[发明专利]使用低等硅原料制成半导体晶锭的方法和系统

权利要求书

1.一种使用低级硅原料形成硅晶锭的方法，所述硅晶锭包含比所述低级硅原料更高级的硅，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

在一坩埚设备内由低级硅原料形成熔融硅；在坩埚设备内对所述熔融硅进行定向凝固以形成一硅晶锭，所述定向凝固形成一定量的固化硅以及一定量的熔融硅；将坩埚设备内至少一部分一定量的熔融硅去除，保留所述一定量的熔融硅；以及控制所述一定量的固化硅的定向凝固过程以形成一具有比低级硅原料更高级的硅的硅晶锭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括延长所述一定量的固化硅的定向凝固的持续时间，以减少所述硅晶锭的结晶过程中产生的材料应力。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括对所述熔融硅进行预处理的步骤，以提取所述低级硅中的杂质。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述熔融硅进行预处理的步骤进一步包括向所述熔融硅中导入气泡的步骤。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述熔融硅进行预处理的步骤进一步包括使用气体将气泡成核导入所述熔融硅的步骤，所述气体包括氧气、氮气、氢气、水蒸汽、CO₂或者含氯气体中的一种或者多种。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述熔融硅进行预处理的步骤进一步包括向所述熔融硅中传输超声能量或者电磁能量的步骤，以改善所述熔融硅中杂质的提取。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述熔融硅进行预处理的步骤进一步包括将一添加剂与所述熔融硅结合，用于辅助从所述熔融硅中提取杂质。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括一从坩埚设备中去除所述一定量的熔融硅中至少一部分的步骤，该步骤通过将所述一定量的熔融硅经过与所述坩埚设备相连的通道引导流出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述通道包括一用于分隔所述坩埚设备的第一容腔与坩埚设备的第二容腔的较低间隔壁，所述坩埚设备的第一容腔内含一定量的固化硅以及一定量的熔融硅；所述较低间隔墙进一步具有一高度，该高度大约与定向凝固过程中一定量的固化硅与一定量的熔融硅之间预定的分界面高度相当；以及所述较低间隔墙允许至少一部分一定量的熔融硅从第一容腔中流入第二容腔中，从而将一定量的熔融硅与一定量的固化硅分离。

10.根据权利9所述的方法，其特征在于：所述第二容腔环绕第一容腔，且进一步包括一将所述一定量的熔融硅的至少一部分引导流入环绕第一容腔的第二容腔内的步骤。

11.根据权利1所述的方法，其特征在于：所述通道包括一毛毡装置，用于吸收可能已经被一定量的固化硅所浸没的一定量的熔融硅，并进一步包括以下步骤：

将所述毛毡装置浸入所述一定量的熔融硅；

允许所述一定量的熔融硅中至少一部分由所述毛毡装置吸收；以及

将所述包含一定量的熔融硅中被吸收的部分的毛毡装置从所述坩埚设备内移除。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通道包括一排水管道(drainconduit)以及一与之结合的插头装置来控制一定量的熔融硅通过排水管道的流量，进一步还包括可控地安装插头设备的步骤，以控制一定量的熔融硅从坩埚中设备流出的流量，以此将所述一定量的熔融硅中至少一部分与所述一定量的固化硅分离。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通道包括用于所述分隔坩埚的第一容腔和第二容腔的排水管道，以及一用于协助控制一定量的熔融硅通过排水管道的流量的插头装置，并进一步包括可控地安装插头设备的步骤，以控制所述一定量的熔融硅从坩埚第一容腔中流入第二容腔的流量，从而将所述一定量的熔融硅中至少一部分与所述一定量的固化硅分离。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述第二容腔环绕第一容腔，并进一步包括将所述一定量的熔融硅中至少一部分引导流入所述环绕第一容腔的第二容腔内的步骤。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述控制步骤进一步包括将晶锭置于高温环境下以避免应力的步骤，以及将去除步骤以消除所述硅晶锭中的应力相关的结构缺陷，以改进硅晶锭的质量。