熔化硅的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种熔化硅的方法以及一种用于熔化硅的系统，在所述方法中，从硅原料（２）截取（４０）硅块（４、１４、２４），其中，按照使得硅块能够布置在坩埚（６）内的方式确定硅块（４、１４、２４）的尺寸；将硅块（４、１４、２４）布置在坩埚（６）内；并且加热坩埚（６），其中，在将硅块（４、１４、２４）布置（４２）在坩埚（６）内的同时，至少部分地以硅粒（８、１８、２０、２８）来填充（４４）在坩埚壁（７）和硅块（４、１４、２４）之间出现的、或者在硅块（４、１４、２４）的实体部分之间出现的这些空腔（１０）的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于熔化硅的方法，本专利技术还涉及用于熔化硅的系统。
技术介绍
硅是各种半导体元件(尤其是微处理器或者太阳能电池)的原材料，对该材料有 很高的纯度要求。通常通过化学气相沉积(即，所谓的化学气相沉积工艺，简称CVD工 艺)大规模地获得硅。在此通常从硅烷卤化物的化合物(尤其是三氯硅烷)中化学地分离 出硅，并且将其沉积在加热后的晶芯的表面上作为纯净的多晶硅。这种方法大体上就是 所谓的"西门子法"，其通常是在所谓的"西门子反应器"中完成的(例如参见DE26 09 564C2或者EP 1 257 684B1)。在此通常采用通过电流流过而加热的薄硅棒作为晶芯；通 过沉积多晶硅，这些薄硅棒的直径或者体积得到了增大。这种薄晶芯棒通常呈U形地布 置(仍然参见DE26 09 564C2)。随着硅的沉积，该薄晶芯棒将成长为实体的U形硅棒。 图2示意性示出在完成了沉积之后的这种硅棒。通常也可以按照其他几何形状(例如管 形)来进行沉积(例如参见EP 1 257 684Bl)。 这种借助CVD处理得到的硅通常纯度极高，但是在这种处理过程中得到的原 材料由于其形状或者结晶度，在未经其他措施的情况下，不能对其进行进一步加工。另 外，视应用目的而定，还必须进行彻底清洁或者一般性处理。因此在这些情况的每一种 情况中，都必须首先熔化这些硅原材料。为此，首先使得硅原材料(如所述的呈U形的 硅棒或者硅管)变成小块，随后在坩埚内熔化这些硅碎块。 一方面，硅是非常脆的；另 一方面在实际的实施方式中，硅是比较硬的。因此，通常采用机械力作用来破碎这些硅 原料。这通常通过类似于矿山采矿的破碎方式来实现。 由于与相应的破碎装置相接触，因此硅材料中混入了污染物，这些污染物可能 会对半导体元件产生不良影响，因此接下来要必须要再次去除这些污染物。因此，在破 碎之后，按照化学湿法来表面腐蚀硅原料的碎块，并繁杂地干燥它。另外，由于表面积 大幅度地变大，必须将清洁后的碎块大体积地包装起来，从而避免再次引入污染物。 为了避免繁杂的破碎步骤以及后续的清洁步骤，已经尝试了在未经破碎的情况 下将硅原料直接放入相应的坩埚内熔化。但是在这里，硅的很高的超过1400摄氏度的熔 融温度是十分棘手的。这样，为了熔化大体积的硅棒，必须将坩埚加热至远超硅熔融点 的程度，此时在坩埚内部，坩埚壁将受到侵蚀，并且分离出方石英；在硅再次硬化时， 方石英将对结晶面产生不良影响，进而对硅的质量产生消极影响。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务在于提供一种方法以及一种系统，通过它们可以在尽量少 地引入污染物且不消极影响坩埚壁的情况下熔化硅原料。 本专利技术的方法将硅块布置在可加热的坩埚内。在此，硅块首先可以被理解为一 块硅原料，其原则上可以具有任意几何形状。只要硅原料的尺寸允许，也可以将一整块硅原料(例如完整的U形硅棒)作为硅块布置在坩埚内。在将一个或多个硅块布置在坩 埚内时，在坩埚壁和硅块之间、或者在硅块的实体部分之间以及在各个硅块之间都将出 现空腔。以硅粒来至少部分地填充这些空腔的至少一部分。在此，硅粒应该被理解为硅 颗粒的混合，它们通常可以具有任意的几何形状，当然具有比硅块明显小得多的尺寸， 因此可以用它们来至少部分地填充所形成的这些空腔。硅粒尤其可以具有所谓的精细硅 碎块(Siliziumfeinbruch)的形式。精细硅碎块应该被理解为精细的硅碎块，例如贝壳状断 口的碎块(Muschelausbrachst lick)。 然后加热坩埚。 由于按照所述以硅粒至少部分地填充了空腔，因此在坩埚壁和硅块之间存在较 好的热传导能力，从而热量可以更好地从坩埚壁传递至硅块。结果是，无需将坩埚加 热至远超硅熔融温度的程度、或者仅需要将坩埚加热至超过硅熔融温度较小的程度，就 可以将本身很大或者无定形的硅块加热至或者超过硅的熔融温度，而且同时不会损坏坩 埚。 硅原料的常见尺寸不允许将一整块硅原料布置在坩埚内。根据本专利技术的一个实 施例，从硅原料截取硅块，并且按照使得所述硅块能够布置在可加热的坩埚内的方式来 确定硅块的尺寸。在此，最好如此确定硅块的尺寸，即，按照适当尺寸从硅原料截取硅 块。 本专利技术方法的一个改进方式包括以受控的方式从硅原料截取硅块。在此，"以 受控的方式进行截取"应该被理解为沿着预定分离线截取硅块，并且与在例如破碎时的 情况下的分离线相比，所述预定分离线是以较低的偶然性得到的、或者是以不更高的偶 然性得到的。"以受控的方式截取硅块"可以借助激光分离、水束切割或者锯来实现。 带锯、内径锯或者网锯均可以应用作为所述锯，这与通常在从硅板或者硅棒锯得硅片时 应用它们的方式一样。也可以采用其他受控的截取方法，例如通过磨轮或者圆锯；但是 相对于激光分离、水束切割或者锯，它们会在这些硅块中引入过多的污染物。 "以受控的方式截取硅块"允许制备大体积硅块，所述大体积硅块最好具有使 得硅块能够以节约空间的方式被布置在坩埚内的几何形状。应用大的硅块进一步降低了 污染物的引入，因此可以避免必要时需要的硅块清洁(例如表面腐蚀)，或者仅需要在分 离面处执行这种清洁。在实践中，在至少一个延伸方向上大于10cm的硅块被证明是有效 的。 在本专利技术的一个有利的实施方式中应用了硅粒，其颗粒的直径大约为0.3mm至 10mm。这样的优点在于，能够简单地填充大部分空腔。 一个特别优选的实施方式包括 应用颗粒直径大约为0.3mm至2mm的硅粒，这是因为由此可以更好地填充这些空腔。 按照有利方式，可以通过所谓的流化层法或者流化床法得到所述硅粒的颗粒。 这带来以下优点，即，在制成之后这些颗粒就处于比较纯净的形态，于是在坩埚内的应 用之前，无需附加的清洁。当然，原则上也可以采用破碎后的硅原料或者精细硅碎块作 为硅粒。虽然如前所述的那样，在添加到坩埚内之前要对其进行清洁，但是待清洁的 硅的量减少了，这是因为清洁后的硅粒仅用于填充空腔；相比之下坩埚体积的绝大多数 是由硅块占据的，在理想情况下这些硅块无需清洁或者仅需要对更小得多的面积进行清 洁。 如开始部分所述，通过西门子法通常得到呈硅棒或者硅管形态的硅，在此该硅棒或者硅管是指各种形状的硅棒或硅管，尤其是直线的、弧形的、弯曲的或者之前所述 的U形的棒或管。从棒或者管可以简单地截取硅块，尤其是以受控的方式进行所述截 取，其做法是截取一定长度的棒或者管。在此，截取一定长度得到的块形成了硅块， 其由于规则的形状能够比较简单且以节约空间的方式被布置在坩埚内。因而，本专利技术的 另一可行实施方式包括采用硅棒或者硅管作为硅原料。 本专利技术的一个有利改进方式还包括，硅块的截取是通过将硅棒或者硅管截断成 一定长度的短硅棒或者短硅管来实现的，所述短硅棒或者短硅管的长度大约相当于坩埚 的开口宽度。可以按照这种方式将短硅管或者短硅棒以节约空间的方式被布置在坩埚 内，这使得尽可能地减小了分离面，进而降低了与此相关的污染危险。 在此，开口宽度应该被理解为坩埚开口在大体任意的方向上的延展，最好应被 理解为坩埚开口在坩埚最大延伸方向上的延展。目前在工业领域中应用的坩埚大多具有正方形的开口，其边长大约为35cm、大 约为42cm、大约为54cm或者大约为69cm。在这种情况下，所述边长相当于坩埚的开口 宽度。在实践中证明有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔化硅的方法，在所述方法中将硅块（４、１４、２４）布置（４２）在可加热的坩埚（６）内，并加热（４６）所述坩埚（６），　　　　其特征在于　　　　在将所述硅块（４、１４、２４）布置（４２）在所述坩埚（６）内的同时，至少部分地以硅粒（８、１８、２０、２８）来填充（４４）在坩埚壁（７）和所述硅块（４、１４、２４）之间出现的空腔（１０）或者在所述硅块（４、１４、２４）的实体部分之间出现的空腔（１０）的至少一部分。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔伯利切特莫泽尔，
申请(专利权)人：岑特罗特姆硅技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[]