用于拉晶设备的连续氧化方法技术

公开了一种连续氧化方法及使用该方法的设备。半导体晶体生长期间，将含氧气体在排气烟道中在热区的下游连续注入拉晶设备，以便连续氧化在晶体生长期间在热区产生的次化学计量二氧化硅、硅蒸汽和一氧化硅，以便减少或消除由于暴露于大气造成的设备内迅速过压的可能性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧化拉晶设备中的一氧化硅、硅蒸汽、次化学计量的二氧化硅的方法。更具体说，本专利技术涉及一种连续氧化方法，其中含氧气体连续注入拉晶设备，从而随其产生连续氧化一氧化硅、硅蒸汽和次化学计量的二氧化硅。作为多数制造半导体电子元件工艺的起始材料的单晶硅，一般利用所谓的直拉法制备。该方法中，采用由连续氩气流净化的拉晶设备，其中将多晶硅(polysilicon)装入石英坩埚中，然后熔化多晶硅，在熔化的硅中浸入籽晶，并通过慢速提拉，生长单晶硅碇。在晶体生长过程期间，有大量含硅化合物，例如气态一氧化硅(SiO(气))和硅蒸汽(Si(气))产生，并释放到设备中的气氛中。由于硅熔体造成了坩埚溶解从而产生了氧富集，以及坩埚与石墨基座间的相互作用，从而从熔体中蒸发出SiO(气)。此外，硅熔点时，硅液体上Si(气)的蒸气压约为0.5乇，这可对应于在晶碇生长期间产生中等量的Si(气)。由于SiO(气)极不稳定，容易与坩埚溶解产生的其它SiO(气)分子反应，产生二氧化硅(固体)(SiO2(固))和硅(固体)(Si(固))。然而，由于拉晶设备中可得氧的量有限，所形成的大量SiO2(固)缺少氧或处于次化学计量态。另外，从熔体蒸发的Si(气)会冷凝在热区排气系统部件上，并非常容易与氧反应。拉晶设备中，次化学计量的SiO2(固)与作为副产物产生的冷凝Si(气)的混合物，是拉晶设备中的主要问题，是由于该混合物易于附着，并会附着到拉晶设备和排气系统的许多部件上。在晶碇生长后，设备和排气系统向着大气开放时，并且次化学计量的SiO2(固)与大量氧混合时，会发生不完全闷烧、燃烧，并释放大量热，这些热会对设备的内部部件及排气系统造成严重损害。另外，如果存在大量灰尘形式的次化学计量SiO2(固)，则会发生爆炸和由此导致的拉晶设备压力的迅速过压，会对设备及工人造成严重损害。一般说，由于次化学计量的SiO2(固)与氧反应造成的设备压力迅速过压和部件燃烧的危险，已经通过采用后续氧化步骤得以控制，包括用例如空气等含氧气体，慢速重新填充抽空的拉晶设备，时间长达最长约24小时。空气中的氧慢慢与次化学计量的SiO2(固)反应将其氧化产生含足量氧的SiO2(固)，降低了过压的危险。由于给工艺周期增加了时间，拉晶设备的产率明显下降。此外，由于高达约95％的次化学计量SiO2(固)累积于水冷却的表面上或离热区的几英尺的排气管道上，因此，接近室温时，累积的氧化物的氧化速率远低于期望值，某种程度上，仍然存在对设备和工人的危险。因此，半导体工业需要一种有效的方法，能够在不降低拉晶设备的产率的情况下，基本上消除次化学计量SiO2(固)的危险。因此，本专利技术目的是提供一种减少拉晶设备中次化学计量二氧化硅的量的方法；提供一种提高整个晶碇生长产率的方法；提供一种在当其在拉晶设备产生时，连续氧化次化学计量二氧化硅的方法；提供一种在热区附近引入氧，以氧化次化学计量二氧化硅，同时不损害生长中的晶碇的完美结构的方法；提供一种避免后续氧化步骤的方法。因此，简言之，本专利技术的目的是提供一种通过连续氧化在硅晶碇生产期间产生的含硅化合物，减少拉晶设备中次化学计量二氧化硅量的方法。该方法包括在晶碇生长期间，向设备中，在热区之上连续注入氩气流，使氩气流在设备中向下流过热区，并进入排气烟道(exhausttunnel)，并通过处于设备中排气烟道中相对于氩气流在热区的下游位置的入口，连续注入含氧气体，以便连续氧化晶碇生长期间产生的一氧化硅、硅蒸汽、和次化学计量的二氧化硅。本专利技术再一目的是提供一种通过连续氧化在硅晶碇生产期间产生的含硅化合物，减少拉晶设备中次化学计量的二氧化硅的量的方法。该方法包括在晶碇生长期间，向设备中热区之上，连续注入氩气流，使氩气流在设备中向下流过热区，并进入排气烟道，并通过处于设备中排气烟道中相对于氩气流处于热区的下游位置的入口，连续注入含氧气体，以便在不使大量氧进入热区，损害生长中的晶碇的完美结构的情况下，连续氧化晶碇生长期间产生的一氧化硅、硅蒸汽、和次化学计量的二氧化硅。本专利技术再一目的是提供一种通过连续氧化在硅晶碇生产期间产生的含硅化合物，减少拉晶设备中次化学计量的二氧化硅的量的方法。该方法包括在晶碇生长期间，向设备中热区之上，连续注入氩气流，便氩气流在设备中向下流过热区，并进入排气烟道，并通过处于设备中排气烟道中相对于氩气流从处在热区的下游位置的入口，连续注入含氧气体，以便在不使大量氧进入热区，损害生长中的晶碇的完美结构的情况下，连续氧化晶碇生长期间产生的至少600℃的温度的一氧化硅、硅蒸汽、和次化学计量的二氧化硅。本专利技术再一目的是提供一种连续氧化在晶体生长过程中产生的一氧化硅、硅蒸汽和次化学计量二氧化硅的拉晶设备。所说设备包括外壳，包括坩埚的热区，以及设置于热区之上的气体入口，用于使氩气流进入设备，并流过热区，进入排气烟道，以便冲洗来自热区的高温排出气体。该设备还包括在排气烟道中相对于氩气的流向处在热区的下游的气体入口，用于使含氧气体连续进入拉晶设备，以便氧化在晶碇生长期间在热区中产生的一氧化硅、硅蒸汽、和次化学计量的二氧化硅。本专利技术的其它目的和优点一部分可明显体现出来，一部分在下文中指出。附图说明图1是本专利技术的拉晶设备的示意图。图2是拉晶设备中的排气烟道部分的示意图，展示了管道内气体的运动。各附图中相应的参考符号表示相应的部件。根据本专利技术，已发现，通过入口向拉晶设备的排气烟道引入含氧气体，并使之与在晶碇生长期间从设备的热区中产生的高温排出气体连续混合，在该气体入口下游处的次化学计量SiO2累积物被充分氧化，具有接近SiO2的化学计量，因此，不会在以后与氧发生明显反应。令人吃惊的是，采用充分的氩气流，已表明设置排气烟道中的气体入口接近热区，可以充分氧化不想要的SiO(气)和Si(气)及次化学计量SiO2(固)，但在生长中的晶体或所得切片后的晶片中，不会造成完美结构损失或其它缺陷。现参见图1，该图示出了拉晶设备2，包括外壳3、晶体生长室44、热区4和净化(purge)管50。拉晶设备的热区一般位于晶体生长室之下，可以包含例如基座、加热器、热屏蔽、热反射器和绝缘体等部件。热区区域控制整个生长工艺期间坩埚周围的热流和生长中的晶碇的冷却速率。在热区，由于上述众多化学反应，晶碇生长期间产生了不想要的SiO(气)和Si(气)及次化学计量SiO2(固)。装于设备2中的净化管50引导氩气进入生长室44，围绕生长晶体16。这样的氩气方向有助于更有效地连续清洁和冷却生长晶体。所属领域称装有净化管的设备为“先进的CZ晶体生长设备”。然而，所属领域的技术人员可以认识到，本专利技术也可以利用所属领域一般称作“标准CZ生长”的开口热区，其中不使用净化管。再参见图1，拉晶设备2的热区4装有净化管50、基座6、加热器7，8，9和10、坩埚12、和热屏蔽40和42。所属领域的技术人员可以认识到，热区中也可以采用其它石墨部件，而不会脱离本专利技术的范围。坩埚12中装有被加热器熔化的多晶硅14，用于产生熔融的硅，并从坩埚12中慢慢提拉晶体16。在提拉晶体16时，基座6保持坩埚12就位。晶体生长期间，氩34通过入口36，连续引入拉晶设备2的顶部附近，作为净化气体，并向下流入晶体生长室44，并沿生长中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过连续氧化在由直拉法在拉晶设备中生产硅晶碇期间产生的含硅化合物以减少拉晶设备中次化学计量二氧化硅量的方法，该方法包括：在晶碇生长期间，向设备中热区之上，连续注入氩气流，使氩气流在设备中向下流过热区，并进入排气烟道，并通过处于设备中排气烟道中相对于氩气流的流动方向从热区的下游位置的入口，连续注入含氧气体，以便连续氧化在晶碇生长期间产生的一氧化硅、硅蒸汽、次化学计量的二氧化硅。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JD侯尔德，BK约翰逊，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]