[发明专利]熔化硅的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于熔化硅的方法，本发明还涉及用于熔化硅的系统。

背景技术

硅是各种半导体元件(尤其是微处理器或者太阳能电池)的原材料，对该材料有很高的纯度要求。通常通过化学气相沉积(即，所谓的化学气相沉积工艺，简称CVD工艺)大规模地获得硅。在此通常从硅烷卤化物的化合物(尤其是三氯硅烷)中化学地分离出硅，并且将其沉积在加热后的晶芯的表面上作为纯净的多晶硅。这种方法大体上就是所谓的“西门子法”，其通常是在所谓的“西门子反应器”中完成的(例如参见DE 26 09 564C2或者EP 1 257 684B1)。在此通常采用通过电流流过而加热的薄硅棒作为晶芯；通过沉积多晶硅，这些薄硅棒的直径或者体积得到了增大。这种薄晶芯棒通常呈U形地布置(仍然参见DE 26 09 564C2)。随着硅的沉积，该薄晶芯棒将成长为实体的U形硅棒。图2示意性示出在完成了沉积之后的这种硅棒。通常也可以按照其他几何形状(例如管形)来进行沉积(例如参见EP 1 257 684B1)。

这种借助CVD处理得到的硅通常纯度极高，但是在这种处理过程中得到的原材料由于其形状或者结晶度，在未经其他措施的情况下，不能对其进行进一步加工。另外，视应用目的而定，还必须进行彻底清洁或者一般性处理。因此在这些情况的每一种情况中，都必须首先熔化这些硅原材料。为此，首先使得硅原材料(如所述的呈U形的硅棒或者硅管)变成小块，随后在坩埚内熔化这些硅碎块。一方面，硅是非常脆的；另一方面在实际的实施方式中，硅是比较硬的。因此，通常采用机械力作用来破碎这些硅原料。这通常通过类似于矿山采矿的破碎方式来实现。

由于与相应的破碎装置相接触，因此硅材料中混入了污染物，这些污染物可能会对半导体元件产生不良影响，因此接下来要必须要再次去除这些污染物。因此，在破碎之后，按照化学湿法来表面腐蚀硅原料的碎块，并繁杂地干燥它。另外，由于表面积大幅度地变大，必须将清洁后的碎块大体积地包装起来，从而避免再次引入污染物。

为了避免繁杂的破碎步骤以及后续的清洁步骤，已经尝试了在未经破碎的情况下将硅原料直接放入相应的坩埚内熔化。但是在这里，硅的很高的超过1400摄氏度的熔融温度是十分棘手的。这样，为了熔化大体积的硅棒，必须将坩埚加热至远超硅熔融点的程度，此时在坩埚内部，坩埚壁将受到侵蚀，并且分离出方石英；在硅再次硬化时，方石英将对结晶面产生不良影响，进而对硅的质量产生消极影响。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种方法以及一种系统，通过它们可以在尽量少地引入污染物且不消极影响坩埚壁的情况下熔化硅原料。

本发明的方法将硅块布置在可加热的坩埚内。在此，硅块首先可以被理解为一块硅原料，其原则上可以具有任意几何形状。只要硅原料的尺寸允许，也可以将一整块硅原料(例如完整的U形硅棒)作为硅块布置在坩埚内。在将一个或多个硅块布置在坩埚内时，在坩埚壁和硅块之间、或者在硅块的实体部分之间以及在各个硅块之间都将出现空腔。以硅粒来至少部分地填充这些空腔的至少一部分。在此，硅粒应该被理解为硅颗粒的混合，它们通常可以具有任意的几何形状，当然具有比硅块明显小得多的尺寸，因此可以用它们来至少部分地填充所形成的这些空腔。硅粒尤其可以具有所谓的精细硅碎块(Siliziumfeinbruch)的形式。精细硅碎块应该被理解为精细的硅碎块，例如贝壳状断口的碎块(Muschelausbruchst ück)。然后加热坩埚。

由于按照所述以硅粒至少部分地填充了空腔，因此在坩埚壁和硅块之间存在较好的热传导能力，从而热量可以更好地从坩埚壁传递至硅块。结果是，无需将坩埚加热至远超硅熔融温度的程度、或者仅需要将坩埚加热至超过硅熔融温度较小的程度，就可以将本身很大或者无定形的硅块加热至或者超过硅的熔融温度，而且同时不会损坏坩埚。

硅原料的常见尺寸不允许将一整块硅原料布置在坩埚内。根据本发明的一个实施例，从硅原料截取硅块，并且按照使得所述硅块能够布置在可加热的坩埚内的方式来确定硅块的尺寸。在此，最好如此确定硅块的尺寸，即，按照适当尺寸从硅原料截取硅块。