測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法和用於處理高純矽的爐子的製作方法

2023-06-05 01:30:41

專利名稱：測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法和用於處理高純矽的爐子的製作方法
測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法和用於處理
高純矽的爐子
背景技術：
1.發明領域本申請通常涉及測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法，所述高純矽是在所述材料存在下被加熱，且本申請進一步涉及使雜質的量最小化的爐子，來自所述爐子的所述雜質汙染高純矽。2.相關技術描述在本領域中、特別是在其中希望製造高純晶體矽的半導體工業中已知加工高純組合物的方法。高純晶體矽中雜質的量與半導體中高純晶體矽的性能直接相關。因此，不斷希望使高純晶體矽中的雜質含量最小化，而且通常希望使任何高純組合物中的雜質含量最小化。通常採用極端措施來使諸如高純晶體矽的高純組合物中雜質的量最小化，包括在處於與大氣隔離狀態的清潔室中加工高純組合物。此外，工作在清潔室中的人員通常穿戴防護服以防止可由人員引入清潔室的衣服纖維或其它化學品汙染清潔環境。在製造高純晶體矽時，具體地說，通常使用化學氣相沉積(CVD)工藝來從氯矽烷氣體向矽細棒上生長多晶矽，由此形成多晶矽原棒(log)。在CVD工藝之後，對多晶矽原棒進行分區工藝，藉此使多晶矽轉化為單晶矽。如本領域中已知，多晶矽原棒中存在的雜質通過分區工藝除去。或者，多晶矽原棒可用來製造矽細棒，隨後使用矽細棒來通過CVD工藝產生更多多晶矽原棒。為了由多晶矽原棒製造矽細棒，必須切割這些原棒。然而，多晶矽原棒具有脆性且必須使其退火以降低內應力，這使得多晶矽原棒能夠在不斷裂的情況下被有效切割成矽細棒。為了使多晶矽原棒退火，將其放置於爐子中並在足夠溫度下加熱足夠的時間以使其退火。然而，退火對多晶矽原棒貢獻了雜質，這是不適宜的。更具體地講，在退火期間周圍氣氛中存在的諸如粉塵或其它分子的環境雜質會汙染多晶矽原棒。此外，實際用以形成爐子並在退火期間被加熱的材料釋放其中所含的雜質。由用於形成爐子的材料在退火期間釋放的雜質隨後在退火期間被多晶矽原棒吸收。雖然已知雜質在退火期間汙染多晶矽原棒，但是至今很少關注減少在退火期間汙染多晶矽原棒的雜質的量。為理解，通常僅對切割成矽細棒的多晶矽原棒進行退火。因為矽細棒僅佔由其製造的所得多晶矽原棒的總體積的一小部分(通常約0.6體積％)，所以通過使被切割以製造矽細棒的多晶矽原棒退火，多晶矽原棒中雜質的總量受到汙染矽細棒的雜質的最低影響。因而，使多晶矽原棒中雜質的量最小化的努力通常集中在除用以使多晶矽原棒退火的爐子以外的其它雜質來源。然而，在不斷減少諸如高純晶體矽的高純組合物中存在的雜質的量的驅動下，仍然需要減少在包括退火期間的所有加工階段汙染高純組合物的雜質的量並提供由於移動爐子組件的各種部件或由於向爐子中引入高純組合物所必需的移動而產生的粉塵最少化的爐子組件。發明和優勢的概述
根據本發明，測定汙染高純矽的包括雜質在內的汙染材料中雜質的量的方法包括提供所述汙染材料的步驟。將所述高純矽的樣品至少部分地包埋在所述汙染材料中。將至少部分地包埋在汙染材料中的樣品在爐子內加熱。測定在加熱至少部分地包埋在汙染材料中的樣品的步驟之後高純矽的雜質含量與在該加熱步驟之前高純矽的雜質含量相比的變化。任選地，汙染材料的雜質含量和高純矽的雜質含量可根據本發明的方法測定。用於熱處理高純矽的爐子包含外殼。所述外殼限定爐子的加熱室，且所述外殼至少部分地由低汙染物材料形成，所述低汙染物材料在於退火溫度下加熱高純矽歷時足以使高純矽退火的時間期間內對高純矽貢獻小於400ppt的雜質。由於使用低汙染物材料，在至少4個月期間內以每月間隔測量，爐子在於退火溫度下加熱高純矽歷時足以使高純矽退火的時間期間內對高純矽貢獻平均小於400ppt的雜質。用於熱處理高純組合物的本發明的爐子組件包含提供用於接收所述高純組合物的爐膛的底座。所述底座具有外周。底座也具有鄰近外周限定的座面。與底座分開的爐蓋限定空腔。所述爐蓋進一步限定通向空腔的開口。當爐蓋安置於所述底座上時，底座在座面處鄰接爐蓋，由此密封所述空腔並形成加熱室。底座和爐蓋可以分開，以便在插入高純組合物和從加熱室移出高純組合物期間能夠從底座移除爐蓋。本發明的測定汙染高純矽的包括雜質在內的汙染材料中雜質的量的方法以及爐子和爐子組件各自提供的優勢在於各自通過關注退火步驟的各方面而起到減少諸如高純晶體矽組合物的高純組合物中存在的雜質的量的作用。例如，所述方法可用來基於汙染高純矽的所試驗材料中雜質的量而確定對於爐子和爐子組件的各種部件的最佳材料，由此使來自爐子本身的材料的雜質的貢獻最小化。因而，由所述方法進行的測定可用來設計具有至少部分地由低汙染物材料形成的外殼的爐子和爐子組件，即，由所述方法進行的測定可用來辨別低汙染物材料。最後，根據本發明的爐子組件使得由於移動爐子組件的各種部件或由於將高純組合物引入爐子所必需的移動產生的粉塵最少化。通過提供與底座分開的爐蓋，爐蓋可豎直升起和降落到底座上，由此消除了很有可能擾動粉塵和可能位於爐蓋上的其它碎屑的橫向移動。本發明的方法、爐子和爐子組件的組合作用是當在爐子中加熱高純組合物時使汙染高純組合物、特別是高純晶體矽的雜質的量最小化。附圖簡述將容易地理解本發明的其它優勢，在結合附圖考慮時參考以下詳述其將變得更加透徹。

圖1為根據本發明的包括底座和爐蓋的爐子組件的示意性截面側視圖；圖2為圖1的爐子組件的示意性截面前視圖；圖3為根據本發明的包括底座(包含傳送機構)和爐蓋的爐子組件的另一實施方案的示意性截面側視圖；圖4為圖3的爐子組件的示意性截面前視圖；圖5為圖3的爐子組件的底座的另一實施方案的示意性俯視圖；且圖6為根據本發明的包括底座(包含傳送機構)和爐蓋的爐子組件的另一實施方案的示意性部分截面側視圖。發明詳述高純組合物、特別是高純矽的生產包括謹慎控制圍繞生產工藝的環境條件以保證來自周圍氣氛或其它來源(諸如用以生產高純組合物的機器)的雜質對高純組合物貢獻最低量的雜質。以此方式，本發明的測定汙染高純矽的包括雜質在內的汙染材料中雜質的量的方法、用於熱處理高純矽的爐子10和用於處理高純組合物的爐子組件14各自提供對高純組合物的當前生產的獨特改進。雖然本發明測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法和用於熱處理高純矽的爐子10對高純矽的當前生產提供了特定改進，但是爐子組件14 在高純矽生產的特定領域之外具有廣泛的用途且擴展到任何高純組合物。本文中作為詞組使用的「高純組合物」是指在爐子中被加熱的任何組合物且其中通常不希望諸如粉塵的顆粒或從周圍氣氛中的其它分子引入的雜質對該組合物有影響。更詳細地講，高純組合物為具有小於或等於1，000份每百萬份原子(ppma)的雜質含量的組合物。本文中通常作為術語使用的雜質定義為在高純組合物中不希望其存在的元素或化合物。本文中作為短語使用的「高純矽」是指具有小於或等於1，000份每十億份原子(ppba) 的雜質含量的矽。然而，應當理解，在高純矽的分類內，可以基於依次降低的雜質含量對矽進行另外區分。雖然用於表徵矽為高純矽的上述閥值對於仍可表徵為高純矽的矽的雜質含量提供了上限，但是高純矽通常具有比上述閥值明顯低的雜質含量。具體地說，高純矽可具有小於或等於3ppba、或者小於或等於500份每萬億份原子(ppta)的雜質含量。在高純矽的上下文中具體使用的術語雜質選自鋁、砷、硼、磷、鐵、鎳、銅、鉻以及它們的組合。除非另外指出，否則在高純矽的上下文中使用的雜質含量泛指在高純矽中存在的所有雜質的總量。測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法具有許多用途。當確立用於生產高純矽的加工條件和研製機器時，與高純矽直接物理或周圍環境連通的任何材料都有可能對高純矽貢獻雜質，特別是在希望高純矽的雜質含量小於或等於3ppki或者小於或等於 500ppta時。然而，在某些條件下，與高純矽直接物理或周圍環境連通的材料可對高純矽貢獻甚至更大量的雜質。例如，當材料被加熱時，其中存在的許多雜質被釋放，且所釋放的雜質可被高純矽所吸收。因而，在高純矽的存在下受到加熱的任何材料都可對於對高純矽的雜質具有顯著的貢獻作用。已經發現，試驗材料和測定材料的雜質含量不足以確定材料將對高純矽貢獻雜質的程度，原因可能是不同雜質以不同速率從不同材料中選出。此外，不同雜質被以不同速率吸收到高純矽中。然而，測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法致力於解決這個問題。所述方法任選地包括以下步驟測定汙染材料的雜質含量和任選地測定高純矽的雜質含量；然而，應當理解該信息可從諸如產品資料文件的其它來源獲得。測定汙染材料和高純矽的雜質含量的方法在本領域中已知。然而，測定雜質含量的這類方法應該對於檢測處於份每萬億份原子水平下的雜質充分靈敏。這類方法的實例包括電感耦合等離子體(ICP)質譜和光致發光分析。所述方法包括提供汙染材料的步驟。如本文中作為短語使用的「汙染材料」是指將出於測定汙染高純矽的材料中雜質的量的目的而試驗的任何材料。實際上，汙染材料未必一定汙染高純矽。雖然汙染材料包括一定量的雜質，但是汙染材料中存在的雜質的實際量並不與汙染材料對高純矽的雜質貢獻顯著有關。更確切地講，汙染材料在加熱下釋放其中所含的雜質的傾向主要控制汙染材料對高純矽的雜質貢獻。然而，人們可以假定汙染材料中較低量的雜質可與類似汙染材料對高純矽的較低雜質貢獻相關聯。雖然應當理解本發
7明的方法不限於測試任何特定的汙染材料，但是根據所述方法測試的典型汙染材料包括以基於汙染材料的總重量計算至少40重量％的量存在的至少一種陶瓷。可存在於汙染材料中的合適陶瓷的實例可選自氧化鋁、二氧化矽、碳化矽以及它們的組合。雖然應當理解所述至少一種陶瓷通常以基於汙染材料的總重量計算至少40重量％的量存在，但是汙染材料中存在的陶瓷的總量基於汙染材料的總重量計算通常為至少90重量％、更通常為至少99 重量％。將所述高純矽的樣品至少部分地包埋在所述汙染材料中。更具體地講，所述汙染材料可以各種形式提供，諸如但不限於粉末或顆粒(在該情況下，高純矽可埋藏在粉末內或尤其是由此包埋高純矽)、圓柱體(在該情況下，高純矽可放置於圓柱體中，由此包埋高純矽)或汙染材料塊(在該情況下，材料塊可圍繞高純矽或在高純矽之上放置，由此包埋高純矽)。在汙染材料中至少部分地包埋高純矽的目的是至少部分地阻止氣體在高純矽周圍流動。高純矽的樣品通常具有小於或等於500ppta的雜質含量；然而，應當理解，在各種汙染材料的平行試驗中，高純矽的雜質含量不如使用具有一致雜質含量的高純矽樣品重要。通常，至少部分地包埋在各種汙染材料中的高純矽的雜質含量的變動不大於50ppta。隨後將至少部分地包埋在汙染材料中的樣品在爐子內加熱。用以加熱所包埋樣品的爐子的類型不重要，因為汙染材料中的樣品足以防止來自爐子的雜質到達包埋在其中的高純矽。將所包埋的樣品在至少1650° F的溫度下加熱至少200分鐘的時間，這是在足夠高的溫度下足以測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的時間。應當理解，高純矽的實際加熱溫度和加熱時間可以分別比上述的溫度和時間更高或更長，只要所包埋的樣品在各種汙染材料的平行試驗中被加熱一致的溫度和時間即可。測定在加熱至少部分地包埋在汙染材料中的樣品的步驟之後高純矽的雜質含量與在加熱步驟之前高純矽的雜質含量相比的變化。如在測定高純矽的雜質含量的任選步驟的上下文中所述，測定高純矽的雜質含量的方法在本領域中已知，且測定雜質含量的方法應該對檢測處於百億分率原子水平的雜質足夠靈敏。雜質含量通常針對高純矽中存在的個別雜質測定，且不同雜質可通過不同方法測量。例如，通常利用光致發光分析來測定諸如鋁、砷、硼和磷的雜質的雜質含量。此外，通常有用的是測定比其它雜質更成問題的特定雜質的雜質含量。例如，銅是與諸如鋁的其它雜質相比快速擴散到高純矽中的特別成問題的雜質。因此，來自汙染材料的汙染高純矽的銅的量具有特定的重要性，且強烈希望確定對高純矽貢獻最低量的銅的材料並將這類材料用於用以熱處理高純矽的機器。如上所述，測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法具有許多用途。例如，基於汙染高純矽的汙染材料中雜質的測定量，可以選擇低汙染物材料以形成用來熱處理高純矽的爐子10的各種部件。如在本文中作為短語使用的「低汙染物材料」是指如通過測定由如上所述的汙染材料貢獻的雜質的量的方法所測定，在於退火溫度下加熱高純矽歷時足以使高純矽退火的時間期間內對高純矽貢獻小於400ppta雜質的任何物質。典型的退火溫度為至少1650° F，或者1650-2700° F，且典型的退火時間通常為至少200分鐘。出於本發明的目的已經確定的低汙染物材料通常包含選自氧化鋁、二氧化矽、碳化矽以及它們的組合的化合物。例如，適合本發明的目的的低汙染物材料通常包含基於所述低汙染物材料的總重量計算至少40重量％的量的氧化鋁。在一些情況下，低汙染物材料包含基於所述低汙染物材料的總重量計算至少90重量％的量的氧化鋁。除了氧化鋁之外或者代替氧化鋁，低汙染物材料可包含二氧化矽。二氧化矽可以基於低汙染物材料的總重量計算0. 1-60重量％、或者0. 1-10重量％、或者0. 1-1.0重量％的量存在於低汙染物材料中。適合本發明的目的的低汙染物材料的特定實例包括但不限於以如下商品名購得的低汙染物材料{6^10叉、卩八-59仏1 1^)、11111(；(^6%、(0018丁6]^八0 96、CoorsTek AD 995、CoorsTek AD 998、Maftec 、SaffiΓ和 κ-洸。根據本發明的爐子通常以10示於圖1、圖3和圖4中。爐子10包括外殼12，外殼 12限定爐子10的加熱室16。術語「外殼」通常涵蓋共同限定加熱室16的任何部件或部件的組合。為了「限定」加熱室16，部件必須具有與加熱室16直接氣氛連通的表面。通常，外殼12包含限定加熱室16的多個部件，各部件具有與加熱室16氣氛連通的表面。例如，可限定加熱室16的部件之一為用於接收高純矽的爐膛18。如圖6中所示，爐膛18可進一步定義為具有至少兩層的層狀複合結構，其通常具有多於兩層，諸如安置於中間爐膛20上的爐膛蓋22。爐膛蓋22與加熱室16直接氣氛連通，且中間爐膛20通過爐膛蓋22與加熱室 16分開。在該實施方案中，可選擇用以形成爐膛18的各層的材料以賦予爐膛18不同的性質，如下文進一步詳細描述。另外，外殼12包括熱面Μ，其包括限定加熱室16但不接收高純矽的外殼12的部分，即高純矽通常不與熱面M物理接觸。加熱元件沈為限定加熱室16 的部件的另一實例。如圖1、圖2和圖4中所示，加熱元件沈通常鄰近於外殼12的熱面M 延伸到加熱室16中並穿過加熱室16。加熱元件沈通常包括塗層，該塗層包含安置於碳化矽上的低汙染物材料。加熱室16通常具有至少10，OOOcm3、或者至少100，OOOcm3的體積，該體積足以將
多晶矽原棒28容納在加熱室16內。外殼12至少部分地由如上所述的低汙染物材料形成。更具體地講，當外殼12包含限定加熱室16的多個部件時，如上所述部件中的至少一個由低汙染物材料形成。然而，應當理解外殼12的各部件可獨立地由如上所述的低汙染物材料形成。用以形成外殼12的特定部件的特定低汙染物材料通常基於部件在外殼12內的位置和這些部件基於部件的相對位置對高純矽的雜質含量的相對作用來選擇。例如，爐膛18通常由與用以形成熱面M的材料相比對高純矽貢獻較少雜質的低汙染物材料形成，這是由於爐膛18接近於高純矽。當爐膛18為層狀複合結構時，爐膛蓋22通常由低汙染物材料形成，而不與加熱室16直接氣氛連通的中間爐膛20或其它層可由不同於低汙染物材料的材料形成，以提供諸如強度或導熱率的其它物理性質。或者，爐膛18的多於一層可由低汙染物材料形成。例如，在一個實施方案中，爐膛蓋22包含由低汙染物材料形成的陶瓷纖維，且中間爐膛20包含塗覆有低汙染物材料的耐火磚，其中陶瓷纖維安置於被塗覆的耐火磚上。陶瓷纖維的實例為Maf tec , 且塗覆有低汙染物材料的耐火磚的實例為塗覆有CeralOX SPA-59的Korundal )。應當理解，除了本文限定的外殼12之外，爐子10還可包括其它部件，下文稱為外部部件。外部部件可包括不與加熱室16直接氣氛連通的額外層和/或結構，諸如爐子10 的外罩30。可存在外部部件以為爐子10提供強度、導熱率或其它性質。然而，用於形成這類部件的材料通常不是基於材料對高純矽的雜質貢獻來選擇的，這是由於加熱室16通過外殼12與外部部件隔開。處理諸如多晶矽原棒28的高純矽的方法包括在如上所述的爐子10中加熱高純矽。加熱高純矽的步驟可進一步定義為在退火溫度下歷時足以使高純矽退火的時間來使高純矽退火。然而，如上所述，在測定汙染高純矽的包括雜質在內的汙染材料中雜質的量的方法的上下文中，應當理解實際退火溫度和退火時間可以分別比上述溫度和時間更高或更長。總體來講，如在至少4個月期間每月間隔所測量，根據本發明的爐子10貢獻平均小於或等於400ppta的雜質，或者小於或等於300ppta的雜質。就個別雜質而言，如在至少 4個月期間每月間隔所測量，根據本發明的爐子10在於退火溫度下加熱高純矽歷時足以使高純矽退火的時間期間內通常對高純矽貢獻平均小於或等於50ppta的銅、或者小於或等於30ppta、或者小於20ppta的銅。爐子組件通常以14示於圖1-4中。雖然爐子組件14通常包括爐子10，爐子10 包括至少部分地由如上所述的低汙染物材料形成的外殼12，但是應當理解爐子組件14不限於此。具體地說，爐子組件14還可用以加熱除了高純矽以外的高純組合物，且如上所述的低汙染物材料未必一定用以形成爐子組件14的部件。由於爐子組件14的構造和操作方式，爐子組件14提供與使高純組合物中的雜質最少化相關的優勢，且這些優勢不同於可歸因於選擇如上所述用於爐子10的部件的低汙染物材料的優勢。例如，爐子組件14至少使可歸因於粉塵產生的雜質的存在最少化。爐子組件14還提供了優於現有爐子組件的安全優勢，如從下文爐子組件14的描述中顯而易見。如圖2中最佳展示，用於熱處理高純組合物的爐子組件14包含底座32和與底座 32分開的爐蓋34。底座32具有外周36和鄰近於外周36限定的座面38。通常座面38在底座32的外周36周圍是連續的。爐蓋34與底座32分開並限定空腔40和通向空腔40的開口。如圖1、圖3、圖4和圖6中所示，當爐蓋34安置於底座32上時，底座32在座面38 處鄰接爐蓋34，由此密封空腔40並形成加熱室16。如圖6中最佳展示，座面38通常凹進底座32內，且底座32可進一步包含遠離底座32延伸的壁42。壁42可鄰近座面38布置以便使爐蓋；34對準底座32。凹進的座面38與遠離底座32延伸的壁42組合起到幫助在使爐蓋34對準底座32和充分密封空腔40並形成加熱室16的雙重功能。如下文在於爐子組件14中熱處理高純組合物的方法的上下文中進一步詳細描述的，底座32和爐蓋34可以分開以使得在插入高純組合物和從加熱室16移出高純組合物期間能夠從底座32移除爐蓋34。如圖3、圖4和圖6中最佳展示，底座32提供用於接收高純組合物的爐膛18。爐膛18可為如上文在本發明的爐子10的上下文中所述且如圖6中所示的層狀複合結構。參照圖3-6，底座32還可包含能夠移動底座32的傳送機構44。傳送機構44可包括輪子46、 驅動軌道(未圖示)或能夠沿諸如地面的表面移動底座32的任何其它元件。底座32的傳送機構44通常還包含用於推動底座32的發動機48。如圖4中所示，軌道50可安置在用於接收底座32的輪子的地面中。軌道50用以將底座32引導到相對於爐蓋34的適當位置， 使得爐蓋34和底座32可經由豎直相對移動接合。爐子組件14通常包含框架52，該框架包括連接到爐蓋34用於升高和降低爐蓋34 的提升機械M。在一個實施方案中，如圖1-4中所示，提升機械M包含至少一個提升螺杆 56以便響應所述提升螺杆56的轉動來升高和降低爐蓋34。提升機械M通常包括布置在爐蓋34的每個拐角(corning)處的至少一個提升螺杆56。提升螺杆56可使用提升發動機58轉動，所產生的爐蓋34的移動局限於沿豎直軸的移動，即，提升螺杆56阻止爐蓋34的水平移動。然而，應當理解，雖然爐蓋34的水平移動被阻止，但是在一些情況下，爐子組件14 可包括能夠使爐蓋34水平移動的元件，且提升螺杆56未必防止爐蓋34的水平移動。爐蓋 34也可包括用於在移動期間使爐蓋34進一步穩定的導向器60。粉塵產生通過基本限制爐蓋；34的移動為豎直移動來最少化。如上所述，爐子組件14可包括如上所述的爐子10，爐子10包括至少部分地由低汙染物材料形成的外殼12，特別是在爐子組件14適合處理高純矽時。更具體地講，在如上所述的爐子組件14的獨特特徵的上下文中，外殼12包含底座32和爐蓋34。因而，底座32 和爐蓋34中的至少一個可至少部分地由低汙染物材料形成。所述低汙染物材料如上所述且如上定義。正如如上所述的爐子10 —樣，如在至少4個月期間每月間隔所測量，包括至少部分地由低汙染物材料形成的底座32和爐蓋34中的至少一個的爐子組件14通常在於加熱室16中在退火溫度下加熱高純矽歷時足以使高純矽退火的時間期間內對高純矽貢獻平均小於400ppt的雜質。爐子組件14也可包括設計用來使粉塵產生最少化的額外元件。例如，包括油脂和潤滑劑的物質可安置在已知產生粉塵的爐子組件14的部分上以便減少氣載粉塵。另外，可覆蓋暴露的螺杆56 (諸如用於提升爐蓋34的螺杆)。在爐子組件14中熱處理高純組合物的方法包括將高純組合物安置在爐膛18上的步驟。當高純組合物被進一步限定為多晶矽原棒觀時，可將多晶矽原棒觀直接布置在爐膛18上。配置爐蓋34與底座32的相對位置，其中爐蓋34相對於底座32處於升高的位置。 在這方面，爐蓋；34可使用提升機械54 (如圖1和圖2所示)在底座32之上升高，或底座32 可移動到在爐蓋34之下的凹處(未圖示)中。不管以哪種方式發生，底座32都位於爐蓋 34下面。將爐蓋34降低到底座32上以形成限定加熱室16的爐子10，其中高純組合物布置在加熱室16內。一旦爐蓋34處於底座32上的合適位置，則高純組合物在加熱室16內被加熱。當底座32包含傳送機構44時，安置底座32的步驟可包括將底座32移動到在升高的爐蓋34下面的位置。通過在底座32上包括傳送機構44，底座32可在熱處理高純組合物之前在爐蓋34之下移動，且可在熱處理高純組合物之後從爐蓋34之下移出，同時限制爐蓋34沿豎直軸移動。通過限制爐蓋34沿豎直軸移動，在向加熱室16中提供高純組合物方面實現操作改進，同時由於與操作諸如多晶矽原棒觀的高純組合物相關的困難和潛在危害而使安全性最大化。以下實施例用以舉例說明本發明且並不視為以任何方式限制本發明的範圍。 實施例根據本發明的測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法來測試包括雜質的各種汙染材料。更具體地講，將具有小於或等於500ppta的雜質含量的高純矽包埋在各種材料中以測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量。將包埋在汙染材料中的樣品在退火溫度下加熱歷時足以使高純矽退火的時間。基於相對於汙染高純矽的汙染材料中雜質的量進行的測定，確定低汙染物材料並將其用於形成爐子的外殼的各種部件。具體地說，外殼由以下部件和材料形成
權利要求
1.測定汙染高純矽的包括雜質在內的汙染材料中雜質的量的方法，所述方法包括以下步驟任選地，測定所述汙染材料的雜質含量；任選地，測定所述高純矽的雜質含量；提供所述汙染材料；在所述汙染材料中至少部分地包埋所述高純矽的樣品；在爐子內加熱至少部分地包埋在所述汙染材料中的所述樣品；和測定在加熱至少部分地包埋在所述汙染材料中的所述樣品的步驟之後所述高純矽的雜質含量與在所述加熱步驟之前所述高純矽的雜質含量相比的變化。
2.權利要求1的方法，其中所述高純矽進一步定義為具有小於或等於500份每萬億份原子的雜質含量的矽。
3.前述權利要求中任一項的方法，其中至少部分地包埋在所述汙染材料中的所述樣品在至少1650° F的溫度下被加熱至少200分鐘的時間。
4.前述權利要求中任一項的方法，其中所述雜質選自鋁、砷、硼、磷、鐵、鎳、銅、鉻以及它們的組合。
5.前述權利要求中任一項的方法，其中所述汙染材料包含基於所述汙染材料的總重量計算以至少40重量％的量存在的至少一種陶瓷。
6.權利要求5的方法，其中所述至少一種陶瓷選自氧化鋁、二氧化矽、碳化矽以及它們的組合。
7.用於熱處理高純矽的爐子，所述爐子包含外殼，其限定所述爐子的加熱室且至少部分地由低汙染物材料形成，所述低汙染物材料在於退火溫度下加熱所述高純矽歷時足以使所述高純矽退火的時間期間內對所述高純矽貢獻小於400份每萬億份的雜質；其中在至少4個月時間期間內以每月間隔測量，所述爐子在於退火溫度下加熱所述高純矽歷時足以使所述高純矽退火的時間期間內對所述高純矽貢獻平均小於或等於400份每萬億份的雜質。
8.權利要求7的爐子，其中所述退火溫度為至少1650°F且所述退火時間為至少200分鐘。
9.權利要求7或8中任一項的爐子，其中所述低汙染物材料包含選自氧化鋁、二氧化矽、碳化矽以及它們的組合的化合物。
10.權利要求9的爐子，其中所述低汙染物材料包含基於所述低汙染物材料的總重量計算至少40重量％的量的氧化鋁。
11.權利要求10的爐子，其中所述低汙染物材料包含基於所述低汙染物材料的總重量計算至少90重量％的量的氧化鋁。
12.權利要求9的爐子，其中所述低汙染物材料包含二氧化矽。
13.權利要求7-12中任一項的爐子，其中所述外殼包含限定所述加熱室的多個部件， 其中各部件具有與所述加熱室氣氛連通的表面且所述部件中的至少一個由所述低汙染物材料形成。
14.權利要求13的爐子，其中所述部件中的每一個獨立地由低汙染物材料形成。
15.權利要求13或14中任一項的爐子，其中所述部件之一進一步被限定為用於接收所述高純矽的爐膛並由低汙染物材料形成。
16.權利要求15的爐子，其中所述爐膛進一步被限定為具有各自獨立地由低汙染物材料形成的至少兩層的層狀複合結構。
17.權利要求16的爐子，其中所述層之一包含由低汙染物材料形成的陶瓷纖維。
18.權利要求17的爐子，其中所述層中的另一個包含塗覆有低汙染物材料的耐火磚， 其中所述陶瓷纖維安置於所述被塗覆的耐火磚上。
19.權利要求7-18中任一項的爐子，其中所述加熱室具有至少10，OOOcm3的體積。
20.處理高純矽的方法，其包括在權利要求7-19中任一項的爐子中加熱所述高純矽的步驟。
21.權利要求20的方法，其中加熱所述高純矽的所述步驟進一步定義為在至少 1650° F的退火溫度下使多晶矽棒退火至少200分鐘的時間段。
22.權利要求21的方法，其中在所述加熱步驟之後所述多晶矽棒具有小於或等於400 份每萬億份的雜質。
23.用於熱處理高純組合物的爐子組件，所述爐子組件包含提供用於接收所述高純組合物的爐膛的底座，所述底座具有外周和鄰近於所述外周限定的座面；和與所述底座分開並限定空腔的爐蓋，所述爐蓋進一步限定通向所述空腔的開口，當所述爐蓋安置於所述底座上時，所述底座在所述座面處鄰接所述爐蓋，由此密封所述空腔並形成加熱室；其中所述底座和所述爐蓋是可分開的，以使得在插入所述高純組合物和從所述加熱室移除所述高純組合物期間能夠從所述底座移除所述爐蓋。
24.權利要求23的爐子組件，其中所述底座包含能夠移動所述底座的傳送機構。
25.權利要求對的爐子組件，其中所述傳送機構包含用於推動所述底座的發動機。
26.權利要求23-25中任一項的爐子組件，其中所述座面凹進所述底座內。
27.權利要求沈的爐子組件，其中所述底座進一步包含延伸遠離所述底座並鄰近所述座面的壁，以使所述爐蓋對準所述底座。
28.權利要求23-27中任一項的爐子組件，其進一步包含框架，該框架包括連接到所述爐蓋用於升高和降低所述爐蓋的提升機械。
29.權利要求觀的爐子組件，其中所述提升機械進一步定義為至少一個提升螺杆，以便響應所述提升螺杆的轉動而升高和降低所述爐頂。
30.權利要求23-29中任一項的爐子組件，其中所述加熱室具有至少10，OOOcm3的體積。
31.權利要求23-30中任一項的爐子組件，其中所述底座和所述爐蓋中的至少一個至少部分地由低汙染物材料形成，所述低汙染物材料在於退火溫度下加熱所述高純矽歷時足以使所述高純矽退火的時間期間內對所述高純矽貢獻小於400份每萬億份的雜質。
32.權利要求31的爐子組件，其中在至少4個月內的時間內，在於所述加熱室中在至少1650° F的溫度下加熱所述高純矽歷時至少200分鐘的時間對所述高純矽貢獻平均小於 400份每萬億份的雜質。
33.在權利要求23-32中任一項的爐子組件中熱處理高純組合物的方法，所述方法包括以下步驟在爐膛上安置所述高純組合物；配置爐蓋與底座的相對位置，其中所述爐蓋相對於所述底座處於升高的位置； 在所述爐蓋下面安置所述底座；使所述爐蓋下降到所述底座上以形成限定加熱室的爐子，使得所述高純組合物安置在所述加熱室內；和在所述加熱室內加熱所述高純組合物。
34.權利要求33的方法，其中所述底座包含能夠移動所述底座的傳送機構且其中安置所述底座的所述步驟進一步定義為將所述底座移動到在所述升高的爐蓋下面的位置。
35.權利要求33或34中任一項的方法，其中所述爐蓋被限於沿豎直軸移動。
全文摘要
測定汙染高純矽的汙染材料中雜質的量的方法，包括在汙染材料中部分地包埋高純矽的樣品的步驟。將包埋在汙染材料中的樣品在爐子內加熱。測定在加熱步驟之後高純矽的雜質含量與在加熱步驟之前高純矽的雜質含量相比的變化。用於熱處理高純矽的爐子，包含限定加熱室的外殼。所述外殼至少部分地由低汙染物材料形成，所述低汙染物材料在於退火溫度下加熱歷時足以使高純矽退火的時間期間內對高純矽貢獻小於400份每萬億份的雜質，且所述爐子在相同加熱條件下對高純矽貢獻平均小於400份每萬億份的雜質。
文檔編號C30B35/00GK102209685SQ200980144575
公開日2011年10月5日 申請日期2009年9月24日 優先權日2008年9月30日
發明者A·瑞特萊維斯基, D·德彼薩, J·霍斯特, T·霍索德 申請人:赫姆洛克半導體公司