入之電槳源氣體導致，該等 電I氣體入口 120在外部石英管與内部石英管Η。之間 饋入電漿源氣體。感應耦合電漿炬1〇2及4〇2較佳地使用惰 性電漿源氣體來形成電漿，其中反應發生在前驅氣源與感 應耦合電漿炬102及402之間以便在目標基板1〇4上沈積反 應產物。電漿源氣體係一惰性氣體，其較佳地具有⑴較低 119382.doc 17 200804633 f化能量，且⑻在化學特性上係惰性的使得將不合 氧化物或氮化物。較佳地，該、a .pe ^罨水源軋體可自包括以下各 中达出：氦氣、氬氣、氫氣或其混合物。 反應產物由前驅氣源在存在感應輕合電衆炬102及402之 情況下的反應產生。該前驅氣源可包括諸如氣體

=朦、小顆粒、奈米顆粒或粉末之物質或係諸如氣體、 =、氣溶膠、小顆粒、奈米難絲末之物質的額外形 工、、此外’ P-型或n_型推雜劑材料亦可與前驅氣源同時注 入以形成所要之p_型或n-型半導體。摻雜劑材料之一些實 例包括硼、磷及其類似物。 、 成石夕。其亦可藉由電聚火焰能量用氫氣來還原四氯化石夕 (SiCl4)以製造矽。 除本發明之電漿沈積裳置100、及4〇〇之上述態樣及 實施例之外，本發明進—步包括製造此等多晶石夕基板或鍵 之方法。-較佳方法包括一基於氯化物之系統，其使用電 漿火焰或能量以藉由氫氣（¾)還原三氯矽烷（SiHCl3)來形 圖5係一種此製程之實施例5⑽的流程圖。在步驟5 〇2 中，啟動該或該等感應耦合電漿炬1〇2及4〇2。此步驟可包 括：啟動電漿氣體流至電漿氣體入口 12〇之供應且接著藉 由將電流供應至感應線圈i〗4來點燃電漿。此步驟包括點 燃及穩定該或該等感應耦合電漿煜1〇2及4〇2之電漿火焰。 此外’步驟502亦可包括··在沈積於目標基板ι〇4上期間， 選擇將用以製造所要反應產物之前驅氣源。 在步驟504中，沈積裝置100、200及400經由注入口 118 119382.doc -18- 200804633 將前驅氣源注入至該或該等感應電漿炬1 〇2及4〇2之電漿火 焰。如上文所論述，較佳地該前驅氣源係選自siHci3加 H2，或SiCU加H2。在步驟506中，穩定該或該等感應電漿 炬102之電漿火焰且調整在反應區126内之該或該等感應電 襞炬102及402之反應溫度以最佳化多晶石夕之形成。 如上所述’經由排放系統收集未沈積於目標基板1 〇4之 沈積表面10 6上之氣體並將其回收以便額外使用。本發明 之製造多晶矽之方法之一態樣中，SiHcl3及以〇14可自冶金 級矽（MGS)或矽石製成。其將與自本發明之製造多晶矽之 方法之排放氣流中收集並分離之氯化氫（HC1)反應。此 外，通常有可能在排放氣流中不存在充足量時添加新鮮氣 氣（C!2)或HC1。在藉由蒸餾而淨化後，反應產物可用作用 於製造石夕之前驅源氣體化學品。 在排放氣流中，除HC1之外，存在Ar、h2、二氯矽烷 (SiH^Ch)，且未反應之SiHCl3及SiCU及未沈積之矽顆粒亦 φ 可能存在。可藉由使用袋狀過濾器而分離出未反應之矽顆 粒。此外，使用冷卻過程，可很容易地分離氯矽烷且將其 再用作前驅源氣體化學品。亦可自該排放系統回收氣體 (諸如’ Ar及Hz)且可將其用於電漿源氣體或前驅源氣體。 在步驟508中，沈積腔室202内之壓力可由排放系統控制 並保持此外，可使用其他構件以保持沈積腔室2〇2内之 壓力。在步驟510中，控制且保持目標基板1〇4之沈積表面 106之溫度以最優化矽至沈積表面1〇6上之沈積。在步驟 512中，監視目標基板1〇4之沈積表面1〇6之成長。隨著沈 119382.doc -19- 200804633 、、 6成長，支撐件103移動目標基板104使之遠離該 或該等感應電漿炬102及4〇2以保持該或該等感應電聚炬 102及402與目標基板1〇4之沈積表面1〇6之間的恆定或固定 距離L。在步驟514中，當沈積了所要長度或體積之石夕時， 支撐件103將基板104自沈積腔室2〇2移除。 除上述内谷外，將自排放氣流分離出石夕顆粒。此等顆粒 ㈣收集、裝载至石料财、㈣且成為單晶錠。亦將 φ #由典型工業過程收集且分離所有氣體（不豸是未反應之 化子irn還疋剎產物之化學品）。一些例示性原料包括氫化 物、氟化物、氣化物、溴化物及氬氣。 在本發明之製造多晶矽之方法之另一實施例中，使用一 基於氫化物之系統。矽烷不具有與三氯矽烷一樣高的沈積 速率，但且仍廣泛用於工業中，因為較易於淨化且亦產生 所要高品質之矽。遵循上述相同之處理步驟，可將氣體形 式之矽烷（SiHU)或乙矽烷（Si2H0)傳送至注入口 118(如步驟 φ 504中所述）且在存在電漿火焰或能量之情況下，其分離為 石夕及氫藉由使用較南反應溫度並快速移除氫氣，會達成 改良之化學反應轉化。此外，經由排放口 3 收集未沈積 之矽顆粒及電漿源氣體（諸如，氬氣）以便再處理並回收。 在本發明之製造多晶矽之方法之另一實施例中，遵循上 文所述之處理步驟使用溴系統。在化學特性上溴（Br2)既不 如氯氣（CD活躍亦不如氯氣具有腐餘性。在使用βγ作為一 負載氣體時’可節省大量設備成本。該負載氣體用作輸送 劑以使非純淨矽（冶金級矽，MGS)成為、轉化為及製造為 119382.doc -20- 200804633 純淨的且可用之太陽能級矽（soG)。其將與MGS反應以形 成/臭化石夕（主產物）及其他雜質溴化物。在淨化後，漠化石夕 藉由電漿處理用以製造多晶矽。在此處理期間，電漿將溴 化矽分解為矽及溴。沈積矽且又收集並再使用溴。因為本 务明之感應1¾合電漿炬102及402具有十分充足之能量以便 按所要方式激勵反應，所以不會存在由氫氣進行四溴化石夕 (SiBr4)還原反應的問題。較佳地此系統之原料降為MGS。 在高於36(TC之溫度下，矽與溴化氫（HBr)或Br2之反應速率 可月b較尚且反應產物將主要為；§丨61*4。因沸點溫度之差異， 很容易分離出硼污染物（使BBi*3與SiBi*4分離）。在此實施例 中’鈿驅源氣體化學品將為四漠化石夕及氫氣。 在本發明之製造多晶矽之方法之又一實施例中，使用由 碳進行之矽石煙灰顆粒的還原。在光學預成型坯生產中， 固體廢物為矽石煙灰顆粒且其通常送去填埋以便拋棄。此 等矽石煙灰顆粒非常純淨且可為藉由用碳進行碳高溫還原 反應以製造太陽能級石夕（S〇G)之良好來源。通常，其使用 電弧爐作為熱源且遵循上文所述之處理步驟，經由注入口 118將私末狀Si〇2及碳注入該等感應耦合電漿炬1 及4〇2 之電桌火焰中。來自預成型坯製造商之此等煙灰顆粒通常 不含有過渡金屬離子且其通常亦不含有硼。然而，該等煙 灰顆粒可能具有微量磷及一些鍺。為了自該等原料消除可 能之雜質污染物，可將少量CL及水分與前驅氣源一起注 入。此實施例將光學纖維製造廠之煙灰顆粒廢物轉化為用 於製造多晶矽之有用產物，且因此產生高效且成本有效之 119382.doc •21 - 200804633 太陽能面板。 在本發明之製造多晶 上文描述之其他時間， 以量測沈積製程之厚度 整上文所述之製程參數 矽之方法之另一態樣中，在不同於 可將目標基板104自此製程中移除 、組合物及/或效能來判定是否調 中的任一者。 雖然已描述當前被視為該電漿沈積裝置及製造多晶石夕之 施例的内容’應瞭解在不脫離本發明之電裝 對盆進二:神二本質特徵的情況下’可以其他特定形式 -見。例如，不脫離本發明之電漿沈積裝置及掣 造多晶石夕之方法之精神或本質特徵之情況下1 了本文中' 所描述之感應輕合電漿炬或沈積模組之組合外，可使用額 7之=應_合電漿炬或沈積模組之不同組合。因此，本發 明之實施例在所有方面皆被視作說明性的而非限制性的。 本發明之範疇由所附之申請專利範圍而非前文之描述指 示° 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明之一實施例的製造多晶矽之電漿沈積 裝置之剖視側視圖； 圖2係根據本發明之另一實施例的包括相對於基板容納 於 k至中之若干電漿沈積炬之電漿沈積裝置之俯視圖； 圖3係根據本發明之另一實施例的包括相對於基板容納 於沈積腔室中之若干電漿沈積炬之電漿沈積裝置之側視 圖； 圖4係根據本發明之另一實施例的包括相對於基板容納 119382.doc -22- 200804633 於沈積腔室中之傾斜感應耦合電漿炬之電漿沈積裝置之側 視圖；及 圖5係根據本發明之一實施例的製造多晶矽之方法的流 程圖。 【主要元件符號說明】

100 電漿沈積裝置 102 感應耦合電漿炬 103 支撐件 104 目標基板 105 沈積區 106 沈積表面 107 轴 108 外部石英管 110 内部石英管 112 不銹鋼腔室 114 線圈 116 繞組 118 注入口 120 電漿氣體入口 122 冷卻劑入口 124 冷卻劑出口 126 反應區 200 電漿沈積裝置 202 沈積腔室 119382.doc -23- 200804633 302 排放口 400 電漿沈積裝置 402 感應耦合電漿炬 119382.doc -24-

Claims (1)

1. 200804633 十、申請專利範圍： 1. 一種製造多晶矽之電漿沈積裝置，其包含： 用於沈積该多晶碎之腔室構件； 用於支撐一具有一沈積表面之目標基板之構件；及 用於產生一電漿火焰之感應耦合電漿炬構件，該電漿 火焰用於反應至少一反應物以產生一反應產物及在該目 標基板上沈積該反應產物，該電漿炬構件位於該基板之 一固定距離處，其中用於支撐之該構件在一方向上移動 該目標基板使之遠離該感應耦合電漿炬構件以提供該目 標基板與該感應耦合電漿炬構件之間的該固定距離。 2. 如請求項1之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該反應 產物係k自由以下各物組成之群碎、本質發、p _型摻 雜矽、及η-型摻雜矽。 3·如請求項1之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該至少 一反應物呈一選自由以下各物組成之群的材料的形式： 一氣體、蒸汽、氣溶膠、小顆粒、奈米顆粒、或粉末。 4·如請求項1之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該至少 一反應物為氫氣（HQ及選自由以下各物組成之群的至少 一化合物：三氯矽烷（SiHC13)、四氯化矽（Sicu)、二氯 石夕烧（SiH2Cl2)、矽烷（SiH4)、乙矽烷（Si2H6)、四溴化矽 (SiBrJ、及以上之混合物。 5·如#求項1之製造多晶石夕之電漿沈積裝置，其中該電漿 火焰係自選自由以下各物組成之群的至少一氣體產生： 氛氣、氬氣、氫氣、及以上之混合物。 119382.doc 200804633 6·如睛求項1之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該腔室 構件進一步包括： 一位於該沈積表面之上用於自該腔室構件排放未沈積 之固體及未反應之化學品中之至少一者的排放構件。 7·如睛求項6之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該腔室 構件進一步包括： 人工 用於回收自该腔室構件排放之該等未沈積固體及該

   專未反應化學品中之該至少一者以便在該沈積裝置中再 使用之回收構件。 如請求項1之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該感應 孝馬合電漿構件進一步包含： 匕δ複數個繞組之感應線圈，該等繞組具有一比該 外部石英管之直徑大的直徑且以約2 mm至10 mm之距離 相互間隔。 月求項8之製造多晶石夕之電漿沈積裝置，其中該感應 、線圈與該目標基板之間的該距離在約30 mm與50 mm之 間。 1〇·如清求項1之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該感應 幸馬合電漿炬及該沈積表面大體上相互垂直。 11 ·如4求項〗0之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該感應 輕合電漿炬大體上垂直地定位。 12·如晴求項1之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該沈積 表面在該反應產物之沈積期間係旋轉的。 13 · —種製造多晶矽之電漿沈積裝置，其包含： 119382.doc 200804633 一用於沈積該多晶矽之腔室，該腔室具有一用於恢復 未沈積之固體及未反應之化學品中之至少一者的排放系 統； 一位於該沈積腔室内用於固持一具有一沈積表面之目 標基板之支撐件，該沈積表面界定一沈積區； 位於該沈積腔室内且與該支撐件間隔之至少一感應耦 合電漿炬，該至少一感應耦合電漿炬產生一大體上垂直

   於該沈積表面之電漿火焰，該電漿火焰界定一反應區 該反應區用於反應至少兩個反應物以產生該多晶矽以便 在该沈積表面上沈積一層該多晶石夕。 14_如請求項13之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該多晶 矽係選自由以下各物組成之群：矽、本質矽、p_型摻雜 矽、及n_型摻雜矽。 15·如請求項13之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該至少 兩個反應物係以一 it自由以下各物組成之群的材料之形 式而沈積：-氣體、蒸汽、氣溶膠、小顆粒、夺米顆 粒、或粉末。 /丁…、貝 ^ 运夕晶矽（电跟沈積裝置，其中該至少 兩個反應物係由氫氣（HO與選自由以下夂私^ 1 ^ 石丨 下各物組成之群的 至〉、一氣體產生··三氯矽烷、 wri、 WU3)、四氯化矽 (s比 14)、二氯矽烷（SiH2Cl2)、矽燒 、 、rt4)、乙矽浐 (Si2H6)、四溴化石夕（siBr4)、及以上之混合物。 义 17.如請求項13之製造多晶矽之電漿沈積 、衣罝’其中該曾 炬構件係自選自由以下各物組成之群 水 t群的至少—氣體產 119382.doc 200804633 生·氣氣、氬氣、氫氣、及以上之混合物。 18·如凊求項13之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該腔室 構件進一步包括： —位於該沈積表面之上用於自該腔室構件排放未沈積 固體及未反應化學品中之該至少一者之排放系統。 1 9.如π求項13之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中用於沈 積之該腔室係由一遮蔽RF能量並使該腔室與該腔室外部 之環境隔離之材料製成。 20.如⑺求項19之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該排放 糸統進》—步包含： 自该腔室移除副產物氣體及顆粒之排放口。 2 1 ·如凊求項1 8之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該排放 系統控制該腔室内之分壓。 22.如巧求項13之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該至少 一感應耦合電漿炬包含·· 外部石英管及一包含複數個繞組之感應線圈，該等 繞組具有一比該外部石英管之直徑大的直徑； 一内部石英管·，及 一連接該外部石英管與該内部石英管之腔室，其中該 電漿氣源連接至該腔室以在該外部石英管與該内部石英 管之間提供該電漿氣源。 浚明求項22之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該外部 石矣管有一約1 8 〇 mm至4〇〇 mni之長度。 女明求項22之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該外部 119382.doc 200804633 石英管具有一約50 nim至90 mm之直徑。 25·如請求項22之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該内部 石英管具有一約120 mm至180 mm之長度。 26·如請求項22之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該内部 •石英管具有一約50 mm至70 mm之直徑。 - 27.如請求項22之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該等繞 組以約2 mm至10 mm之距離相互間隔。 28.如請求項27之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其中該感應 • 線圈與該目標基板之間的距離在約30 mm至55 mm之 間。 29·如請求項22之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其進一步包 含一連接至該感應線圈之高頻產生器。 3〇.如請求項13之製造多晶矽之電漿沈積裝置，其進一步包 含： 回收該等經恢復之該等未沈積固體以將其處理為一 3 1 · —種在一沈積腔室内在一目標基板上製造一層多晶石夕之 方法，其包含： •支撐該目標基板； • 挺供一包含一線圈之南頻感應柄合電漿炬，該感應柄 合電漿炬經選擇可沿該基板之一側之表面區而定位，一 3〇 mm至55 mm之距離使該線圈與該基板分離； 將一基本上由一惰性氣體組成之電漿氣體引入該高頻 感應耦合電漿炬以在該線圈内形成一電漿； 119382.doc 200804633 將反應物注入該高頻感應耦合電漿炬以產生一反應產 物；且 在保持該基板與該線圈之間的間隔之同時，將該感應 耦合電漿炬之該反應產物沈積至該基板上。 32.如請求項31之在一目標基板上製造一層多晶矽之方法， 其進一步包含調整該腔室内之分壓。 33· —種在一沈積腔室内在一目標基板上形成一層多晶矽之 方法，其包含：

   在一支撐件上支撐該目標基板； 提供用於在該至少一基板上沈積一反應產物的至少兩 個感應耦合電漿炬，該至少兩個感應耦合電漿炬位於該 目標基板之一距離處，該至少兩個感應耦合電漿炬各自 包含一線圈，該至少兩個感應耦合電漿炬經選擇可沿該 目標基板之一側之沈積表面區而定位，一3〇 mmi55 mm之距離使該線圈與該目標基板分離； 將基本上由一惰性氣體組成之電漿氣體引入該至少 兩個感應_合電漿炬以在該線圈内形成一電喷· 將反應物注入該至少兩個感應搞合電漿炬中以產生一 反應產物； 調整由該至少兩個感應耦合電漿炬之電漿火焰產生之 一反應區内的溫度； 控制該沈積腔室内之壓力； Ί工制邊目標基板之该沈積表面之溫度； 在保持該目標基板與該線圈之間的間隔之同時，將該 119382.doc 200804633 至少兩個感應耦合電漿炬之該反應產物沈積至該沈積表 面上；及 使該目標基板繞其軸旋轉。 3 4 · :¾明求項3 3之在一基板上形成一層多晶石夕之方法，其進 步包含調整該腔室内之分壓。 35·如請求項33之在一基板上形成一層多晶矽之方法，其中 夕兩個感應_合電漿炬及該沈積表面大體上相互垂 直。 36·如明求項35之在一基板上形成一層多晶石夕之方法，其中 °亥至夕兩個感應耦合電漿炬大體上垂直而定位。 37· ^求項33之在-基板上形成—層多^之方法，其 λ至/兩個感應耦合電漿炬進一步包含： 4立於5亥沈積表 ^ μ ^的成角末端，其用於該目桿a 板上之增加之沈積區。 如基 3 8.如請求項37之在_ 該至小、 土板上形成一層多晶矽之方法，其中 人夕>ν個感應耦合電漿炬以一角产 八 於續、接* 月度傾斜以便在一相斟 H尤積表面大體上平相對 39.如，求項33之在—基板上 纟角末知。 在該反瘅吝从 層夕曰曰石夕之方法，直中 社/夂應產物之沈積期間 主 -中 使4沈積表面旋轉。 U93S2.doc