用于生產(chǎn)硅的單晶體的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)硅的單晶體的設備和方法，利用其可以加工做為原材料的顆粒狀硅以產(chǎn)生單晶體。該設備包括具有中央開口及從中央開口指向下的管的板、用于計量至板上的顆粒狀硅的裝置、設置在板上方的第一感應加熱線圈和設置在板下面的第二感應加熱線圈。
【背景技術】
[0002]US2003145781 Al和US2011185963 Al描述了具有上述特征的設備，以及使用這種設備來生產(chǎn)單晶體的方法。首先，使管的下端靠近固態(tài)的硅，并且借助于第二感應加熱線圈加熱該管，以便在封閉的管的下端形成液態(tài)硅。隨后，使單晶的籽晶與液態(tài)硅接觸，轉動并降下，并且同時從管的下端熔化進一步的硅。當降下籽晶時，液態(tài)硅在籽晶上結晶。在被稱為頸縮并且起到使結晶部分脫位至其表面目的的階段之后，最后出現(xiàn)了生長的單晶體。在生長晶體的頂端處，存在支持單晶體進一步生長的小體積的熔化硅。生長單晶體的熔化體積和直徑在進一步的階段不斷地增大直到已經(jīng)達到目標直徑。此后，允許單晶體按大致圓柱形方式生長，以便在稍后階段進一步處理已經(jīng)圓柱形地生長的那部分以給出半導體晶片。在已經(jīng)熔化了封閉管的下端的固態(tài)硅之后，進一步提供了生長單晶體所需的液態(tài)硅。為了該目的，將顆粒狀硅沉積到板上并借助于第一感應加熱線圈來熔化并且同時轉動該板。將液態(tài)硅從板的頂側傳送至板的中央開口處并且在生長單晶體時穿過管到達熔化處。
[0003]US2003145781 Al提出了將由石英制成的器皿或者由硅制成的板用作該板，并且在該板的頂側上提供了隆起，這形成了通道以便將用于熔化硅的流動路徑延伸至中央開口。流動路徑的延伸被認為在固態(tài)硅到達生長單晶體之前促進了來源于顆粒狀硅的固態(tài)硅的完全熔化。如果沒有這種通道，則建議通過第一感應加熱線圈的作用在板的頂側上、在中央開口的部位中安設固態(tài)硅的障礙部。如此選擇該障礙部的高度，即，使顆粒狀硅不能越過該障礙部，除非其已經(jīng)被完全熔化。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由硅制成的板的頂側通過第一感應加熱線圈的作用被更改至如此程度，即，該板用于生產(chǎn)進一步的單晶體的用途不是僅在大量重新調整之后才有的選擇或者是可能的。另外，發(fā)現(xiàn)，當使用由石英制成的板時，減損了液態(tài)硅從頂側的外邊緣的部位至頂側的內邊緣的傳送，甚至當沒有延長流動路程的通道時。
[0005]本發(fā)明的目的是使板能有簡單的重復使用性并且利于液態(tài)硅從板的頂側外邊緣至板的頂側內邊緣的傳送。
[0006]該目的通過一種用于生產(chǎn)硅的單晶體的設備來實現(xiàn)，包括
[0007]板，其具有帶外邊緣和內邊緣的頂側、鄰接內邊緣的中央開口和從中央開口延伸到板的底側下面的管；
[0008]用于計量至板的頂側上的顆粒狀硅的裝置；
[0009]第一感應加熱線圈，其設置在板的上方并且提供來用于熔化沉積的顆粒狀硅；
[0010]第二感應加熱線圈，其設置在板的下面并且提供來用于穩(wěn)定硅的熔體，在生長硅的單晶體時出現(xiàn)熔體，其中板的頂側是由陶瓷材料構成的并且具有隆起，相鄰的隆起的中間部之間在徑向方向上的距離不小于2mm并且不大于15mm。
[0011]本發(fā)明還提供了一種用于生產(chǎn)硅的單晶體的方法，包括
[0012]提供上述設備；
[0013]將顆粒狀硅沉積到板的頂側上、在頂側的外邊緣的部位中而同時轉動所述板；
[0014]熔化顆粒狀的硅，并且使熔化的硅經(jīng)過隆起、通過板中的中央開口并且通過管直到在生長硅的單晶體時其為熔體。
[0015]板和管優(yōu)選制成單一件。板的頂側由陶瓷材料構成，陶瓷材料在接觸液態(tài)硅時是熱穩(wěn)定的并且以外來物質污染液態(tài)硅至最小程度。板和管可以由涂覆有陶瓷材料的基礎結構構成。板和管也可以完全由陶瓷材料構成。用于基礎結構的可能材料是能涂覆有陶瓷材料的高熱穩(wěn)定性的抗斷裂材料，例如，金屬和碳。特別優(yōu)選的是，基礎結構是由碳制成的。陶瓷材料優(yōu)選是例如氧化鋁(Al2O3)、氮化硼(BN)、六硼化鑭(LaB6)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋯(ZrO2)或者石英(S12)。特別優(yōu)選的是碳化硅。
[0016]因為隆起，所以板的頂側不是平坦的而是結構化的。隆起之間是凹部，優(yōu)選是閉合的凹部。閉合凹部是板的表面上完全被隆起包圍的區(qū)域。存在于凹部之一中的液態(tài)硅形成了由隆起圍住的池。這種隆起分布在板的頂側的外邊緣與內邊緣之間。凹部可以具有例如環(huán)形、正方形、矩形、螺旋形或者菱形形狀的外形。優(yōu)選是，在板的外邊緣處的凹部與徑向地靠近板中的中央開口的凹部之間存在梯度。該梯度具有優(yōu)選不小于1°并且不大于15°、更優(yōu)選不小于1°并且不大于5°的傾斜角度。因此，液態(tài)硅具有從板的外邊緣流向板中的中央開口的傾向。
[0017]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，隆起是合適的，以便促進液態(tài)硅從板的頂側的外邊緣至板的頂側的內邊緣的傳送。如果沒有隆起，則減損了液態(tài)硅至中央開口的傳送。其原因是液態(tài)硅對陶瓷材料的中等可潤濕性。在缺少隆起的板上，形成了緩慢移動的液態(tài)硅島，這僅少量地濕潤了板的頂側并且?guī)缀跷达@示出流向中央開口的任何傾向。
[0018]根據(jù)本發(fā)明提議的在板的頂側上有隆起的構造結果在熔化沉積的顆粒狀硅的過程中在凹部中形成了液態(tài)硅池。隨著時間的推移，這種池的體積增大，直到隆起不能再將液態(tài)硅保持在凹部中，并且池溢出。溢出的液態(tài)硅不會顯示出形成島的任何傾向并且最后流過隆起至板中的中央開口。在此過程中，溢出的液態(tài)硅結合并覆蓋板的頂側的較大區(qū)域。
[0019]凹部底與界定出凹部的隆起的最高點之間的高度差優(yōu)選不小于0.1mm并且不大于5mm，更優(yōu)選不小于0.5mm并且不大于3mm。為了使液態(tài)硅能在隆起上進行質量轉移，相鄰隆起的中間部之間在徑向方向上的距離不小于2mm并且不大于15mm，優(yōu)選不小于3mm并且不大于6臟。
[0020]本發(fā)明的設備具有可以省去冷卻裝置的額外優(yōu)點，如果板由硅構成，則需要冷卻裝置以便冷卻該板。本發(fā)明的設備不需要任何這種冷卻裝置。
[0021]在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例中，當從上方觀察時，隆起和凹部形成了圍繞中央開口同心地設置的環(huán)。另外，隆起和凹部可以還出現(xiàn)在管的內表面上。
[0022]板的頂側的外邊緣可以被壁圍繞，并且由于該原因，該板可以被稱為盤。
【附圖說明】
[0023]以下參照附圖來闡明本發(fā)明。
[0024]圖1顯示了用于生產(chǎn)硅的單晶體的本發(fā)明設備的特別優(yōu)選實施例的剖視圖。
圖2顯示了從上方觀察的具有相對于中央開口同心的環(huán)形的隆起和凹部的板。
【具體實施方式】
[0025]根據(jù)圖1的設備包括板I，該板I有頂側2，該頂側2具有外邊緣3和內邊緣4。在板的中間是鄰接內邊緣的中央開口，和從中央開口延伸到板的底側6下面的管5。該設備還包括設置在板上方的第一感應加熱線圈7和設置在板下面的第二感應加熱線圈8。第一感應加熱線圈7用來熔化顆粒狀的硅，并且較低的感應加熱線圈8在生長硅的單晶體10時穩(wěn)定現(xiàn)有硅的熔體9。借助于計量裝置12穿過第一感應加熱線圈7將顆粒狀的硅11施加到(例如，播散)到板的頂側。優(yōu)選按如此方式供應，即，其首先在靠近外邊緣的外部區(qū)域中與板的頂側接觸。
[0026]板的頂側由陶瓷材料(優(yōu)選是，碳化硅)構成并且具有界定出閉合的凹部14的隆起13。當從上方觀察時，隆起13和閉合的凹部14形成了環(huán)，所述環(huán)相對于中央開口同心地設置并且從板的頂側的外邊緣延伸至內邊緣并還出現(xiàn)在管的內表面上。
[0027]圖2顯示了從上方觀察的具有相對于中央開口同心的環(huán)形的隆起13和凹部14的板I。相鄰隆起的中間部之間在徑向方向上的距離D不小于2mm并且不大于15mm。板I的頂側2上施加顆粒狀硅的部位B具有例如由雙箭頭指示的徑向位置和寬度。
[0028]實例和對比實例:
[0029]為了生產(chǎn)硅的單晶體，提供兩種不同的設備。僅有的差別是，對于按非本發(fā)明方式生產(chǎn)，使用一種其頂側上沒有隆起的板的設備。對于按本發(fā)明方式生產(chǎn)，使用一種具有根據(jù)圖2的板的本發(fā)明設備，該板具有出現(xiàn)在其頂側的同心的環(huán)形隆起。
[0030]發(fā)現(xiàn)，當使用具有平滑的非結構化表面的板時，由于形成了緩慢移動的液態(tài)硅的島而顯著減損了液態(tài)硅的質量轉移。當使用本發(fā)明的設備時不會出現(xiàn)該缺點。
【主權項】
1.一種用于生產(chǎn)硅的單晶體的設備，包括 板，其具有帶外邊緣和內邊緣的頂側、鄰接該內邊緣的中央開口和從該中央開口延伸到該板的底側下面的管； 用于計量至該板的頂側上的顆粒狀硅的裝置； 第一感應加熱線圈，其設置在該板的上方并且提供來用于熔化沉積的顆粒狀硅； 第二感應加熱線圈，其設置在該板的下面并且提供來用于穩(wěn)定硅的熔體，該熔體在生長硅的單晶體時出現(xiàn)，其中該板的頂側是由陶瓷材料構成的并且具有隆起，相鄰隆起的中間部之間在徑向方向上的距離不小于2mm并且不大于15mm。2.如權利要求1所述的設備，其中該陶瓷材料從一組中選擇，該組包括氧化鋁、氮化硼、六硼化鑭、碳化硅、氮化硅、氧化鉭、氧化釔、氧化鋯和石英。3.如權利要求1或權利要求2所述的設備，其中該隆起圍繞該中央開口同心地設置。4.如權利要求1到3中任一項所述的設備，其中該板的頂側的外邊緣由壁圍繞。5.一種用于生產(chǎn)硅的單晶體的方法，包括 提供如權利要求1到4中任一項所述的設備； 將顆粒狀的硅沉積到該板的頂側、在該頂側的外邊緣的部位中而同時轉動該板； 熔化該顆粒狀的硅，并且使熔化的硅經(jīng)過該隆起、通過該板中的中央開口并且穿過該管直到在生長硅的單晶體時其為熔體。
【專利摘要】一種用于生產(chǎn)硅的單晶體的設備和方法。該設備包括板，該板具有帶外邊緣和內邊緣的頂側、鄰接內邊緣的中央開口和從中央開口延伸到板的底側下面的管；用于計量至板的頂側上的顆粒狀硅的裝置；第一感應加熱線圈，其設置在板的上方并且提供來用于熔化沉積的顆粒狀硅；第二感應加熱線圈，其設置在板的下面并且提供來用于穩(wěn)定硅的熔體，在生長硅的單晶體時出現(xiàn)熔體。該設備的特征在于，板的頂側是由陶瓷材料構成的并且具有隆起，相鄰的隆起的中間部之間在徑向方向上的距離不小于2mm并且不大于15mm。
【IPC分類】C30B29/06, C30B13/20
【公開號】CN104975340
【申請?zhí)枴緾N201510161991
【發(fā)明人】G·布倫寧格, W·施泰因, M·黑伯倫
【申請人】硅電子股份公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年4月7日
【公告號】DE102014207149A1, EP2933358A1, US20150292109