專利名稱：生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)例如低應(yīng)變硅材料的多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝和設(shè)備。
從商業(yè)生產(chǎn)和資源的觀點(diǎn)，作為制備太陽能電池或類似器件的材料，硅或同類材料的多晶半導(dǎo)體已經(jīng)受到重視?，F(xiàn)在作為太陽能電源的大多數(shù)實(shí)用太陽能電池是硅太陽能電池。但是，太陽能電池仍然存在成本高的問題。為了在更大范圍內(nèi)利用太陽能，需要進(jìn)一步降低成本。目前作為電源使用的太陽能電池多數(shù)以單晶硅或非晶硅為基礎(chǔ)。所以，為了降低成本，期待進(jìn)一步發(fā)展多晶硅太陽能電池。
作為生產(chǎn)多晶硅半導(dǎo)體的通用工藝，人們已知的一個常規(guī)工藝是，將固體硅裝入硅石(二氧化硅，SiO2)或同類材料的坩堝中，在通過加熱使固體硅熔化后，將熔化的半導(dǎo)體材料澆注到石墨坩堝中。例如，在日本的已審定專利公開JP-B2 57-21515中公開了一種半連續(xù)澆注爐的已有技術(shù)，這種澆注爐是由德國的Wacker-Chemitronie GmbH研制的，其中硅在硅坩堝中，在真空或惰性氣體中進(jìn)行熔化，然后傾斜坩堝，把熔化的硅倒入石墨或同類材料的結(jié)晶器中。在日本已審定的專利公開JP-B2 8-54115中公開了一種美國Crystal Systems公司研究的熱交換方法的已有技術(shù)。其中，將硅在石英坩堝中，在真空下進(jìn)行熔化，之后直接固化。在日本的未審查專利公開JP-A62-260710中公開了一種Wacker工藝的改進(jìn)工藝，其中用水冷卻的鋼板容器作為熔化硅的坩堝。
在多晶硅晶錠的生產(chǎn)中，多數(shù)情況是采用在坩堝中生長晶體的方法。但是，在這種方法中，半導(dǎo)體多晶體需要在封閉的空間內(nèi)生長。在晶體固化過程中發(fā)生體積膨脹時，在固化的半導(dǎo)體多晶體和坩堝內(nèi)壁之間的接觸部分引起應(yīng)力，而且在這樣生產(chǎn)的晶錠中，應(yīng)力所產(chǎn)生的應(yīng)變保留下來，消除不了。保留在晶錠中的應(yīng)變對質(zhì)量有不利影響，因而降低了半導(dǎo)體的光學(xué)性能或電學(xué)性能。在諸如太陽能電池的那些應(yīng)用中就會使發(fā)電效率降低。此外，增加的應(yīng)力將引起機(jī)械上的碎裂。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠生產(chǎn)高質(zhì)量多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝和設(shè)備。
本發(fā)明的第一個方案是，提供一種生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝，包括以下工序?qū)⒐袒瘯r會膨脹的半導(dǎo)體原料裝入坩堝內(nèi)；加熱坩堝的頂部，同時冷卻坩堝的底部，這樣可使半導(dǎo)體原料在坩堝內(nèi)由坩堝的下部向上部單向固化。
其中，所用坩堝可以弛豫半導(dǎo)體材料固化時由于膨脹所引起的應(yīng)變。
按照本發(fā)明，用加熱坩堝頂部和冷卻坩堝底部的方法可使裝入坩堝中的半導(dǎo)體原料自下而上單向固化，而且在固化時半導(dǎo)體材料的體積隨之膨脹。由于因膨脹而引起的應(yīng)變能夠利用坩堝得到弛豫，所以可以生產(chǎn)出應(yīng)變較低的高質(zhì)量多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第二個方案是，工藝的特征在于，坩堝是雙層結(jié)構(gòu)的，在內(nèi)坩堝和外坩堝之間有一個間隙，而且內(nèi)坩堝可以隨著半導(dǎo)體的膨脹而擴(kuò)大，使半導(dǎo)體中的應(yīng)變可以得到弛豫。
按照本發(fā)明，在雙層結(jié)構(gòu)坩堝的內(nèi)坩堝和外坩堝之間設(shè)有間隙，使得即使固化時由于半導(dǎo)體材料的膨脹產(chǎn)生了應(yīng)變，這應(yīng)變也可以借助于內(nèi)坩堝隨半導(dǎo)體的膨脹的擴(kuò)大而得到弛豫。因此可以獲得高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第三個方案是，工藝的特征在于，在坩堝周圍壁里面有一個隔壁，隔壁可以向外移動。
按照本發(fā)明，半導(dǎo)體原料在由坩堝周圍壁里面的隔壁限定的空間內(nèi)熔化和固化。隔壁向外移動以吸收半導(dǎo)體材料固化時的膨脹從而弛豫應(yīng)力，因此可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第四個方案是，工藝的特征在于，坩堝可以分為幾部分，而且坩堝的各部分在坩堝的底部互相連接為梳狀，使得可以沿坩堝梳齒方向向外滑動。
按照本發(fā)明，由于坩堝可分為在坩堝底部互相連接成梳狀的幾部分，使得坩堝各部分可沿徑向向外滑動，所以即使在坩堝內(nèi)熔化的半導(dǎo)體材料在固化時發(fā)生膨脹，由于坩堝的各部分可以沿徑向向外移動，也可使應(yīng)變得到弛豫，因此可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第五個方案是，其工藝還包括一個在裝入半導(dǎo)體原料之前把半導(dǎo)體籽晶排列在坩堝底面的工序。其特征是，多晶從籽晶處開始生長。
按照本發(fā)明，由于多晶半導(dǎo)體晶錠是從放在坩堝底部的籽晶處開始生長的，所以，由于籽晶在加熱過程的膨脹所引起的應(yīng)變可以利用坩堝得到弛豫。因而固化是在應(yīng)變較低的條件下開始的，這樣，使生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠成為可能。
本發(fā)明的第六個方案是，工藝的特征在于，半導(dǎo)體原料是多晶硅。
按照本發(fā)明，可以采用大量的硅生產(chǎn)出單向固化的高質(zhì)量多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第七個方案是，提供一種生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，包括能夠使其內(nèi)部保持為惰性環(huán)境的氣密容器；裝在氣密容器內(nèi)的坩堝，其內(nèi)裝入半導(dǎo)體原料；加熱裝置，用于加熱坩堝頂部以熔化半導(dǎo)體原料；能夠轉(zhuǎn)動和上下移動的，用于把坩堝底支撐在其上的支撐臺；用于冷卻支撐臺的冷卻器。
其中，坩堝設(shè)有弛豫由于半導(dǎo)體固化時的膨脹引起的應(yīng)變的弛豫裝置。
按照本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)多晶半導(dǎo)體自下而上的單向生長，方法是把坩堝放在內(nèi)部保持為惰性環(huán)境的氣密容器內(nèi)，把半導(dǎo)體原料裝入坩堝，而且從頂部加熱坩堝，同時從底部冷卻坩堝。半導(dǎo)體固化時的膨脹所引起的應(yīng)變可以通過坩堝的弛豫裝置得到弛豫。因此可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠，受應(yīng)變的影響不大。
本發(fā)明的第八個方案是，設(shè)備的特征在于，坩堝是雙層結(jié)構(gòu)，作為弛豫裝置。雙層結(jié)構(gòu)包括外坩堝、內(nèi)坩堝以及外坩堝和內(nèi)坩堝之間的間隙。
按照本發(fā)明，由于雙層坩堝的內(nèi)坩堝和外坩堝之間有一間隙，而且內(nèi)坩堝隨著半導(dǎo)體固化時的膨脹而發(fā)生形變，以弛豫膨脹引起的應(yīng)變，所以，可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第九個方案是，設(shè)備的特征在于，內(nèi)坩堝是由一種金屬材料制成，該金屬的熔點(diǎn)高于半導(dǎo)體原料的熔點(diǎn)且與熔化的半導(dǎo)體原料的浸潤性差。
按照本發(fā)明，由于內(nèi)坩堝由熔點(diǎn)高于半導(dǎo)體原料熔點(diǎn)的金屬材料制成，所以它可以裝盛熔化的半導(dǎo)體原料，并且可以自下而上地單向固化半導(dǎo)體原料。此外，由于坩堝材料與熔化的半導(dǎo)體原料的浸潤性差，所以，在半導(dǎo)體原料固化的過程中，在固體和液體之間的界面附近，有可能把熔化的半導(dǎo)體原料向上推。其結(jié)果是，固化時的體積膨脹被吸收，因此可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第十個方案是，設(shè)備的特征在于，內(nèi)坩堝的周圍壁為彎曲形狀。
按照本發(fā)明，即使內(nèi)坩堝內(nèi)的半導(dǎo)體原料在固化時發(fā)生膨脹，由于彎曲形狀的周圍壁容易發(fā)生形變以使應(yīng)變得到弛豫，所以可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第十一個方案是，設(shè)備的特征在于，在坩堝周圍壁里面有可以向外移動的隔壁。
按照本發(fā)明，由于半導(dǎo)體原料在隔壁限定的空間內(nèi)熔化，而且在半導(dǎo)體材料固化時，該隔壁可以向外移動，所以，由于材料膨脹所引起的應(yīng)變可以得到弛豫，因此可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第十二個方案是，設(shè)備的特征在于，在坩堝和隔壁之間有緩沖裝置。
按照本發(fā)明，由于隔壁相對熔化的半導(dǎo)體原料固化時的膨脹的移動量可以用緩沖裝置調(diào)節(jié)，所以可以在不引起應(yīng)力突變的情況下生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。此外，在生長的初始階段有可能把籽晶放置在一個合適的位置。
本發(fā)明的第十三個方案是，設(shè)備的特征在于，緩沖裝置是粒狀的高熔點(diǎn)材料。
按照本發(fā)明，把諸如砂或石英之類的粒狀高熔點(diǎn)材料放在隔壁和坩堝之間作為緩沖裝置，使得即使在高溫條件下，隔壁的移動也可以得到平滑的調(diào)節(jié)，以便使半導(dǎo)體原料在固化時產(chǎn)生的膨脹所引起的應(yīng)變可以得到弛豫，因此可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第十四個方案是，設(shè)備的特征在于，坩堝可分為幾部分，而且坩堝的各部分在坩堝的底部互相連接成梳狀，以便使各部分可沿坩堝的徑向向外滑動。
按照本發(fā)明，當(dāng)半導(dǎo)體原料在熔化后固化時，由于坩堝分成幾部分以吸收半導(dǎo)體的膨脹，因而弛豫半導(dǎo)體的應(yīng)變，所以可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體晶錠。
本發(fā)明的第十五個方案是，設(shè)備的特征在于，坩堝由碳制成。
按照本發(fā)明，由于坩堝是由碳制成的，而且在坩堝底部連接成梳狀的各部分可平滑地滑動，所以半導(dǎo)體原料固化時的膨脹可以得到弛豫。
以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)敘述便于更加清楚地了解本發(fā)明的各種目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的簡化前視剖面圖。
圖2是表示包括圖1的外坩堝和內(nèi)坩堝雙層結(jié)構(gòu)的簡化剖面圖。
圖3是表示產(chǎn)生應(yīng)變方式的簡化剖面圖，在常規(guī)方法中，當(dāng)硅在坩堝1中直接固化時硅體積膨脹是以這種方式產(chǎn)生應(yīng)變的。
圖4是表示按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5是圖4所示的隔壁32的前視圖。
圖6是表示粒狀高熔點(diǎn)材料36作為緩沖裝置裝在圖4所示坩堝31和隔壁32之間的簡化剖面圖。
圖7A和圖7B分別是按照本發(fā)明又一個實(shí)施例的坩堝的前視剖面圖和平面圖。
圖8是表示按照圖1所示實(shí)施例生產(chǎn)多晶硅晶錠的工序流程圖。
圖9是表示一種切割方式的圖，按照圖1所示實(shí)施例生產(chǎn)的硅錠用這種方式切割成16個方塊。
圖10A是表示一種狀態(tài)的簡化的平面圖，如圖9所示切割的16個方塊按這種狀態(tài)規(guī)定序數(shù)，圖10B是表示測量第二個方塊壽命的測量點(diǎn)的透視圖。
下邊參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行敘述。
圖1是表示按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的多晶硅錠生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。坩堝1基本上做成圓筒形或方筒形，并由石英制成。坩堝也可以由諸如石墨、氮化硅或氮化硼的高熔點(diǎn)材料，或者諸如鉭、鉬或鎢的高熔點(diǎn)金屬制成。內(nèi)坩堝2也可以用諸如鉭、鉬或鎢的高熔點(diǎn)金屬制成。內(nèi)坩堝2這樣固定在外坩堝1上，使內(nèi)坩堝2的底在坩堝1的底面上，并且在內(nèi)坩堝的外周圍表面和外坩堝的內(nèi)周表面之間形成一個間隙。除外坩堝1的頂部之外，外坩堝1的外周表面都涂以石墨涂層3。外坩堝1固定在水平支撐臺4上。支撐臺4固定在能在徑向和垂直方向兩個方向移動的底座5上。外坩堝1的底面的溫度用熱電偶6進(jìn)行檢測。
感應(yīng)加熱線圈7放置在坩堝的頂部之上，距坩堝有一定的距離。當(dāng)把高頻電流加到感應(yīng)加熱線圈7中時，石墨或碳纖維制成的加熱件8受到感應(yīng)加熱。加熱件8距坩堝1的頂部有一定的距離。當(dāng)加熱件8被加熱時，坩堝1從其頂部受到輻射加熱。石墨或碳纖維制成的絕熱件9安置在加熱件8的下面和外面。設(shè)置高溫計10使其從內(nèi)坩堝2的上側(cè)面對內(nèi)坩堝里面。加熱件8的控溫?zé)犭娕?1檢測。熱電偶6和控溫?zé)犭娕?1的輸出被輸入到控溫器12中，因而可以控制感應(yīng)加熱線圈7的加熱條件。
底座5可用冷卻液貯槽13供給的冷卻水或類似物進(jìn)行冷卻。也可以采用別的冷卻液。底座5由驅(qū)動裝置14進(jìn)行驅(qū)動，使其可以繞通過坩堝1中心的垂直軸轉(zhuǎn)動，并可在垂直方向上下移動。已裝入的硅半導(dǎo)體材料15可以在內(nèi)坩堝2中自頂部到底部向下熔化，方法是用感應(yīng)加熱線圈7從上邊加熱內(nèi)坩堝2。這時，由于驅(qū)動裝置14驅(qū)動底座5轉(zhuǎn)動，使在內(nèi)坩堝2中的硅半導(dǎo)體材料15得到均勻加熱和熔化。當(dāng)?shù)鬃?受到來自冷卻液貯槽13的冷卻水的冷卻時，在內(nèi)坩堝2中的硅半導(dǎo)體材料15就從其底部開始固化。在底座5受驅(qū)動裝置14的驅(qū)動向下移動并使加熱件8遠(yuǎn)離內(nèi)坩堝2中的硅半導(dǎo)體材料15時，就開始了自坩堝底部到頂部的向上的單向固化。為了防止氧氣或氮?dú)膺M(jìn)入熔化的硅半導(dǎo)體材料15，整個設(shè)備被安裝在氣密容器16中，使其與外界密封，且氣密容器16維持在真空環(huán)境中，或用惰性氣體或同類氣體維持在惰性環(huán)境中。
圖2表示由圖1的外坩堝1和內(nèi)坩堝2組成的雙層結(jié)構(gòu)。作為半導(dǎo)體材料的硅每次裝料約140公斤。生產(chǎn)的晶錠的底面積為55厘米見方。如上所述，外坩堝1由石英制成，內(nèi)坩堝2由鉭那樣的高熔點(diǎn)金屬制成。內(nèi)坩堝最好用高熱阻的和與硅的浸潤性差的材料制成。已經(jīng)證實(shí)，鉬和鎢與鉭有相同的效果。
在外坩堝1和內(nèi)坩堝2之間形成間隙21。在15mm,20mm和25mm之間變化間隙21的尺寸生產(chǎn)硅錠進(jìn)行的初步試驗表明，初始尺寸為15mm和20mm的間隙21在硅錠固化時消失，致使在外坩堝1中產(chǎn)生了應(yīng)變。另外，初始尺寸為30mm的間隙21最后也消失了，但在外坩堝中沒有引起應(yīng)變。這就說明，間隙21的寬度至少應(yīng)為30mm。
圖3表示硅在坩堝1中直接固化時因體積膨脹而引起的應(yīng)變。在用硅的熔液15a直接在常規(guī)坩堝1中固化來生產(chǎn)硅錠15b的情況下，因為硅的體積膨脹受到四周坩堝1的限制，所以在硅錠15b中產(chǎn)生了應(yīng)力，從而使硅的體積膨脹引起了應(yīng)變。相反，如圖2所示，在內(nèi)坩堝2可以和晶錠一起擴(kuò)大的情況下，釋放應(yīng)力從而減小應(yīng)變的影響成為可能。
圖4表示按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例的可滑動式的多晶硅錠的生產(chǎn)設(shè)備?？裳刿釄?1的徑向方向移動的石英隔壁32放置在坩堝31里面。在晶錠固化時，隔壁32可隨晶錠的熱膨脹而移動，因此可使應(yīng)變得到弛豫。在平行六面體坩堝31底部形成的凹槽33可使四個隔壁32互相連接。如圖5所示，每個隔壁32在其側(cè)面都形成一些鉤狀突起物34。通過突起物34連接相鄰隔壁的方法，能夠擴(kuò)大四個隔壁32確定的空間，同時保持空間的平行六面體的形狀。在圖4表示的狀態(tài)中，坩堝1和隔壁32之間的間隙35的寬度為30mm。如圖6所示，間隙35用諸如砂或粒狀石英之類的粒狀高熔點(diǎn)材料36填充到隔壁32高度的一半。這樣，在固化的初始階段，底部的尺寸可以保持不變。
圖7表示按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例的可分割式坩堝41的結(jié)構(gòu)。坩堝41由兩個半坩堝42a和42b組合形成，兩個半坩堝在其底部形成梳狀部分43。圖7A表示組合狀態(tài)下坩堝41的側(cè)視剖面圖，圖7B表示組合狀態(tài)下梳狀部分43。如圖7A所示，用把籽晶45鋪滿整個坩堝41底的方法，可能消除當(dāng)梳狀部分43移動的方向使兩個半坩堝42a,42b互相分開從而使間隙寬度加大時可能發(fā)生的熔化硅的泄漏。除此之外，籽晶45還起重物的作用，所以象碳這種比重比硅小的材料可以用作兩個半個坩堝42a,42b的材料。
按照圖1的實(shí)施例，生產(chǎn)多晶硅錠的標(biāo)準(zhǔn)工序表示在圖8。工藝從工序a0開始，接著是工序a1，在這一工序中把大約140公斤的多晶硅裝入內(nèi)坩堝2中。在該實(shí)施例中，如上所述，內(nèi)坩堝2的底面積為55厘米見方，內(nèi)坩堝2和外坩堝1之間的間隙為30mm。在工序a2中把裝有多晶硅的外坩堝放在支撐臺4上，然后把支撐臺4固定在底座5上，之后進(jìn)行加熱準(zhǔn)備。底座5用冷卻液貯槽13供給的冷卻水進(jìn)行冷卻。
在工序a3中，把頻率約為7kHz的交流電流加到感應(yīng)加熱線圈7中以開始感應(yīng)加熱過程，用于提高加熱件8的溫度。加熱件8的輻射熱把外坩堝1和多晶硅加熱。當(dāng)溫度達(dá)到硅的熔點(diǎn)溫度1420℃時，多晶硅逐漸向下熔化。在該實(shí)施例中，由于加熱裝置裝在外坩堝1的上面，而冷卻裝置裝在坩堝的下面，所以多晶硅逐漸向下熔化。在工序a4中，為了使?fàn)t溫保持不變，應(yīng)該控制加于感應(yīng)加熱線圈7的電功率。在工序a5中，多晶硅的熔點(diǎn)和熱電偶6的溫度變化由高溫計10監(jiān)測，接下去的工序a6是在降低底座5的同時逐漸降低內(nèi)坩堝2的內(nèi)部溫度以便開始固化。高溫計10不僅檢測多晶硅表面的輻射溫度，而且還檢測液相和固相之間發(fā)射率的變化。例如，冷卻速率可以是1℃/h。底座5的下降速度為10mm/h。在固化過程中，為了減小溫度分布的影響，支撐臺以每分鐘一轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動。工序a7根據(jù)加熱振蕩器(heatingoscillator)或同類儀器的輸出來判斷固化是否已經(jīng)完成。一旦固化完成，在a8工序就開始冷卻過程。一旦完成冷卻工序就取出這樣生產(chǎn)的晶錠。整個工藝在工序a9中完成。
圖9表示把晶錠切割成16塊截面為125毫米見方的方式。切割工藝的目的是在四個邊上得到四個等距的余量。圖10A表示去掉切割余量后的16個方塊。假定每個方塊的四個邊為N、W、S、E。圖10B表示確定圖10A的第二方塊壽命的檢測點(diǎn)，該點(diǎn)在S表面上距底邊100mm處。在沒有考慮弛豫膨脹的已有技術(shù)中，壽命值為5-7μs。然而，按照本發(fā)明，方塊的壽命可增至10-15μs。比較圖10A中打陰影的中央幾個方塊，已有技術(shù)和本發(fā)明都可以獲得10-15μs的值。
按照上述諸實(shí)施例，不論采用可滑動式坩堝可分割式坩堝，還是采用雙層結(jié)構(gòu)的坩堝都可獲得相同的效果。本發(fā)明也可以等效地應(yīng)用于硅以外的其它半導(dǎo)體原料。
在不離開其精神實(shí)質(zhì)和根本特征的情況下，本發(fā)明可用其它具體形式來體現(xiàn)。因此，所述幾個實(shí)施例在各方面都應(yīng)被認(rèn)為是帶有例證性而不具有局限性。因此本發(fā)明的范圍不僅包括前面的敘述，而且包括后附權(quán)利要求和一切在權(quán)利要求意義內(nèi)的變化以及與權(quán)利要求相當(dāng)?shù)姆秶?br> 權(quán)利要求
1．生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝，包括以下工序?qū)⒐袒瘯r會發(fā)生膨脹的半導(dǎo)體原料(15)裝入坩堝(1,31,41)內(nèi)；加熱坩堝的頂部，同時冷卻該坩堝的底部，因此可使半導(dǎo)體原料(15)在坩堝(1,31,41)內(nèi)自下而上單向固化；其中所用坩堝(1,31,41)能夠弛豫由于半導(dǎo)體原料(15)固化時產(chǎn)生的膨脹所引起的應(yīng)變。
2．權(quán)利要求1的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝，其中坩堝(1)是雙層結(jié)構(gòu)的坩堝，在內(nèi)坩堝(2)和外坩堝(1)之間留有空間(21)，而且內(nèi)坩堝(2)可以隨著半導(dǎo)體的膨脹而擴(kuò)大，以弛豫半導(dǎo)體中的應(yīng)變。
3．權(quán)利要求1的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝，其中，在坩堝(31)的周圍壁里面設(shè)有隔壁(32)，而且隔壁(32)可以向外移動。
4．權(quán)利要求1的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝，其中，坩堝(41)可以分為多部分(42a,42b)，而且坩堝(41)的各部分(42a,42b)在坩堝的底部互相連接成梳狀，以便坩堝可沿坩堝梳齒的方向向外滑動。
5．權(quán)利要求1至4中任一項的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝，還包括在裝填半導(dǎo)體原料(15)之前把半導(dǎo)體籽晶(45)排列在坩堝(41)底面上的工序，其中，多晶從籽晶(45)處開始生長。
6．權(quán)利要求1至5中任一項的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝，其中，半導(dǎo)體原料(15)是多晶硅。
7．生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，包括能夠使其內(nèi)部保持為惰性環(huán)境的氣密容器(16)；位于氣密容器(16)中的坩堝(1,31,41)，半導(dǎo)體原料(15)裝入坩堝中；加熱坩堝(1,31,41)頂部的加熱裝置(7,8)，它用于熔化半導(dǎo)體原料(15)；把坩堝(1,31,41)的底固定在其上的支撐臺(4)，它能夠轉(zhuǎn)動和上下移動；用于冷卻支撐臺(4)的冷卻裝置(5,13)，其中坩堝(1,31,41)設(shè)有弛豫裝置，用于弛豫半導(dǎo)體在其固化時膨脹引起的應(yīng)變。
8．權(quán)利要求7的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，其中，坩堝(1)是雙層結(jié)構(gòu)，作為弛豫裝置，雙層結(jié)構(gòu)包括內(nèi)坩堝、外坩堝和外坩堝與內(nèi)坩堝之間的間隙(21)。
9．權(quán)利要求8的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，其中，內(nèi)坩堝(2)由熔點(diǎn)比半導(dǎo)體原料(15)的熔點(diǎn)高且與半導(dǎo)體原料(15)之間浸潤性差的金屬材料制成。
10．權(quán)利要求8或9的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，其中，內(nèi)坩堝(2)的周圍壁是彎形的。
11．權(quán)利要求7的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，其中，坩堝(31)在其周圍壁的里面有可以向外移動的隔壁。
12．權(quán)利要求11的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，其中，在坩堝(31)和隔壁(32)之間有緩沖裝置。
13．權(quán)利要求12的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，其中，緩沖裝置是粒狀高熔點(diǎn)材料(36)。
14．權(quán)利要求7的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，其中，坩堝(41)可分為幾部分，而且坩堝(41)的各部分在坩堝的底部互相連接成梳狀，使其可沿坩堝的徑向向外滑動。
15．權(quán)利要求14的生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的設(shè)備，其中，坩堝(41)由碳制成。
全文摘要
一種生產(chǎn)多晶半導(dǎo)體晶錠的工藝和設(shè)備。把半導(dǎo)體原料(15)裝入由外坩堝(1)和內(nèi)坩堝(2)組成的雙層坩堝內(nèi)。坩堝從上面加熱,以便使硅半導(dǎo)體原料熔化。坩堝(1)的底部固定在用冷卻水冷卻的支撐臺(4)上。硅半導(dǎo)體材料(15)在內(nèi)坩堝(2)中熔化,并從其底部開始固化。硅半導(dǎo)體材料(15)在固化時發(fā)生體積膨脹。但是,由于在內(nèi)坩堝(2)和外坩堝(1)之間形成間隙,內(nèi)坩堝(2)隨著半導(dǎo)體材料的向外擴(kuò)展減少了固化時產(chǎn)生的應(yīng)變。因此,改善了多晶半導(dǎo)體晶錠的質(zhì)量。
文檔編號C30B28/06GK1209472SQ9810313
公開日1999年3月3日 申請日期1998年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月23日
發(fā)明者山崎基治, 奧野哲啟 申請人:夏普公司