[发明专利]从坩埚中的种晶生长硅铸锭的系统和方法及其中所使用的种晶的制造

说明书

相关申请案的对照参考

本申请案主张2013年8月17日所申请第61/684,331号美国临时专利申请案的优先权。此申请案的全部内容特此含括引用于本文中。

技术领域

本发明涉及从坩埚中的种晶生长硅铸锭的系统和方法、以及其中所使用的种晶的制造方法。

背景技术

如方向性固化系统(DSS)之类的晶体生长设备或熔炉(furnace)含括坩埚中如硅之类原料材料(feedstock material)的熔化和受控制再固化(resolidification)以生产铸锭。固化铸锭自熔融原料的生产在许多可识别步骤中出现数个小时。例如，为了藉由DSS方法生产硅铸锭，固态硅原料载入坩埚内并且置于DSS熔炉的热区内。接着使用热区内的各种加热成分(elements)加热原料进料(feedstock charge)，并且维持熔炉温度远高于1412℃硅熔化温度数小时以确保完全熔化。一旦完全熔化，自熔融原料除热，常藉由在热区内施加温度梯度，以便方向性固化熔化物(melt)并且形成硅铸锭。藉由控制熔化物如何熔化，可实现纯度高于起始原料材料的铸锭，其可接着予以用于各种高阶应用，如半导体和光电产业。

为了使用DSS工艺制备单晶硅铸锭，通常将单一晶体种晶覆瓦(tile)(多颗种晶)置于硅铸锭生产用的坩埚底部层件中。接着将硅原料加载于种晶顶部并由上往下熔化。一旦熔化物触及种晶顶部，工艺即转移到方向性固化阶段。种晶遍及工艺维持至少部分固态并且作用为熔融原料结晶化的模板(template)。亦即，虽然种晶表面可部分熔化，但由于生长(熔化物固化)始于种晶表面，因此，整个最后生长出来的铸锭仍重复种晶的晶体结构。

这些种晶其厚度范围通常由大约5毫米(mm)到35毫米并且包覆坩埚底部的显著区域(significant area)。标准坩埚的大小可相当大，因而需要大量种晶以生长上述硅坩埚。

由于所需种晶的成本通常相当高(例如，每个铸锭大约2,000至10,000美金)，故各单独铸锭的制造成本因而极高。因此，需要降低每个铸锭制造成本并且简化取向程序以较低成本生产较高品质铸锭的生产硅铸锭的系统及方法。

发明内容

本文提供降低整体硅铸锭生产成本的系统及方法。更具体地说，一或多片表面片件可以特殊取向涉及多个节点自硅晶锭薄切一或多片表面片件。这些一或多片表面片件可接着予以形成为具有硅铸锭生长工艺用特定长度、宽度和厚度的一或多颗种晶。藉由利用这些片件以形成一或多颗种晶，以前遭到丢弃的晶锭片件现在可用于形成高品质种晶以供硅铸锭生长工艺使用。

较佳的是，表面片件可为一或多片用于将硅晶锭做成方砖的工艺直接导致的残余片件(residual pieces)。接着可依各种取向在坩埚底部列置这些表面片件。

在本发明的某些示例性具体实施例中，也可藉由多次切割各表面片件修剪(crop)表面片件。接着可将经修剪表面片件薄切成多个种晶并且予以置于坩埚底部。接着可依经配置用以防止或减少经生长铸锭内形成并且扩展(spread)次晶粒边界的特殊取向在坩埚中安置种晶。

下文说明本发明的其它态样及具体实施例。

附图说明

为了更理解本发明的本质及期望目的而配合附图参照底下详细说明，其中，相称的元件符号在许多图示代表相应部分，并且其中：

图1是根据本发明一示例性具体实施例出自晶锭的示例性表面片件的透视图；

图2是根据本发明一示例性具体实施例晶锭方形化后形成的砖体(brick)和残余片件的剖面图；

图3描述根据本发明一示例性具体实施例要安置在晶体生长设备中的种晶用第一示例性种晶取向；

图4A至图4D描述根据本发明一示例性具体实施例要置于晶体生长设备中的种晶用第二示例性种晶取向和修剪技术；

图5A至图5D描述根据本发明一示例性具体实施例要置于晶体生长设备中的种晶用第三示例性种晶取向和修剪技术；

图6A至图6D描述根据本发明一示例性具体实施例要置于晶体生长设备中的种晶用第四示例性种晶取向和修剪技术；

图7A至图7E描述根据本发明一示例性具体实施例可涉及图7E所示种晶取向所使用的又一示例性修剪技术；

图8是根据图7E所示种晶取向予以配向的两颗种晶之间所形成边界和砖面的少数载子寿命扫描；

图9是根据本发明示例性具体实施例种晶制造技术描述晶体生长设备中生长硅铸锭所用方法的流程图；以及