TW201026915A - Methods for preparing a melt of silicon powder for silicon crystal growth - Google Patents

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201026915 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之領域一般係關於製備用於石夕錠成長之石夕粉末融 化物，且特定言之，製備用於產生單晶或多晶矽錠之矽粉 __末融化物。 【先前技術】 用於微電子電路製造之大多數單晶矽由切克勞斯基 (「Cz」）法製備。在此方法中，單晶矽錠藉由以下操作製 得·於掛場中融化多晶矽（p〇lycrystalline silic〇n)(「多晶 矽（polysilicon)」），將晶種浸於融化矽中，藉由足以實現 叙所需直從之方式取出晶種，及使單晶以此直徑成長。 融化形成融化矽之多晶矽通常為由西門子製程（Siemens process)製備之塊狀多晶矽或由流體化床反應製程製備之 粒狀多晶矽。塊狀多晶矽形狀一般不規則，具有尖銳的鋸 齒狀邊緣，此歸因於其藉由多晶矽棒斷裂成長度通常在約 2 cm至約10 cna|圍内且寬度通常在約4 cm至約6 範圍 内的小塊而製得。粒狀多晶矽比塊狀多晶矽小得多，且一 般為均勻球形，其可用於形成融化物。粒狀多晶矽之直徑 通常為約〇·5 mm至約5 mm。塊狀與粒狀多晶矽之製備及 特徵進一步詳述於以下文獻及其中所引用之參考文獻中： F. Shim则，Semi_duct〇r s山_ 灯第 U6-U1 頁，Academic Press (San 叫％。以以，i989)，其以 引用的方式併人本文中，達成所有相關及—致目的。 由於對光伏打電池（亦即太陽電池）需求不斷增長，所以 144348.doc 201026915 多晶石夕處於短缺中且甚至更為需要最大程度地利用矽源 (例如，使用除塊狀多晶矽及粒狀多晶矽以外之原料）來產 生單晶矽與多晶矽。因此，需要一種使用非習知矽原料且 認識到並克服由使用該等非習知原料所帶來之技術挑戰的 製造方法。 矽粉末為粒狀矽流體化床製程之副產物，其一般用於價 值不咼之工業應用，諸如作為鋼生產之添加物。因此，矽 粉末相較於粒狀及塊狀多晶矽以大的折扣出售。需要一種 能夠使用矽粉末作為產生諸如單晶矽或多晶矽之較高價值 產物之原料的製造方法。 【發明内容】 本發明之一態樣係針對一種製備用於根據切克勞斯基法 使單晶或多晶矽錠成長之矽粉末融化物的方法。將矽粉末 裝載至㈣中以形切進料，其包含至少約2g重量叫粉 末。矽粉末包括表面上具有一定量二氧化矽之矽粉心 粒。掛禍位於用於拉出錢之拉晶機之外殼内。將石夕進料 加熱至約11()代至小於約錢料之融化溫度之溫度的溫 度’歷時至少約30分鐘’以自進料移除二氧化[將石夕進 料加熱至超過進料之融化溫度之溫度以形切融化物。 本發明之另-態樣係針對—種製備用於根據切克勞斯基 法使單晶#多晶較成長之♦粉末融化物的方法。 粉末裝載錢财以形成㈣料。㈣位於用於拉出㈣ 之拉晶機之外殼内β外殼包括包圍物。移除包圍物之 分以在外殼中產生真空。控制移除包圍物之速率以預防句 144348.doc 201026915 粉末被夾帶於包圍物I將料料加熱至超過進料融化溫 度之溫度以形成矽融化物。 在製備用於才艮據切A勞斯基法使單晶石夕或多晶石夕錠成長 之石夕粉末融化物的方法之另—態樣中，將石夕粉末裝載至掛 堝中以形成矽進料。坩堝位於甩於拉出矽錠的拉晶機之外 设内。拉ΒΘ機具有與坩堝熱連通之加熱器以將坩堝加熱至 足以使矽進料融化之溫度。加熱器具有界定加熱器長度之 頂部及底部以及在加熱器之頂部與底部十間的轴向中心 點。坩堝能夠在外殼内沿拉晶機之中心縱向轴上升及下 降。進料具有在進料表面與進料底部中間的轴向中心點。 加熱由坩堝固持之矽進料以形成具有表面之矽融化物，同 時將坩堝固持於第一軸向位置，其中進料轴向中心點與加 熱器轴向中心點之間的距離小於加熱器長度之約15%。坩 堝位於第二軸向位置，其中融化物之表面與加熱器軸向中 心點之間的距離小於加熱器長度之約丨5%。在第二轴向位 置處將矽融化物之溫度維持在進料之融化溫度以上至少約 30分鐘。 本發明之另一態樣係針對一種製備用於根據切克勞斯基 法使單晶矽或多晶矽錠成長之矽粉末融化物的方法。在具 有底部及具内表面之側壁之坩堝中製備矽融化物。將可移 式間隔物沿掛堝側壁内表面插入。間隔物具有頂部及底 部。將矽粉末裝載至坩堝中以形成矽進料。將可移式間隔 物自掛禍移除以在坩堝侧壁與矽進料之間產生間隙。將矽 進料加熱至超過進料融化溫度之溫度以形成矽融化物。 144348.doc 201026915 在製備用於根據切克勞斯基法使單晶矽或多晶矽錠成長 之矽粉末融化物的另一態樣中，將矽粉末裝載至具有底部 及具内表面之側壁之坩堝中以形成矽進料。矽粉末包括在 表面上具有一定量二氧化矽之矽粉末顆粒。將可移式間隔 物沿掛堝側壁内表面插入。間隔物具有頂部及底部。將可 移式間隔物自堆竭移除以在掛塌側壁與石夕進料之間產生間 隙。將掛堝裝載至用於拉出矽錠之拉晶機之外殼内。外殼 包括包圍物。拉晶機具有與坩堝熱連通之加熱器以將坩蜗 加熱至足以使矽進料融化之溫度。加熱器具有界定加熱器 長度之頂部及底部以及在加熱器之頂部與底部中間的軸向 中心點。坩堝能夠在外殼内沿拉晶機之中心縱向軸上升及 下降。進料在進料表面與進料底部中間具有軸向中心點。 移除包圍物之一部分以在外殼中產生真空。控制移除包圍 物之速率以預防矽粉末被夾帶於包圍物中。將矽進料加熱 至約llOGt：至小於約料料之融化溫度之溫度的溫度，歷 時至少約3G分鐘，α自進料移除二氧化石夕。將石夕進料加熱 至超過進料融化溫度之溫度以形成具有表面之矽融化物， 同時將掛㈣持於第—轴向位置，其中進料軸向中心點與 加熱器軸向中心點之間的距離小於加熱器長度之約Μ%。 坩堝位於第二軸向位置，其中融化物之表面與加熱器軸向 中心點之間的距離小於加熱器長度之約【5 %。在第二轴向 位置處料融化物之溫度維持在進料之融化溫度以上至少 約30分鐘。 關於本發明之上述態樣而指出的特徵存在錢改進。其 144348.doc 201026915 他特徵亦可併人於本發明之上述態財。此等改進及其他 特徵可個別地或以任何組合存在。舉例而言，下文關於本 發明之任何說明實施例而論述之各種特徵可單獨或以任何 組合併入本發明之任何上述態樣中。 【實施方式】 在整個圖式之若干視圖中，對應參考符號指示對應 件。 一 本發明之方法係針對製備用於晶體成長之矽粉末融化 物。在該^法巾提供以下：自粉末移除二氧切：施加 真空以移除空氣及其他氧化氣體；在進料融化期間控制進 料相對於加熱器之位置以更有效地融化進料且在控制進料 相對於加熱器之位置的同時維持進料超過其融化溫度一段 時間以使氧化物溶解；及在坩堝側壁與矽粉末進料之間使 用可移式間隔物。 傳統上將矽粉末視為粒狀多晶矽生產之低價值副產物。 粒狀多晶矽可藉由流體化床反應器中之化學氣相沈積機制 產生。將含有諸如矽烷或自矽烷之可熱分解化合物的流體 化氣體引入流體化床反應器之反應室中以使矽顆粒懸浮在 反應室中。矽自可熱分解矽化合物沈積至反應室中之矽顆 粒上。碎顆粒不斷長大，直至其作為多晶矽產物（亦即 「粒狀」多晶矽）自反應器中移除。 在粒狀多晶矽產生製程中反應室中可發生許多反應。在 石夕烧系統中’矽烷不均勻地沈積於成長中之晶體顆粒上且 亦可分解產生矽蒸氣。矽蒸氣可均勻地成核，形成不欲之 144348.doc 201026915 矽粉末（同名稱作矽「塵」）。由於矽自矽烷沈積於成長中 之石夕顆粒上’所以氫自矽烷分子釋放。 矽粉末與氫氣及未反應之矽烷以及通常與矽烷一起添加 至反應器中之載氣（共同稱作Γ廢氣」，其排出反應器）一起 自反應器中被帶走。藉由例如袋式過濾、旋渦分離或液體 洗滌器將矽粉末與排出反應器之廢氣分離。矽粉末顆粒之 平均標稱直徑通常小於約5〇 μιη。 本發明實施例之方法使得矽粉末能夠用作供產生單晶矽 或多晶矽錠（與「棒」同義）用之原料。多晶矽錠可經進一 步加工以產生單晶矽或多晶矽。 使用梦粉末作為原料所遇到的困難 夕將矽粉末用作供單晶矽或多晶矽成長用之矽源提出了許 多挑戰。舉例而言，由於矽粉末之粒度小，所以於坩堝内 形成之形切進料之破粉末含有大量通常充滿空氣之開放 孔隙。-旦㈣末融化，則空氣内之氧氣可反應形成二氧 化石夕。二氧切可併人成長中之錢内，引起結構缺陷 (例如包體及斷層）在錠内形成。 在藉由化學氣相沈積流體化床製程製造粒狀多晶矽之 後’自流體化氣體分離之粒狀⑦及㈣末均暴露於空氣， 導致二氧切薄層在粒狀多晶♦切粉末顆粒之表面上形 顆粒表面上之此二氧化石夕薄層可為約2〇 μιη至約4〇㈣ 旱。由於㈣末之粒度小，所以粉末表面上之二氧化石夕佔 =粉末顆粒之百分比通常比佔粒狀多晶㈣粒之百分比 兩’其中二氧化秒之量多達料末之約1重量％。一曰功 144348.doc 201026915 粉末進料開始融化，則此等氧化物可在融化物表面之下或 表面處聚結成固體形成物。此等固體形成物可在錠成長期 間干擾固體_融化物界面且引起成長中錠内的單晶結構損 耗。或者，二氧化矽可陷於融化物内且可併入錠中，引起 所传半導體晶圓中結構及電缺陷.（例如，包體及斷層）。· 由於由矽粉末形成之大多數矽進料含有開放孔隙，所以 融化矽之體積小於初始矽粉末進料之體積。此導致矽融化 Φ 期間複雜化。舉例而言，在融化期間，處於靠近矽加熱器 之進料下部的矽粉末（亦即接觸坩堝侧壁之粉末）遠離加熱 器向内融化，在坩堝中心處形成粉末柱狀物。在融化後 期叙末進料為具有粉末柱狀物及大的上部蓋之蘑菇形。 液體矽流進粉末進料之較冷區域且再固化。大量液體藉由 、'’、作用傳送至上部蓋中且再固化。一旦上部蓋充滿固化 液體，即在坩堝底部形成融化物池。此融化物池削弱柱狀 物且最終引起柱狀物及上部蓋猛烈塌陷（本文中稱作「有 • 力下落」），此為可能導致坩堝破裂且造成重大損失之事 件。 在融化期間，在無上部熱屏蔽之拉晶機中，例如如美國 專利第6,797,062號（其併入本文中，達成所有相關及一致 目的）中所示及所述’粉末進料之下部可融化掉且留下未 融化物質之「吊架」，其越過融化物黏至掛禍壁。或者， 可形成未融化物質之「橋」，其伸展在坩堝壁之相對側之 間且越過融化物。在其他融化梦藉由毛細作用吸收至橋之 後該橋變重且可引起掛瑪被熱機壓曲。若吊架或橋塌 144348.doc 201026915 陷，則其可自12丨& _

、b起融化矽濺起或引起對坩堝之機械應力損 環·。此外，由L 田於吊茱或橋與融化矽之間的熱接觸差，所以 需要較長時間來融化整個料料。雖然上部熱屏蔽之存在 可減少此驾·重I , ，但此亦可限制進料内粉末之總體積且可 增加粉末被夾帶於製程氣流中。 矽粉末原料 在本發明之一實施例中，用於製備矽粉末進料之矽粉末 '、厂匕3自用於矽自可熱分解化合物化學氣相沈積之流體 床反應器收集之粉末。在另—實施例中，硬粉末原料及 所得進料包含標稱直徑小於㈣μηι之㈣末顆粒。 夕:粉末進料除了㈣末之外可含有—定量之粒狀或塊狀 夕明夕纟本發明之一實施例中石夕粉末進料包括至少約 20。重量/〇矽粉末。在其他實施例中進料含有至少約35重 量0夕粉末，且根據其他實施例，至少約50重量％石夕粉末 或甚至約75重量％♦粉末。在—實施例中，料料包括至 少約9〇重量％妙粉末或甚至99重量％石夕粉末。在又—實施 例中，矽進料基本上由矽粉末組成。 製備矽粉末進料 在3使用粒狀或塊狀多晶矽之晶體矽製造方法令 狀或粒㈣裝載至掛埸中且塊狀或粒狀顆粒直接與堆蜗側 壁接觸。發現切粉末以相同方式裝載至㈣中時，常 導致梦粉末有力下落，形切粉末吊架及橋。根據本發明 之-態樣’在㈣侧壁與—部㈣粉末進料之間形 隙，以避免發生有力下^避免形成吊架及橋。藉由將; I44348.doc •10· 201026915 移式間隔物插入_中與賴侧壁相抵來形成此間隙。一 旦矽粉末裝載至坩堝中’即移除間隔物以在矽粉末與坩堝 側壁之間產生間隙。 可移式間隔物可由多種材料建構，且在一實施例中由 ‘ 在發粉末裝載至掛場中時在承受矽粉末重量之後能夠-維挤 ' 形狀但足夠易彎以適應彎曲坩堝側壁的材料建構。適合材 料包括諸如聚胺基曱酸酯或聚乙烯發泡體之可變形材料， 籲 或諸如各種熱塑性塑膠之硬材料。間隔物可為矩形，或間 隔物之兩端可接合形成環形。 在一實施例中，間隔物長度至少為約坩堝内圓周之長 度。或者，可使用複數個間隔物，其中間隔物之組合長度 至少為坩堝内圓周之長度。在一實施例中，間隔物自坩堝 底部至少延伸至石夕粉末進料之頂部。 間隔物可具有可用以避免一旦間隔物自坩堝移除，矽粉 末進料之頂部與坩堝側壁接觸的厚度。在一實施例中，間 • 隔物至少約10瓜爪厚，且在另一實施例中，至少約20 mm 厚。可將間隔物以任何方式插入坩堝及自坩堝移除，只要 在矽粉末進料與坩堝側壁之間於進料表面處形成間隙即 • 可。在一實施例中，在全部矽粉末進料已添加至坩堝之 後’暴露間隔物之頂部，以便可輕易地移除間隔物，亦即 碎粉末在側壁處之高度不高於間隔物自坩堝移除之前間隔 物頂部之高度。 在一實施例中’在沿坩堝側壁插入間隔物之前，將矽粉 末部分裝載至坩堝中以形成部分矽進料。在插入可移式間 144348.doc 201026915 隔物之後，將剩餘矽粉末裝載至坩堝中以形成全部碎進 料如下文更充分描述，可在移除間隔物之前將矽粉末壓 實。 適用於本發明之坩堝可由包括熔融或燒結石英之許多習 知材料建構。坩堝亦可如例如美國專利第5,976,247號（其 全部内容以引用的方式併入本文中’達成所有相關及一致 目的）中所揭示經表面處理。在一實施例中，坩堝包含底 部及具有内表面之側壁，且間隔物沿側壁内表面插入坩堝 中。 一旦矽粉末添加至坩堝中，則可藉由壓實矽粉末來減小 其體積。或纟，可在添加至掛塌之前將石夕粉末壓實。已發 現可藉由在粉末中吸出真空且接著引發壓實壓力將石夕粉末 之體積減小約4G%。藉由此方法，可將粉末密度由約〇 7 Wm3增至約0.9 g/cm3，至約1-2 g/cm3，至約1 6 §/咖3。可 藉由超音波、振動或氣壓產生壓實麼力。 在-實施例中，施加約70托（t〇rr)至約β托之絕對壓力 於粉末(亦即施加真空）。在此方面，應注意除非另外指 不，否則本發明中所有提及之麼力或真空之量均指施加絕 對壓力。接著藉由例如經由盤形隔板向粉末引發突然正壓 力’施加壓實力於粉末上。盤形隔板使瞬間壓力偏轉而不 直接擊打在粉末上。壓力藉由❹粉末微粒進人無空氣或 其他先前截留氣體之空隙中來屢縮粉末。可在掛财或在 添加至坩堝中之前將矽粉末壓實。若矽粉末在坩堝中壓 實’則可在磨實之前將可移式間隔物插入掛竭中。視情 144348.doc 12 201026915 況，可添加額外矽粉末，接荽 * 禪著進仃額外壓實以最大化饋入 掛堝中之矽粉末之量。在完 也凡成最終壓實之後，可移除間隔 物以在碎粉末與掛_壁之_成_。 在-實施例中，在進㈣實以最大化讀人掛财之石夕粉 末之量之前使石夕粉末成形為弯頂狀。然而，如以下實例5 中所說明’經壓實而未經首次成形為弯頂狀之粉末在堆竭 中比在壓實之前經成形為？頂狀之粉末高而平。

在一些實施例中，在進料内形成-或多個孔洞，其自進 料表面向㈣底部延伸至少—部分距離且在—實施例中， 延伸其整個距離。可藉由將棒或銷插入粉末中且自粉末移 除棒或銷來形成該等孔洞。孔洞有助於二氧切在如下更 充分描述之二氧化石夕移除步驟期間自進料逃離。在不偏離 本發明之範嘴之情況下，孔洞數目、孔洞直徑及孔洞自進 料表面向掛竭延伸之距離可變化。孔洞可回填粒狀多晶石夕 或可保持開放。 在坩堝中製備矽粉末進料之後，可將坩堝裝載至矽錠拉 出器中且可㈣拉出器。在轉移期間可以塑膠覆蓋掛禍或 可使用配合之掛堝蓋以避免粉末釋放至包圍物中從而使 人員最低程度地暴露於空氣中之粉末。 現參看且詳言之參看@1，以參考數字23指示用於 根據切克勞斯基法使單晶或多晶矽錠成長之類型的本發明 方法所使用之拉晶機。拉晶機23包括外殼25，其界定晶體 成長室16及拉出室20,拉出室之橫向尺寸比成長室小。成 長室16具有自成長室16過渡至變窄拉出室2〇之大體上穹頂 144348.doc -13- 201026915 形頂壁45。拉晶機23包括入口 7及出口 ！〗，可用於在晶體 成長期間將選擇性包圍物引入外殼25中且自外殼25移除。 拉晶機23内之坩堝22含有矽進料14。展示矽進料14在坩 堝22侧壁處有間隙。現參看圖5，矽進料融化形成矽融化 物44，由矽融化物44成長出單晶或多晶矽錠12。將坩堝22 安裝於轉盤29上以使坩堝圍繞拉晶機23之中心縱向轴χ旋 轉。坩堝22亦能夠在成長室16中上升以在錠12成長時使融 化物44之表面維持在大體上恆定之位準。電阻加熱器環 繞坩堝22以使坩堝中之矽粉末進料14融化。藉由内部控制❿ 系統（未圖示）控制加熱器39，以便在拉出過程中精確控制 融化物44之溫度。環繞加熱器39之絕緣體（未圖示）可減少 經由外殼25損失之熱量。拉晶機23亦可包括在融化物表面 上方之熱屏蔽組件（未圖示），以保護錠12免受坩堝22之 熱，從而增加固體-融化物界面處之轴向溫度梯度，如例 如美國專利第6,797,062號（其全部内容以引用的方式併入 本文中，達成相關及一致目的）中更充分描述。 拉出機構（未圖示）附接於拉線24，拉線24自該機構向下 Θ 延伸。該機構能夠升起及降下拉線24。視拉出器類型而 定，拉晶機23可具有拉轴而非線。拉線以終止於晶種夾頭 32，該晶種夾頭固持用於使單晶或多晶矽錠12成長之晶種 . U。在錠12成長中，拉出機構降下晶種18，直至其接觸融 -化石夕44之表面M(圖4)。一旦晶種18開始融化，拉出機構即 緩慢向上升起晶種穿過成長室16及拉出室2〇，以使單晶或 多晶錠12成長（圖5)。藉由外部控制系統控制拉出機構旋轉 144348.doc •14- 201026915 曰曰種12之速度及拉出機構升起晶種之速度（亦即拉出速率 v)。 出於說明之目的，提供上述晶體拉出機構，描述一種切 克勞斯基型晶體成長器。其他類^之切克勞斯基拉晶機或 甚至其他類型之晶體成長（諸如用於製備直接凝固多晶體 之曰曰體成長’例如如美國專利第6,378,835號中所述）可用 於本發明之一或多個實施例中。 自進料移除空氣或其他氧化劑 —旦石夕粉末進料14及坩堝22裝載至單晶矽錠拉出器23中 且密封拉出器，則可移除進料内之任何空氣及/或其他氧 化氣體且由例如氬氣之惰性氣體代替。若不移除空氣或其 他氧化軋體，則二氧化碎可併入石夕融化物内，且因此併入 成長中之矽錠中，導致錠内形成結構缺陷。或者或另外， 右大的氧化物黏著至錠外部，則錠移除或自動直徑控制可 變得困難。 可藉由施加真空於外殼來移除拉晶機23之外殼25内的包 圍物。可藉由密封入口 7且施加真空於出口〖丨來施加真 空。可藉由此項技術中熟知之任何方法，包括例如藉由使 用真空泵，來施加真空。真空泵自進料拉出矽粉末進料14 内之包圍物且推向泵。 已發現一旦將真空施加於外殼内，矽粉末進料丨4内之矽 粉末即可夾帶於自進料拉出之包圍物。夾帶之矽粉末流過 氣體出口 11，且可損壞真空泵並可塞住製程管線。此外， 真空可引起矽進料散開。根據本發明之一方法，控制移除 144348.doc -15- 201026915 外殼25内包圍物之速率以避免⑦粉末被夾帶於包圍物中。 在一實施例中，移除包圍物之-部分以在外殼25内產生絕 對壓力小於約3〇〇把之真空，其中控制移除包圍物之速率 以避免發粉末被炎帶於包圍物中n實施例中，移除 包圍物之一部分以在外殼中產生絕對壓力小於約250托之 真空，其中控制移除包圍物之速率以避免矽粉末被夾帶於 包圍物中。 舉例而言，若在施加真空之前外殼25内的壓力約為大氣 壓力，則可控制包圍物之移除以使外殼内壓力自約大氣壓 力變化為約300托之時間段為至少約6〇秒。可藉由此項技 術中已知之任何方法，包括例如使用控制真空泵產生之真 空量的控制器或藉由使用控制位於真空源與外殼25之間的 間門之位置之控制器’來控制外殼25内包圍物之移除。或 者，可手動控制閥門輸出。在一實施例中，藉由使用節流 製程管來調節施加於外殼25之真空之控制，該節流製程管 具有足夠小之直徑以在逸出包圍物與管之間製造明顯阻 力，以便逐漸達成所要真空壓力。在一些實施例中，控制 包圍物之移除以使外殼内壓力自約大氣壓力變成約3〇〇托 之時間段為至少約90秒，且在一些實施例中，至少約12〇 秒。在一實施例中’在外殼内壓力自約大氣壓力變成約 3〇〇托之時間段期間’將施加真空之速率控制在小於約4 托/秒，且在其他實施例中，小於約3托/秒且甚至小於約2 托/秒。 在一實施例中，控制包圍物之移除，以使外殼内壓力自 144348.doc •16· 201026915 約大氣壓力變成約250托之時間段可為至少約6〇秒，在另 一實施例中，至少約90秒且甚至至少約12〇秒。在一實施 例中’在外殼内壓力自約大氣壓力變成約250托之時間段 期間’可將施加真空之速率控制在小於約4托/秒，且在其 他實施例中，小於約3托/秒且甚至小於約2托/秒。 藉由控制施加於拉晶機23之外殼25之真空量，可避免在 移除包圍物時矽粉末被夾帶於包圍物中。在一實施例中， 約300托或約250托之絕對壓力為中度真空且在達到中度真 空之後施加進一步真空。一旦達到約3〇〇托或約25〇托絕對 壓力之中度真空，則可施加絕對壓力小於約5托之最終真 二。已發現在約中度真空轉變成約5托絕對壓力之最終真 空期間，矽粉末不被夹帶於逸出外殼25之包圍物中。因 此，不必控制施加絕對壓力小於約5托之最終真空之速 率。一旦施加約300托絕對壓力之中度真空，即自矽粉末 進料移除足夠量之空氣或其他氧化氣體且可將諸如氬氣之 惰性氣體引人外殼25中。在—些實施例中，將小於約m 之最終絕對壓力施加於外殼。除氬氣之外，亦可使用其他 睛I·生風體’包括例如氫氣。施加真空之同時可旋轉掛禍及 石夕進料以在整個進料中建立均勻真空。 移除二氧化矽 已發現應移除石夕粉末顆粒表面上之二氧化石夕以避免二； ::夕聚結且干擾錠成長期間之固體-融化物界面。根據; 一 方法，藉由將矽進料加熱至約11 〇〇°c至小於矽ϋ 料融化溫度之、、Β由认Α 、 /皿度的 >皿度，歷時至少約30分 約 I44348.doc -17- 201026915 小時或甚至至少約2小時，來移除二氧化矽。移除二氣化 =熱處理持續時間可視存在之氧化物之量切粉末加熱 溫度而變化。在融化物基於由用於♦自可熱分解化 合物化學氣相沈積之流體化床反應器㈣而來之妙粉末的 情況下，在加熱進料約30分鐘後自進料充分移除二氧化 石夕。可在加熱⑦進料之同時旋轉㈣及⑦進料以建立均勻 熱場。 藉由預加熱進料’可自進料移除粉末顆粒表面處一定量 =二氧切且形成耗盡氧化物之料料。在此步驟中，氫 氣諸如氬氣之惰性氣體、或其混合物可經由入口 7引入 外殼25中且經由出σ 11排出氣體。若使用氬氣或另-惰性 氣體’則⑦粉末顆粒表面處之—部分二氧化⑦以-氧化石夕 氣體形式昇華且移除。若使用氫氣，則氫氣與二氧化石夕反 應形成水蒸氣，可自出口u移除。在—實施例中，氫用作 移除氧化物之氣體，因為其相較於氬易於與氧化物反應， 因此自進料陕速移除氧化物。然而，由於氫具有可燃性， 所以其可在許多晶體成長設&中造成安全危⑥，且可適合 使用惰性氣體。 氫或惰性氣體可以各種速率引入外殼中，然而，在一實 施例中，以至少約20標準公升/分鐘之速率引入。 在移除氧化物之同時可將外殼25内之壓力維持在約3〇托 至約1托絕對壓力之真空下。在一些實施例中，使外殼25 内之壓力循環以有助於惰性氣體或氫氣代替進料内昇華之 氧化物。藉由使外殼25内之真空量循環，氧化物自粉末進 144348.doc -18- 201026915 料拉出而非保持在進料之冷上表面處。在一些實施例中， 外殼内之壓力在氧化物移除期間實質上恆定。 在一些實施例中，自矽進料移除至少約95%氧化物，且 在其他實施例中，移除至少約98%，且在一些實施例中， 自石夕進料移除甚至至少約99%氧化物。在製備耗盡氧化物 之石夕進料之後’可將耗盡氧化物之矽進料加熱至超過進料 融化溫度之溫度以製備融化物。 矽粉末進料之融化 可藉由將矽粉末加熱至超過進料融化溫度之溫度，通常 至至少約1412°C來融化矽進料。不應將進料加熱至可損壞 相'禍之溫度，亦即通常將進料加熱至約丨4丨2。〇約丨575之 溫度。 現參看圖1，用於融化進料14之加熱器39與坩堝22熱連 通以使掛堝可加熱至足以融化矽進料之溫度。加熱器14具 有界定加熱器長度之頂部及底部以及在加熱器頂部與底部 中間的轴向中心點。如本文中所使用，加熱器長度通常為 放射大多數電力之加熱器部分。在習知加熱器中，放射大 多數電力之加熱器部分為蛇形部分。具有蛇形部分之加熱 器之一實例展示於美國專利第6,〇93,913號（其全部内容以 引用的方式併入本文中，達成相關及一致目的）中。在一 些實施例中’加熱器之長度為至少約300 mm，且在其他實 施例中’為至少約4〇〇 mm。進料丨4具有表面、底部及在進 料表面與底部中間之軸向中心點C。 現參看圖2，在融化期間，將坩堝22固持在第一轴向位 144348.doc -19- 201026915 置，其中進料14之轴向中心點^與加熱器39之轴向中心點 Η之間的距離可小於加熱器長度之約15%。此使得由加熱 器39散發出之熱集中在進料14之中心。在此位置處，足夠 ”、、量集中於進料頂部，使得融化進料不會形成可能會塌陷 且使坩堝破裂的矽粉末之柱狀物及蓋。相反，剩餘未融化 之矽進料逐漸下沈或滑至其下方之融化物中。此外，藉由 將坩堝22維持在進料14之軸向中心點c與加熱器39之軸向 中心點Η之間的距離小於加熱器長度之約15%的位置處， 進料頂部充當絕緣體且避免當過多熱量不集中於進料頂部 時過多熱量損失。 視進料14之尺寸及初始溫度以及電阻加熱器39之輸出功 率而定，可能要耗費至少約2小時來融化進料。可控制電 阻加熱器之輸出，以使進料在小於約2小時内不融化，且 在一實施例中，在小於約4小時内不融化，以提供更長時 間來確保粉末中任何剩餘之氧化物溶解及/或自融化物蒸 發。可在加熱矽進料之同時旋轉坩堝22及融化矽進料14以 建立均勻熱場且形成均勻融化物。 現參看圖3 ’ 一旦進料14融化，掛竭22即位於融化物44 之表面Μ與加熱器39之軸向中心點Η之間的距離小於加熱 器長度之約15%的第二轴向位置處’且石夕融化物之溫度維 持在處於第二轴向位置之進料的融化溫度以上至少約3 〇分 鐘。此步驟使得大多數已聚結為固體之二氧化矽溶解為液 體且蒸發。在一些實施例中，融化物44之表面Μ與加熱器 39之轴向中心點η之間的距離小於加熱器長度之約15%， 144348.doc •20- 201026915 同時將矽融化物之溫度維持在處於第二軸向位置之進料的 融化溫度以上至少約丨小時，且在一些實施例中，至少約2 小時或2小時以上。第二軸向位置處之矽融化物通常不維 持在約1 575 C以上以避免掛禍受到熱損害。 由於矽粉末進料中矽粉末顆粒之間存在空隙，所以矽融 • 化物44之體積通常小於用於製備融化物之矽粉末進料14之 體積。在一些實施例中，矽融化物44之體積比用於製備融 鲁 化物之矽進料Μ之體積小約25%，且在一些實施例中，小 約40%且甚至小約50%。因此，融化物料相對於坩堝。之 表面Μ低於矽粉末進料14相對於坩堝之表面。在一些實施 例中，融化物44相對於坩堝22之表面Μ的位置靠近在進料 融化之前進料14相對於坩堝22之軸向中心點c的位置。因 此，在一些實施例中，坩堝不必自第一軸向位置降低至第 二轴向位置處之坩堝的位置。在一些實施例中，第一軸向 位置與第二轴向位置之位置差小於加熱器長度之約， • 且在一些實施例中，第一軸向位置與第二軸向位置實質上 相同。 一旦融化物44維持在超過第二軸向位置之進料之融化溫 度的溫度下至少約30分鐘，即可將坩堝升至適於開始拉晶 t程之第三軸向位置。在一實施例中，拉晶製程開始期間 坩堝之第三軸向位置與融化製程之第一軸向位置實質上相 同。在一實施例中且如圖4中所示，拉晶製程開始期間融 化物44之表面Μ在加熱器39之頂部T下方約2 5%至約25%加 熱器長度處。此融化物位置有助於確保融化物表面暴露於 144348.doc -21· 201026915 加熱器之輻射熱以避免融化物表面處之矽凝固β —旦掛瑪 22位於第三軸向位置’即將拉出機構之晶種丨8降至融化物 之表面Μ且升高以自矽融化物拉出錠。 拉出梦鍵 可單獨或以任何組合形式使用本發明之各種特徵，亦 即，例如在坩堝侧壁與矽粉末進料之間使用可移式間隔 物；施加真空以移除空氣及其他氧化氣體；加熱粉末以移 除氧化物；及在融化期間及之後控制進料相對於加熱器之 位置。舉例而言，在坩堝中使用可移式間隔物可與施加真 空及/或藉由加熱移除氧化物及/或在融化期間及之後控制 坩堝位置組合；施加真空可與使用可移式間隔物及/或藉 由加熱移除氧化物及/或在融化期間及之後控制坩堝位置 組合；藉由加熱移除氧化物可與使用可移式間隔物及/或 施加真空及/或在融化期間及之後控制坩堝位置組合；及 在融化期間及之後控制坩堝位置可與使用可移式間隔物 及/或施加真空及/或藉由加熱移除氧化物組合。 藉由或多種上述方法產生之融化物44可適用於拉晶機 23中，以藉由切克勞斯基法製備單晶矽錠或多晶矽錠。用 於產生單晶矽或多晶矽之晶體成長條件為此項技術中所習 知與熟知。可在拉出晶體之同時旋轉坩堝22、矽融化物44 及成長中之矽錠12以在融化物及成長中之錠内建立均勻熱 場。 若需要單晶矽，則重要的是移除進料中之大多數氧化 物，以便可在拉出矽錠期間維持單晶成長條件。在一些實 144348.doc •22- 201026915 施例中’在單晶矽成長之前移除至少約95%氧化物，且在 其他實施例中’移除至少約98% ’且在一些實施例中，在 單晶石夕成長之前移除甚至至少約99%氧化物。 若有意或無意將多晶石夕錠自矽融化物中拉出，則多晶石夕 錠可能碎成更小片或.「塊r可將多晶矽塊引入直接凝固 爐中以產生多晶矽，或引入坩堝中且在拉晶機内融化以便 產生早晶碎錢。 實例1:由矽粉末融化物及再生晶圓製備矽錠 此實例說明在單晶碎拉出！I中施加逐漸真空且說明在融 化之前移除氧化物之必要。 將新閥門安裝於拉晶機（Hamc〇 CG2〇〇〇 R/c_3〇，加熱器 長㈣約355 mm)上以限制施加真空之速率，從而限制粉 末之損失。使用近乎關閉之真空間及稱微流動之氮氣（約5 SCFM)’將抽线率限制在第—個抑真空（約Μ個大氣 # M)歷時K5分鐘。向下調整氬氣流動以繼續抽空，且最終 藉由完全打開真空閥及停止氬氣流動達到低壓力⑽毫 托）。在完全抽空之後，關閉泵螺線閥及手動節流閥，且 .㈣過濾器罐放氣閥以回填及氧化過滤器。移除過慮器以 驗證抽空期間粉末未自堆堝移除且安裝另一新過遽器。 向兩個GE(Momentive)熔融掛禍各饋入約i7 kg粉末且 頂部使用約i kg之P_再生晶圓作為熱反射器。各進料之總 重量為26 kg且晶圓頂部至掛瑪頂部之距離在—情況下為 〇.5且在另-情況下為丨，，。在填充之後，將塑膠蓋及橡膠 I44348.doc -23- 201026915 圈恢復至坩堝頂部，以限制粉末暴露。 為將坩堝安裝至拉晶機中，將坩堝置於一半晶座，傾 斜，接著另一半晶座滑向坩堝下。用寬塑膠帶將各半晶座 夾緊閉合，接著一起提至爐中。在安裝之後，注意到加熱 器與晶座之間的間隙由於加熱器變形（104次運行）而狹小 (接近1/8")。操作坩堝與晶座之間對準以減少電弧作用對 加熱器之危害。 甚至在仔細檢查下，亦未在整個抽空期觀測到粉末運動 之跡象。此外，當移除抽空過濾器時，其顯得相當乾淨， 表面上無明顯矽粉末。 融化程序展示於下表1中。「坩堝位置」以垂直行程之吋 數計，0點表示坩堝頂部與加熱器頂部相齊。 時間 (分鐘） 加熱器 功率 (KW) 拉晶機 壓力 (托） 氬氣流動 速率 (SCFM) 坩堝 位置 (吋） 觀測資料 0 102 16 40-50 2.5 加熱器點火 4 97.7 2.11 粉末穩定且顯現發亮 34 發亮光且粉末向下運動1/8" 44 97.7 1.87 在坩堝邊緣出現小火花且粉末向下運動 1/4";在粉末表面處出現裂縫；在坩堝 壁上粉末呈現珠狀 60 97.5 0.98 向下運動Γ;殼表面顯現為熱的； 表面在加熱器頂部之上約1/2”處 69 97.5 0.55 殼頂部極亮；在粉末上方之壁上形成氧 化物環；晶圓顯現為熱的 85 97.3 24 60 -0.36 粉末向下運動5";相當多之氧化物冒煙 91 93.7 -0.59 可見最初液體；中心島開始冒尖；氧化 物碎片自坩堝壁脫落，進入融化物中 93 97.3 -0.69 晶圓在融化物中 103 97.3 18 40 -1.23 氧化物發煙 134 融化完成；氧化物形成蓋形且附著坩堝 底部 144348.doc • 24- 201026915 表1 :在實例1之矽粉末進料融化期間所用之拉晶機參數 融化後，將坩堝升高以加熱坩堝底部，以自坩堝底部釋 放氧化物。此等漂浮氧化物冷凍至晶種且移除。在錠成長 期間，氧化物顆粒不斷浮上表面，且撞擊晶種及成長中之 錐體。遍及頂部及主體，氧化物碎片將浮上表面且撞擊晶 體。由於低熱梯度及可獲得氧化物成核點，所以矽在坩堝 壁上凝固，且晶體在無融化物下爆裂。晶體直徑非常接近 6"(量測值為6.07");然而，在大的氧化物突起處，半徑增 加0.67"。此平坦突出部將具有7 41•，之同等晶體直徑，且 認為當升高晶體時’抓住喉部，打碎晶種。短的晶體垂直 落向冷康之融化物表面。 鑒於過多氧化物形成，在氧化物在融化之前實質上存在 之情況下’應藉由例如將進料加熱至約i至石夕進料之 融化溫度之溫度’在;δ夕粉末融化之前移除氧化物。 實例2:由矽粉末融化物製備矽錠 此實例說明快速抽空如何使矽粉末被夾帶於逸出氣體中 且說明避免橫跨坩堝之粉末橋形成之程序的必要。 向GE(M〇mentive)熔融坩堝饋入約丨7 “粉末且安裝至晶 座中。藉由自中心及四象限位置移除粉末來形成孔洞，且 使用700 g粒狀多晶石夕回填孔洞。將粒狀多晶石夕夯實到位 若干次。咸信粒狀多晶石夕用作氧化物在融化期間逸出之出 Π 〇 在進料之後及施加真空之前，粉末在坩禍頂部下方1/2,， 處。快速施加真空於拉晶機以測試實例1中所用之手動閥 144348.doc •25· 201026915 之必要。在快速抽空期間，由於粉末顆粒之間的凹穴中之 氣體比可自空間逸出之氣體擴張得快，所以坩堝開始溢 流。整個進料均勻升起且停止抽空以避免繼續溢流。在初 始快速抽空期間，粒狀多晶矽落至粉末表面下方數吋之幾 個孔洞中，表明開放孔洞有效使氧化物排出。在清除之 後，執行如實例1中之逐漸抽空。坩堝不溢流。 融化程序展示於下表2中。在此實例中，在初始加熱期 間壓力變化數次且由氬氣流進行之抽氣變得更有效地用拉 出器包圍氣體交換氧化氣體體。 時間 (分鐘） 加熱器 功率 (kw) 拉出器 壓力 (托） 氬氣流 動速率 (slpm) 坩堝位置 (吋） 加熱器 溫度 CC) 坩堝溫 度 CC) 觀測資料 0 60 0 0 2.5 拉出器放電 5 60 0 0 2.5 770 9 60 0 0 1.9 850 13 60 2 8 1.73 930 18 60 4 8 1.6 1050 730 23 60 4 8 0 25 60 3.8 8 -0.2 1145 880 短暫的加熱器放電弧 31 60 20 50 -0.25 1260 940 43 60 21 50 -1.5 1350 1050 降低一點？ 46 60 4.3 8 -1.4 1400 1120 壓力變化 62 60 21 50 -1.47 1440 1200 77 60 4.2 8 -1 1450 1230 裂縫成堆 93 60 21 50 -1.84 1489 1195 103 65 21 50 -1.5 SH功率增加 109 65 4.2 8 -1.6 1508 1210 可見小氧化物，排氣 口及上方粉末成堆 123 65 4.2 8 -1.4 1532 1209 135 65 21 50 -1.4 1548 1211 經由BB管可見孔洞 143 70 21 50 -2.5 149 70 4.3 8 -2.43 1574 1251 中心之裂縫/孔洞， 殼發光(2處） 164 70 21 50 -2.43 1550 1275 1孔洞閉合，具有氧 化物環 169 90 21 50 -2.43 氧化物閉合多個孔洞 144348.doc -26- 201026915 180 90 21 50 -2.78 殼中有專點 187 90 21 50 -2.78 晶種降低以接觸，剛 剛易碎，黏落幾雜 191 97 21 50 -2.78 204 97 21 50 -2.78 厚粉末橋，下面可見 液體 243 105 21 50 -2.78 254 105 2Ϊ 50 -2.78 頂殼塌陷 表2 :在實例2之矽粉末進料融化期間所用之拉晶機參數 在融化中之一時刻，粉末橋之整個表面（下面僅有液體） 似乎被粉末燒結加上氧化物沈積所密封。此粉末橋之表面 φ 似乎非常結實且在與晶種接觸之後不破裂。藉由停止旋轉 坩堝，將錐體安裝於晶種上且將加熱器之輸出功率增至 105 kw，使橋塌陷。此程序使得沿坩堝邊緣約四分之一轉 之氧化物自壁上燒掉且引起橋塌陷至融化物中。 又融化一小時後，需要烘焙自融化物表面移除氧化物。 融化結束後，在融化物表面未見到氧化物，且在晶體成長 期間未有氧化物浮上表面。在坩堝頂部處保留有氧化物邊 緣。嘗試兩種頸部，試圖零斷層成長，第二次嘗試釋放後 • 面冠部。在成長期間使用標準爐自動裝置控制多晶矽直 徑。 使用可移式間隔物在進料之間製造間隙可避免橫跨坩堝 之橋形成。在融化期間控制坩堝之位置且將進料溫度維持 - 在進料融化溫度以上至少約30分鐘將減少氧化物形成。 實例3:使用較低坩堝位置由矽粉末融化物製備矽錠 此實例說明使用較低坩堝位置以最低程度地形成矽粉末 橋。 將17.2 kg粉末裝載至坩堝（SEH)中。在進料頂部產生孔 144348.doc -27- 201026915 洞及不規則表面以削弱任何粉末橋之結構完整性。使用節 流閥來限制大多數泵循環之抽空速率。 未產生壓力變化，來判定此變數對氧化物穩定性之影 響。在大多數氧化物移除階段坩堝均比實例2中之坩堝 低。自晶種夾頭懸掛在面向粉末進料之反射器底部表面處 具有鉬之石英反射器以増加粉末頂部溫度，以測試反射器 限制氧化物含量之能力。反射器表示約18%之粉末頂部表 面。使用降低之副加熱器功率65 kw以改善氧化物之移 除。 在薄粉末橋坍塌之前未在融化物上看見氧化物。在較高 之爐壓力（40-50托之絕對壓力代替2〇_3〇托之絕對壓力） 下，氧化物不能完全溶解且在晶體成長之前被舀出。由於 矽在坩堝壁處凝固，所以在自融化物移除錠之前，自”,2 kg粉末進料長出u.4 kg錠。 使用可移式間隔物在進料之間製造間隙可避免橫跨坩堝 之橋形成。在融化期間控制坩堝之位置且將進料溫度維持 在進料融化溫度以上至少約3〇分鐘將減少氧化物形成。 實例4:由矽粉末融化物碑製備矽錠 此實例說明矽粉末磚之融化且說明在融化期間較高坩堝 位置之作用。 在試驗前幾個月，將水（約2〇體積％)與粉末混合於桶（5 加w (gallon))中以形成漿狀物。將漿狀物置於塗膠蛋糕盤 上且將蛋糕盤倒置於塑膠上。接著將成形碑在塑膠薄板下 面風乾數月》 144348.doc -28· 201026915 最初將總共17.2 kg粉末磚饋入充分塗布之坩堝（SEH) 中。使一些碑破碎以便更好堆置。若可利用更多磚，則更 大進料將成為可能。 逐步進行抽空（泵至-5" Hg真空，等待2分鐘，泵至-10，， Hg真空，等待2分鐘’泵至，20，，Hg真空，等待2分鐘，接 著泵至-28" Hg真空）。使用此方法未觀測到碑膨脹、損壞 或損失。在融化期間未產生壓力變化《在大部分氧化物移 除階段坩堝比實例2中之坩堝高。使用65 kw之副加熱器功 率以改善氧化物移除。 在此實驗中，觀測到坩堝壁上有氧化物形成。在融化之 高功率階段此等氧化物落入融化物中且形成浮筏。氧化物 含量與所執行之第一粉末融化類似。咸信較高爐壓力（4〇_ 80托絕對壓力代替20_30托絕對壓力）避免氧化物完全溶 解，在晶體成長之前氧化物被舀出。由於磚與堆竭壁之間 的間隙使氧化物在融化期間逸出，所以在融化期間未形成 橋。 由於氧化物及矽之凝固，所以在自融化物移除之前，自 17.2 kg粉末進料（64·5%)長出u ] kg錠。 應注意在錠成長之前將進料溫度維持在進料融化溫度以 上至少約30分鐘將減少氧化物形成。 實例S:比較形成宫頂之矽粉末與未形成弯頂之矽粉末的 壓實. 此實例說明使用粉末壓實。將矽粉末添加至坩堝中，形 成弯頂且壓實。將㈣末添加至第二㈣中，但在麼實之 144348.doc -29- 201026915 前未形成弯頂、經壓實而未首先形成弯頂之粉末在坩堝中 比在壓實之前形成穹頂之粉末高且平坦。 實例6:使用磨實及可移式間隔物由妙粉末融化物製備 矽錠 此實例說明掛瑪侧壁與粉末之間形成之間隙如何來消除 粉末橋之形成。 ^ 以石夕粉末部分填充4個掛瑪且將橡膠發泡間隔物沿㈣ 側壁之整個圓周插人_中。將另外石夕粉末添加至掛禍中 且壓實各矽進料。在壓實之後，進料沿坩堝側壁之高度低 於間隔物頂部。接著自坩堝移除間隔物。 在爐（Leybold ΕΚΖ 2000，加熱器長度為約432 mm)中在 咼虱氣流（100 slpm)下融化各矽粉末進料。融化比先前融 化紐，此係因為熱區效率較高且使用進料與坩堝之間的間 隙。由於間隙充當二氧化矽之出口路徑，所以無融化需要 移除氧化物。形成三個15，，錠（23 3 kg ; 23」kg ; 21.4 kg) ’其中多晶矽產率分別為94%、93%及86%。形成—個 18’’錠（37.5 kg)，其產率為78%。 當引入本發明或其較佳實施例之元件時，冠詞「一」及 該」意欲意謂存在一或多個元件。術語「包含」、「包 括」及「具有」意欲為包括性的’且意謂可能存在不同於 所列元件的其他元件。 因為在不偏離本發明之範疇的情況下上文裝置及方法可 進行各種改變’所以包含在上文描述中且展示於附圖中之 所有物質意欲解釋為說明性的而非限制性的。 144348.doc -30- 201026915 【圖式簡單說明】 面:為㈣末料於裝餘μη中—橫截 圖2為矽粉末進料於位於相對於加熱器之第一軸向位置 之坩堝内的截面圖； 圖3為矽融化物於位於相對於加熱器之第二軸向位置之 坩堝内的截面圖；

圖4為矽融化物於位於相對於加熱器 〜禾二軸向位置之 坩堝内的截面圖；及 圖5為矽錠自牽拉裝置中之矽融化物杈出的截面圖 【主要元件符號說明】 7 入口 11 出口 12 單晶或多晶矽錠 14 矽進料 16 晶體成長室 18 晶種 20 拉出室 22 坩堝 23 拉晶機 24 拉線 25 外殼 29 轉盤 32 晶種夾頭 144348.doc -31 · 201026915 39 電阻加熱器 44 矽融化物 45 穹頂形頂壁 C 坩堝22之軸向中心點 Η 加熱器39之軸向中心點 Μ 融化物44之表面 Τ 加熱器39之頂部 X 拉晶機23之中心縱向軸 144348.doc •32-

Claims (1)

1. 201026915 七、申請專利範圍： 1. 一種製備用於根據切克勞斯基法（Czochraiski meth〇d)使 單晶或多晶矽錠成長之矽粉末融化物的方法，該矽粉末 裝載至坩堝中以形成包含至少約20重量％ 料，該梦粉末包含表面上具有一定量二氧化:= 顆粒，該坩堝位於用於拉出該矽錠之拉晶機之外殼内， 該方法包含 將該矽進料加熱至約iioot：至小於約該矽進料之融化 溫度之溫度的溫度，歷時至少約3G分鐘，以製備耗盡氧 化物之矽進料；且 將該耗盡氧化物之石夕進料加熱至超過該進料之融化溫 度之溫度以形成矽融化物。 2.如請求们之方法，其中將财進料加熱至約11〇代至小 於約該矽進料之融化溫度之溫度的溫度，歷時至少約i J時，以製備該耗盡氧化物之石夕進料。 罄3.如請求们之方法，其中將該石夕進料加熱至約测。。至小 於約該石夕進料之融化溫度之溫度的溫度，歷時至少約2 小時，以製備該耗盡氧化物之矽進料。 月求項1之方法’其中在包含氬氣之包圍物中將該矽 、&至約11GGC至小於約該石夕進料之融化溫度之溫 度的溫度’歷時至少約料鐘，以製備該耗盡氧化物之 5. 如請求項4之方法，其中氬氣饋 氧化石夕昇華且產生一氧化碎氣體 入該外殼中以使該等二 ’且將氬氣及一氧化矽 144348 201026915 氣體自該外殼抽出。 6.如請求項1之方法，其中在包含氫氣之包圍物中將該矽 進料加熱至約110(rc至小於約該矽進料之融化溫度之溫 度的溫度’歷時至少約30分鐘，以製備該耗盡氧化物之 碎進料。 7·如請求項6之方法，其中氫氣饋入該外殼中以與該等二 氧化石夕反應且產生水蒸氣，且其中自該外殼抽出水蒸 氣。 ’、' 8·如”月求項1之方法，其中在該拉晶機之外殼中維持真 工同時將該矽進料加熱至約11 〇〇°c至小於約該矽進料 之融化/Jtt度之溫度的溫度，歷時至少約3 0分鐘，以製備 該耗盡氧化物之妙進料。 9.如-旁求項8之方法，其中控制該真空以產生循環真空。 1〇·如:求項1之方法’其中該進料之融化溫度為約⑷攻。 11·如凊求項i之方法’其中將該進料加熱至約⑷沈至約 !575t：之溫度以融化該耗盡氧化物之矽進料。 、 12.如請求们之方法’其中將财進料加熱至約⑽代至約 1412C之溫度，歷時至少約 、，、、 物之石夕進料。 …“童，以製備該耗盡氧化 ·- e π κ々π，井γ該石夕進艇 ’逆科包含自用於矽自ΐ 为解化合物化學氣相沈積 末。 檟之流體化床反應ϋ排出的石」 14.如請求項1之方法， 於約50 μηι之石夕粉末 其中該妙進料包括平均標稱直投小 144348 201026915

   15_如請求粉末。 16·如請求，I之方法，粉末。 17. 如請求項1之方法，粉末。 18. 如請求項1之方法，粉末。 其中該矽進料包括至少約35重量％石夕 其中該矽進料包括至少約50重量。/0石夕 其中該矽進料包括至少約75重量％石夕 其中該矽進料包括至少約9〇重量％石夕 19.如請求項1之方法， 粉末。 2〇.如請求項1之方法 成。 其中該矽進料包括至少約99重量％石夕 ’其中該珍進料基本上由梦粉末組 21.如4求項！之方法’其令在將該發進料加熱至約叫〇。〇至 小於約該矽之融化溫度之溫度的溫度之前，移除該包圍 物之部分以在該外殼中產生真空，其中控制移除該包 圍物之速率以避免矽粉末被夾帶於該包圍物中。 22·如凊求項丨之方法，其中該坩堝包含側壁，且其中在將 sx夕進料加熱至超過該進料之融化溫度的溫度之前，在 该侧壁之一部分與該進料之間存在間隙。 23. 一種製備用於根據切克勞斯基法使單晶或多晶矽錠成長 之矽粉末融化物的方法，該矽粉末裝載至坩堝中以形成 矽進料，該坩堝位於用於拉出該矽錠之拉晶機之外殼 内’該外殼包含包圍物，該方法包含 移除該包圍物之一部分以在該外殼中產生真空，其中 144348 201026915 控制移除該包圍物之速率以避免矽粉末被夾帶於該包圍 物中；及 將該矽進料加熱至超過該進料之融化溫度之溫度以形 成碎融化物。 24·如請求項23之方法’其中移除該包圍物之一部分以在該 外殼中產生絕對壓力小於約3〇〇托（torr)之真空，其中控 制移除該包圍物之該速率以避免矽粉末被夹帶於該包圍 物中。 25. 如請求項23之方法’其中移除該包圍物之一部分以在該 外殼中產生絕對壓力小於約250托之真空，其中控制移 除該包圍物之該速率以避免矽粉末被夾帶於該包圍物 中。 26. 如請求項23之方法’其中在施加該真空之前該外殼中之 壓力為約大氣壓力。 27. 如請求項26之方法’其中該外殼中之壓力自約大氣壓力 變成約300托之時間段為至少約6〇秒。 28. 如請求項26之方法，其中該外殼中之壓力自約大氣壓力 變成約300托之時間段為至少約9〇秒。 29·如請求項26之方法，其中該外殼中之壓力自約大氣壓力 變成約300托之時間段為至少約12〇秒。 30. 如請求項26之方法，其中在該外殼中之壓力自約大氣壓 力變成約300托之同時將移除該包圍物之該速率控制在 小於約4托/秒。 31. 如請求項26之方法，其中在該外殼中之壓力自約大氣壓 144348 201026915 力變成約300托之同時將移除該包圍物之該速率控制在 小於約3托/秒。 32.如請求項26之方法，其中在該外殻中之壓力自約大氣壓 力變成約300托之同時將移除該包圍物之該速率控制在 小於約2托/秒。 3 3 ·如請求項26之方法，其中該外殼中之壓力自約大氣壓力 變成約250托之時間段為至少約6〇秒。 34. 如請求項26之方法’其中該外殼中之壓力自約大氣壓力 變成約250托之時間段為至少約9〇秒。 35. 如請求項26之方法’其中該外殼内之壓力自約大氣壓力 變成約250托之時間段為至少約120秒。 36. 如請求項26之方法，其中在該外殼中之壓力自約大氣壓 力變成約250托之同時將移除該包圍物之該速率控制在 小於約4托/秒。 37. 如請求項26之方法，其中在該外殼中之壓力自約大氣壓 力變成約250托之同時將移除該包圍物之該速率控制在 小於約3托/秒。 38. 如請求項26之方法，其中在該外殼中之壓力自約大氣壓 力變成約250托之同時將移除該包圍物之該速率控制在 小於約2托/秒。 39. 如請求項26之方法，其中移除該包圍物之一部分以在該 外殼中產生絕對壓力小於約300托之真空，其中控制移 除該包圍物之該速率以避免矽粉末被夾帶於該包圍物 中，且進一步包含移除該包圍物之另一部分以產生絕對 144348 201026915 壓力小於約5托之真空β 40.如請求項26之方法，其中移除該包圍物之一部分以在該 外殼中產生絕對壓力小於約250托之真空，其中控制移 除该包圍物之該速率以避免矽粉末被夾帶於該包圍物 中’且進一步包含移除該包圍物之另一部分以產生絕對 壓力小於約5粍之真空。 41 ·如咕求項23之方法，其中該進料之融化溫度為約 1412〇C » . 42·如明求項23之方法，其中將該進料加熱至約至約 15 7 5 C之溫度以融化該進料。 43.如請求項23之方法，其中該石夕進料包含自用於石夕自可熱 分解化合物化學氣相沈積之流體化床反應器排出的石夕粉 末。 44.如請求項23之方法，其中該石夕 於約50 μιη之矽粉末顆粒。 進料包括平均標稱直徑

   45.如請求項23之方法 碎粉末。 中°亥矽進料包括至少約20重量〇/〇 進料包括至少約35重量％ 進料包括至少約5 0重量〇/0 進料包括至少約75重量％ 進料包括至少約90重量％ 46. 如請求項23之方法，其中該石夕 矽粉末。 47. 如請求項23之方法，其中該石夕 妙粉末。 48. 如請求項23之方法，其中該石夕 矽粉末。 49. 如請求項23之方法，其中該石夕 144348 201026915 矽粉末。 5〇·如請求項23之方法，其中該矽進料包括至少約99重量〇/〇 矽粉末。 5 I如請求項23之方法，其中該矽進料基本上由矽粉末組 成0 52.—種製備用於根據切克勞斯基法使單晶或多晶梦旋成長 之矽粉末融化物的方法，該矽粉末裝載至坩堝中以形成

   石夕進料’該坩堝位於用於拉出該矽錠之拉晶機之外殼 内’該拉晶機具有與該掛渦熱連通之加熱器以將該掛禍 加熱至足以使該矽進料融化之溫度，該加熱器具有界定 加熱器長度之頂部及底部以及在該加熱器之該頂部與該 底部中間的軸向中心點，該坩堝能夠在該外殼内沿該拉 晶機之中心縱向軸上升及下降，該進料具有在該進料表 面與該進料底部中間之轴向中心點，該方法包含 加熱由該坩堝固持之該矽進料以形成具有表面之矽融 化物’該坩堝固持於第一轴向位置，其中該進料之軸向 中心點與該加熱器之軸向中心點之間的距離小於該加熱 器長度之約15% ; 、 將”亥坩堝疋位於第二軸向位置，其中該融化物之表面 與該加熱H之軸向中心點之間的距離小於該加敎 之約15% ;及 、° 料之融化溫度以上至少約30分鐘。 53.如明求項52之方法，其中該第一軸向位置與該第二勒 144348 201026915 置之間的位置差小於該加熱器長度之約5〇/〇。 54·如》月求項52之方法，其中該第—轴向位置與該第 位置實質上相同。 向 55·如„月求項52之方法’在該第二袖向位置處將該 化物之溫度維持在該進料之融化溫度以上 時。 夕約1小 56. 如明求項52之方法’其中在該第二轴向位置處將該石夕融 化物之溫度維持在該進料之融化溫度以上至少約h 時。 小 57. 如明求項52之方法，其中該進料之融化溫度 1412〇C 〇 月求項57之方法，其中在該第二軸向位置處將該矽融 化物之溫度維持在約1412°c至約1575。〇至少約3〇分鐘。 如明求項57之方法，其中在該第二轴向位置處將該矽融 化物之溫度維持在約1412。〇至約i 575。〇至少約1小時。 如4求項57之方法，其中在該第二轴向位置處將該石夕融 化物之溫度維持在約1412。(：至約1575°C至少約2小時。 61. 如明求項52之方法，其進一步包含將該掛堝升至第三軸 向位置’其中該融化物之表面在該加熱器之頂部下方約 2.5%至約25%之該加熱器長度處。 62. 如請求項52之方法，其中該加熱器長度為至少約3〇0 63.如請求項52之方法，其中該加熱器長度為至少約4〇0 mm ° 144348 201026915 64.如請求項52之方法，其中該 y進枓包含自用於矽自可熱 分解化合物化學氣相沈積之流體 、、、 祖化床反應器排出的矽粉 末。 65_ U項52之方法’其巾該⑦進料包括平均標稱直徑小 於約5 0 μιη之矽粉末顆粒。. • 66,如請求項52之方法 矽粉末。 67.如請求項52之方法 ® ♦粉末。 68·如請求項52之方法 矽粉末。 69. 如請求項52之方法 矽粉末。 70. 如請求項52之方法 矽粉末。 φ 71·如請求項52之方法 矽粉末。 72.如請求項52之方法 成。 73·如請求項52之方法 =約該矽進料之融化溫度之溫度的溫度，歷時至少約 30分鐘，以在加熱該矽進料形成矽融化物之前製備耗盡 氧化物之發進料。 青长項73之方法，其中在該石夕進料加熱至約11 oo°c至 其中°玄矽進料包括至少約20重量〇/0 其中°亥石夕進料包括至少約3 5重量〇/0 其中該矽進料包括至少約5 0重量％ 其中該矽進料包括至少約75重量％ 其中該矽進料包括至少約90重量〇/〇 其中該矽進料包括至少約99重量％ 其中該梦進料基本上由矽粉末組 其中將該矽進料加熱至約11 〇〇。(：至 144348 201026915 小於約該矽之融化溫度之溫度的溫度之前移除包圍物之 一部分以在該外殼中產生真空，其中控制移除該包圍物 之速率以避免矽粉末被夹帶於該包圍物中。 75.如睛求項52之方法，其中在加熱該矽進料形成矽融化物 之前移除該包圍物之一部分以在該外殼中產生真空，其 中控制移除該包圍物之速率以避免矽粉末被夹帶於該包 圍物中。

   如吻求項52之方法，其中該坩堝包含側壁，且其中在并 s夕進料加熱至超過該進料之融化溫度的溫度之前，名 该側壁之一部分與該進料之間存在間隙。 77·—種製備用於根據切克勞斯基法使單晶或多晶發鍵成书 之石夕粉末融化物的方法，該石夕融化物在具有底部及具内 表面之側壁之坩堝中製備，該方法包含 將可移式間隔物沿該坩堝側壁之内表面插入，該間隔 物具有頂部及底部； 將矽粉末裝載至 自該坩堝移除該 矽進料之間形成間 將該矽進料加熱 成發融化物。 該坩堝中以形成矽進料；

   可移式間隔物以在該坩堝之側壁與該 隙；及 至超過該進料之融化溫度之溫度以形 ：；：：：；：：：：：;：： 79.如請求項77之方法 其中在將該可移式間隔物插入該坩 H4348 -10· 201026915 禍之前將㈣末裝載至料财以形成部分梦進料 其中在播入該可移式間隔物之後，將石夕粉 二 堝中以形成全部矽進料。 料王垓坩 80. 如請求項77之方法，其中該間隔物為矩形。 81. 如請求項77之方法，其中該間隔物為環形。 I請:=之方法，其中該掛_壁為具有内周長之環 長度。、4間隔物之長度至少為約該側壁之内周長之 83·ΓΓ項77之方法，其中將兩個可移式間隔物插入該掛 85如：戈項77之方法’其中該間隔物至少約20 mm厚。 85. 如靖求項7?之方法，其中 1412 °C。 〈融化'«π·度為約 86. 如喷求項85之方法，苴 1575t^^ ^ /、帽錢枓加熱至約1412。(：至約 之紙度以融化該進料。 "Π:::之方法，”將自用於…熱分解化合物 掛塌中切之㈣化床反應器” _粉末裝載至該 88. 如請求項 於約5〇 _ & ’其中該石夕粉末包含平均標稱直徑小 Rm之矽粉末顆粒。 89. 如請求項 矽粉末。 法’其中該石夕進料包括至少約20重量％ 9〇·如請求項 矽粉束。 &其中該妙進料包括至少約35重量。/〇 144348 201026915 91. 如請求項7 $77之方法， 矽粉末。 92. 如請求項77之方法， 石夕粉末。 93. 如請求項77之方法， 石夕粉末。 其中該矽進料包括至少約50重量0/〇 其中S亥矽進料包括至少約75重量〇/〇 其中該石夕進料包括至少約90重量％ 其中該♦進料包括至少約99重量％ 94.如請求項77之方法 矽粉末。 其中該矽進料基本上由矽粉末組 95.如請求 成。 項77之方法 96.如請求 、、 7之方法，其中將該矽進料加熱至約iioot：至 J、於約該矽進料之融化溫度之溫度的溫度，歷時至少約 3 〇 分鐘 以在加熱該矽進料形成矽融化物之前製備耗盡 之石夕進料，且其中在將該碎進料加熱至約11 〇〇。〇 至小於約該矽之融化溫度之溫度的溫度之前移除包圍物 之#分以在外殼中產生真空，其中控制移除該包圍物 之速率以避免矽粉末被夾帶於該包圍物中。 .如呀求項77之方法，其中在加熱該矽進料形成矽融化物 之則移除該包圍物之一部分以在該外殼中產生真空，其 中控制移除該包圍物之該速率以避免矽粉末被夾帶於該 包圍物中。 9 g 一 •一種製備用於根據切克勞斯基法使單晶或多晶矽錠成長 之矽粉末融化物的方法，該方法包含 將矽粉末裝載至具有底部及具内表面之側壁之坩堝中 144348 •12· 201026915 、 <成石夕進料’該矽粉末包含表面上具有一定量二氧化 矽之矽粉末顆粒； 可移式間隔物沿該坩堝側壁之内表面插入，該間隔 物具有頂部及底部； 亥掛塌移除該可移式間隔物以在該时禍之側壁與該 矽進料之間形成間隙； :。掛禍裝載於用於拉出該石夕錠之拉晶機之外殼内， §卜八又包含包圍物，該拉晶機具有與該坩堝熱連通之加 熱盗以將該_加熱至足以使該@進料融化之溫度，該 加熱器具有界定加熱器長度之頂部及底部以及在該加熱 器之該頂與該底部中間的軸向中心點，該坩堝能夠在 5亥外殼内沿該拉晶機之中心縱向軸上升及下降，該進料 具有在該進料之表面與該進料之底部中間的轴向中心 點； 移除該包圍物之一部分以在該外殼中產生真空，其中 控制移除該包圍物之速率以避免矽粉末被夾帶於該包圍 物中； 將該矽進料加熱至約110(rc至小於約該矽進料之融化 溫度之溫度的溫度，歷時至少約30分鐘以製備耗盡氧化 物之碎進料； 將该耗盡氧化物之石夕進料加熱至超過該進料之融化溫 度之溫度以形成具有表面之矽融化物，該坩堝固持於第 一軸向位置，其中該進料之軸向中心點與該加熱器之轴 向中心點之間的距離小於該加熱器長度之約丨5% ; 144348 •13· 201026915 將該堆堝定位於第二軸向位置’其中該融化物之表面 與該加熱器之軸向中心點之間的距離小於該加熱器長度 之約15 % ;及 在第二軸向位置處將該矽融化物之溫度維持在該進料 之融化溫度以上至少約3 〇分鐘。 99.如請求項98之方法，其中該矽進料包含自用於矽自可熱 分解化合物化學氣相沈積之流體化床反應器排出的矽粉 末。

   肌如請求項98之方法，纟中該錢料包含平均標稱直徑小 於約50 μηι之矽粉末顆粒。 101. 如請求項98之方法， 碎粉末。 102. 如請求項％之方法， 矽粉末。 103. 如請求項98之方法， 矽粉末。 104. 如請求項98之方法， 矽粉末。 105. 如請求項98之方法 矽粉末。 106. 如請求項98之方法 矽粉末。 107. 如請求項98之方法 成0

   其中該矽進料包括至少約20重量％ 其中该矽進料包括至少約3 5重量〇/0 其中該石夕進料包括至少約50重量％ 其中該石夕進料包括至少約75重量％ 其中該石夕進料包括至少約90重量％ 、中該石夕進料包括至少約99重量％ 其·中》亥石夕進料基本上由矽粉末組 144348 •14·