專利名稱：用于多晶硅沉積的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多晶硅沉積用的系統(tǒng)和方法，尤其是涉及在例如化學氣相沉積(CVD)工藝中具有牽連到多個進給噴嘴的分階段進給操作的多晶硅沉積用的系統(tǒng)和方法。2.相關技術的討論Schweickert等人,在美國專利No. 3，011, 877中，公開了用于電氣用途的高純度半導體材料的生產(chǎn)。 Bischoff,在美國專利No. 3，146, 123中，公開了一種制造純娃的方法。Sandmann等人,在美國專利No. 3, 286, 685中，公開了一種熱解生產(chǎn)純的半導體材料(優(yōu)選硅)的方法和設備。Yatsurugi等人,在美國專利No. 4，147，814中，公開了一種制造具有均勻截面形狀的高純度硅棒的方法。Garavaglia等人,在美國專利No. 4, 309, 241中，公開了半導體的氣簾式連續(xù)化學氣相沉積生產(chǎn)。Rogers等人,在美國專利No. 4, 681, 652中，公開了多晶娃的制造。Nagai等人，在美國專利No. 5，382，419中，公開了用于半導體應用的高純度多晶娃棒的生產(chǎn)。Keck等人，在美國專利No. 5，545，387中，公開了用于半導體應用的高純度多晶硅棒的生產(chǎn)。Chandra等人，在美國專利No. 6，365，225B1中，公開了一種用于大塊多晶硅的化學氣相沉積的冷壁反應器和方法。Chandra等人,在美國專利No. 6，284，312B I中，公開了一種用于多晶娃化學氣相沉積的方法和設備。Tao等人，在美國專利No. 6，590，344B2中，公開了等離子體反應器的選擇性可控的氣體進給區(qū)。Basceri等人，在美國專利No. 6，884，296B2中，公開了具有氣體分配器的反應器以及在微型裝置工件上沉積材料的方法。Sandhu，在美國專利申請公開No. 2005/0189073A1中，公開了一種用于介電材料
的改進沉積的氣體輸送裝置。Huang等人，在美國專利申請公開No. 2005/0241763A1中，公開了一種具有快速氣體切換能力的氣體分配系統(tǒng)。Wan等人，在美國專利申請公開No. 2007/0251455A1中，公開了在CVD反應器中增
強的多晶娃沉積
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個或多個方面涉及一種用于從含有至少一種硅前體化合物的氣體來制造多晶娃的方法。所述方法的一個或多個實施方案可以包括在化學氣相沉積反應室中建立氣體的第一流型(flow pattern),促進所述至少一種前體化合物的至少一部分從具有第一流型的氣體反應成多晶硅，在所述反應室中建立氣體的第二流型，以及促進所述至少一種前體化合物的至少一部分從具有第二流型的氣體反應成多晶硅。在一些情況下，建立第一流型包括通過第一噴嘴組將氣體引入到所述反應室中，第一噴嘴組由例如單個噴嘴構成。在其他情況下，建立第一流型包括通過第一噴嘴組將氣體引入到所述反應室中，并且在所述反應室中建立氣體的第二流型包括通過第二噴嘴組引入氣體。在其他情況下，在所述反應室中建立氣體的第二流型包括中斷通過第一噴嘴組引入氣體。在其他情況下，所述的制造多晶硅的方法還可以包括在所述反應室中建立氣體的第三流型。在其他情況下，在所述反應室中建立氣體的第三流型包括中斷通過第一噴嘴組引入氣體。在其他情況下，在所述反應室中建立氣體的第三流型包括中斷通過第二噴嘴組引入氣體。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，所述的制造多晶硅的方法可以在化學氣相沉積系 統(tǒng)或設備中從含有多晶硅前體化合物的氣體實現(xiàn)。所述方法可以包括通過第一噴嘴組將含有多晶硅前體化合物的氣體的至少一部分引入到化學氣相沉積系統(tǒng)的反應室中，促進所述前體化合物的至少一部分從通過第一噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶硅，通過第二噴嘴組將氣體的至少一部分引入到所述反應室中，以及促進所述前體化合物的至少一部分從通過第二噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶硅。第一噴嘴組可以由單個噴嘴構成。所述方法還可以包括通過第三噴嘴組將氣體的至少一部分引入到所述反應室中；并且在一些情況下，還可以包括促進所述前體化合物的至少一部分從通過第三噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶硅。所述方法還可以包括調(diào)節(jié)通過第一噴嘴組、第二噴嘴組和第三噴嘴組中任一個噴嘴組引入的氣體的流量。所述方法還可以包括中斷通過第二噴嘴組引入的氣體的至少一部分的引入。所述的制造多晶硅的方法還可以包括中斷通過第一噴嘴組引入的氣體的至少一部分的引入。所述方法還可以包括通過第四噴嘴組將氣體的至少一部分引入到所述反應室中；并且在一些情況下，還可以包括促進所述前體化合物的至少一部分從通過第四噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶硅。本發(fā)明的一個或多個方面涉及一種化學氣相沉積系統(tǒng)。所述化學氣相沉積系統(tǒng)可以包括氣體源，所述氣體源包含含有至少一種前體化合物(如三氯硅烷)的氣體；至少部分地由底板和鐘罩限定的反應室；設置在所述底板和所述鐘罩之一中的第一噴嘴組，第一噴嘴組通過第一歧管和第一流量調(diào)節(jié)器與所述氣體源流體連接；第二噴嘴組，第二噴嘴組包括設置在所述底板和所述鐘罩之一中的多個噴嘴，所述多個噴嘴通過第二歧管和第二流量調(diào)節(jié)器與所述氣體源流體連接；和控制器，被構造成調(diào)節(jié)來自所述氣體源的氣體通過第一噴嘴組的流動以及來自所述氣體源的氣體通過第二噴嘴組的流動。所述化學氣相沉積系統(tǒng)還可以包括第三噴嘴組，第三噴嘴組包括設置在所述底板和所述鐘罩之一中的多個噴嘴，第三噴嘴組的多個噴嘴通過第三歧管和第三流量調(diào)節(jié)器與所述氣體源流體連接。在一些情況下，所述控制器還被構造成調(diào)節(jié)來自所述氣體源的氣體通過第三噴嘴組的流動。第一噴嘴組可以由單個噴嘴構成，第二噴嘴組可以由三個噴嘴構成，并且第三噴嘴組可以由六個噴嘴構成。在所述化學氣相沉積系統(tǒng)的一些構造中，第一噴嘴組由單個噴嘴構成并且第二噴嘴組由三個噴嘴構成。


各個附圖不是按比例繪制的。在附圖中，各圖中示出的每個相同或幾乎相同的部件用相同的附圖標記表示。為清楚起見，在每個圖中不是每個部件都被標號。在附圖中圖I是沉積系統(tǒng)的一部分的示意圖，在該系統(tǒng)中可以實施本發(fā)明的一個或多個方面；圖2是氣相沉積系統(tǒng)的一部分的另一個示意圖，在該系統(tǒng)中可以實施本發(fā)明的一個或多個方面；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案如在實施例中所討論的那樣多晶 硅棒在反應室中隨著進給流量增大而模擬生長的圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案如在實施例中所討論的那樣模擬的多晶硅沉積工藝的三個進給階段的圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一個或多個方面涉及在沉積反應室中提供受控制或受調(diào)節(jié)水平的氣體速度的沉積工藝。本發(fā)明的一些方面涉及在反應室中提供最大氣體速度，即使引入到反應室中的進給流的流量增大。本發(fā)明的另一個方面可以提供與沉積反應室中的氣體速度增大相關的對流熱損失減少，即使引入到反應室中的進給流的質(zhì)量流量增大。本發(fā)明的另一個方面可以涉及兩階段工藝，在大量流體中提供充分流動條件以降低或甚至消除從表面到大量流體的任何濃度梯度的同時，具有減少從反應表面的不必要或不希望的熱傳遞或損失的受控水平或條件。本發(fā)明的一個或多個方面涉及一種用于從含有至少一種硅前體化合物的氣體來制造多晶硅的方法。在一些情況下，所述的制造多晶硅的方法可以在化學氣相沉積系統(tǒng)或設備中從含有多晶硅前體化合物的氣體實現(xiàn)。所述方法的一個或多個實施方案可以包括在化學氣相沉積反應室中建立氣體的第一流型，促進所述至少一種前體化合物的至少一部分從具有第一流型的氣體反應成多晶硅，在所述反應室中建立氣體的第二流型，以及促進所述至少一種前體化合物的至少一部分從具有第二流型的氣體反應成多晶硅。所述方法可以包括通過第一噴嘴組將含有多晶硅前體化合物的氣體的至少一部分引入到化學氣相沉積系統(tǒng)的反應室中，促進所述前體化合物的至少一部分從通過第一噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶硅，通過第二噴嘴組將氣體的至少一部分引入到所述反應室中，以及促進所述前體化合物的至少一部分從通過第二噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶硅。本發(fā)明的一個或多個方法可以涉及以下實施方案，其中建立第一流型包括通過第一噴嘴組將氣體引入到所述反應室中，第一噴嘴組由例如單個噴嘴構成。本發(fā)明的一個或多個方法可以涉及以下另一個實施方案，其中建立第一流型包括通過第一噴嘴組將氣體引入到所述反應室中，并且在所述反應室中建立氣體的第二流型包括通過第二噴嘴組引入氣體。在本發(fā)明的另一個實施方案中，在所述反應室中建立氣體的第二流型包括中斷通過第一噴嘴組引入氣體。在本發(fā)明的另一個實施方案中，所述的制造多晶硅的方法還可以包括在反應室中建立氣體的第三流型。在本發(fā)明的另一個實施方案中，在所述反應室中建立氣體的第三流型包括中斷通過第一噴嘴組引入氣體。在其他情況下，在所述反應室中建立氣體的第三流型包括中斷通過第二噴嘴組引入氣體。在根據(jù)本發(fā)明一些實施方案的一些構造中，第一噴嘴組可以由單個噴嘴構成。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述方法還可以包括通過第三噴嘴組將氣體的至少一部分引入到所述反應室中。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述方法還可以包括調(diào)節(jié)通過第一噴嘴組、第二噴嘴組和第三噴嘴組中任一個噴嘴組引入的氣體的流量。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述方法還可以包括中斷通過第二噴嘴組引入的氣體的至少一部分的引入。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述制造多晶硅的方法包括中斷通過第一噴嘴組引入的氣體的至少一部分的引入。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述方法可以包括通過第四噴嘴組將氣體的至少一部分引入到所述反應室中。本發(fā)明的一個或多個方面還可以涉及一種化學氣相沉積系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明一些方面的一個或多個構造中，所述化學氣相沉積系統(tǒng)可以包括氣體源，所述氣體源包含含有至少一種前體化合物的氣體；至少部分地由底板和鐘罩限定的反應室；設置在所述底板和所述鐘罩之一中的第一噴嘴組，第一噴嘴組通過第一歧管和第一流量調(diào)節(jié)器與所述氣體源流體連接；第二噴嘴組，第二噴嘴組包括設置在所述底板和所述鐘罩之一中的多個噴嘴，所 述多個噴嘴通過第二歧管和第二流量調(diào)節(jié)器與所述氣體源流體連接；和控制器，被構造成調(diào)節(jié)來自所述氣體源的氣體通過第一噴嘴組的流動以及來自所述氣體源的氣體通過第二噴嘴組的流動。所述化學氣相沉積系統(tǒng)還可以包括第三噴嘴組，第三噴嘴組包括設置在所述底板和所述鐘罩之一中的多個噴嘴，第三噴嘴組的多個噴嘴通過第三歧管和第三流量調(diào)節(jié)器與所述氣體源流體連接。在一些情況下，所述控制器還被構造成調(diào)節(jié)來自所述氣體源的氣體通過第三噴嘴組的流動。第一噴嘴組可以由單個噴嘴構成或基本上由單個噴嘴構成，第二噴嘴組可以由三個噴嘴構成或基本上由三個噴嘴構成，第三噴嘴組可以由六個噴嘴構成或基本上由六個噴嘴構成。在所述化學氣相沉積系統(tǒng)的一些構造中，第一噴嘴組由單個噴嘴構成或基本上由單個噴嘴構成并且第二噴嘴組由三個噴嘴構成或基本上由三個噴嘴構成。圖I和圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個或多個方面的用于制造或生產(chǎn)諸如多晶硅棒101等半導體材料的化學氣相沉積系統(tǒng)100。沉積系統(tǒng)100通常包括至少部分地由基座結構或底板103以及殼體或鐘罩104所包圍和限定的反應室102。鐘罩104和底板103之間的分界面105被密封成氣密性的。在本發(fā)明一些方面的典型構造中，底板103和鐘罩104具有相應的尺寸并且具有圓形的橫截面，使得該分界面沿著圓周方向部分地限定反應室 102。至少一個但優(yōu)選多個棒101在反應室102中同時生長，其中至少一個棒中的每一個都固定到保持件106上。此外，每個保持件106通常設置在底板103中或固定在其上。通常，細絲被用作初始沉積結構，所需材料在其上生長。一個或多個棒101中的每一個通常被加熱，以促進在其上的一個或多個反應，并促進所需材料從供應到反應室102的一種或多種前體化合物的生長和沉積。例如，棒101中的每一個可以通過利用一個或多個電源130經(jīng)由保持件106供應到其上的加熱電流而被電氣加熱。在沉積工藝過程中使用的特定溫度或溫度范圍可以取決于幾種考慮因素，包括例如所需的或沉積的材料、材料的一種或多種特性、材料的生長速率、從反應室的熱損失或熱傳遞的速率以及在一些情況下在反應室中的氣體的一種或多種特性(如一種或多種前體化合物的類型以及相對量或化學計量量)。例如，在本發(fā)明的牽涉硅沉積的各個生產(chǎn)步驟的任意步驟中可以在約900 1500° C、優(yōu)選約900 1，100° C的溫度下實施。一種或多種前體化合物可以作為氣體的組分通過至少一個噴嘴引入到反應室102中。例如，當將要在化學氣相沉積系統(tǒng)100中生產(chǎn)硅時，一種或多種硅前體化合物可以被引入到反應室102中?？梢杂脕韺嵤┍景l(fā)明一個或多個方面的用于氣相沉積例如多晶硅的前·體化合物的非限制性例子包括諸如SiH4等硅烷(SinH2n+2)、諸如四氯化硅、二氯硅烷和三氯硅烷等氯硅烷以及氫氣。不參與任何沉積反應的惰性化合物或組分也可以引入到反應室中，以促進、改變或調(diào)節(jié)任一個沉積步驟的任何條件。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，如涉及其他材料的氣相沉積的那些方面，相應的鹵代化合物可以被用作一種或多種前體化合物。例如，四氯化鍺可以與在其沉積反應過程中作為載體的氫氣以及還原物種一起使用。本發(fā)明另一個方面可以涉及利用單甲基三氯硅烷，任選地與一種或多種烴類化合物一起，作為碳化硅沉積用的至少一種前體化合物。沉積系統(tǒng)100通常還包括被設置用于將一種或多種前體化合物引入到反應室102中的至少一個噴嘴。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個特定構造，沉積系統(tǒng)100包括第一噴嘴組，其中至少一個噴嘴110至少部分地設置在底板103中。然而，至少一個噴嘴110中的一個或全部噴嘴可以至少部分地設置在鐘罩104中。如示例性地示出的，第一噴嘴組可以由設置在底板103中央的單個噴嘴構成或基本上由其構成。在其中第一噴嘴組具有多個噴嘴的構造中，每個噴嘴優(yōu)選在空間上與相鄰的噴嘴等距離地隔開。在另一些構造中，第一噴嘴組具有多個噴嘴，其中每個噴嘴在空間上與相鄰的噴嘴等距離地隔開，并且在空間上與底板103的中央等距離地隔開。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，沉積系統(tǒng)100通常還包括第二噴嘴組，第二噴嘴組包括至少一個、優(yōu)選多個在空間上隔開的噴嘴112。象第一噴嘴組那樣，第二噴嘴組的噴嘴112中的至少一個和任選的每一個至少部分地設置在底板103中。本發(fā)明的另一個方面可以涉及以下的沉積系統(tǒng)構造，其中第二噴嘴組的噴嘴112中的至少一個至少部分地設置在鐘罩104中。本發(fā)明的另一個方面可以涉及以下的沉積系統(tǒng)構造，其中第二噴嘴組的噴嘴112中的至少一個至少部分地設置在底板103中并且第二噴嘴組的噴嘴112中的至少一個至少部分地設置在鐘罩104中。在其中第二噴嘴組具有多個噴嘴的構造中，每個噴嘴優(yōu)選在空間上與相鄰的噴嘴等距離地隔開。在另一些構造中，第二噴嘴組具有多個噴嘴，其中每個噴嘴在空間上與相鄰的噴嘴等距離地隔開，并且在空間上與底板103的中央等距離地隔開。如示例性地示出的，第二噴嘴組可以由等空間地(equispatially)設置在底板103中的三個噴嘴構成或基本上由其構成。例如，每個噴嘴112可以在與底板103的中央相等的徑向距離處而與相鄰的噴嘴等距離地隔開。在另一個非限制性構造中，第二噴嘴組中的每個噴嘴可以在與相鄰的噴嘴112等空間地隔開的位置處至少部分地設置在鐘罩104中。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，沉積系統(tǒng)100還包括第三噴嘴組，第三噴嘴組包括至少一個、優(yōu)選多個等空間地隔開的噴嘴114。象第一噴嘴組和第二噴嘴組那樣，第三噴嘴組的噴嘴114中的至少一個至少部分地設置在底板103中。本發(fā)明的另一個方面可以涉及以下的沉積系統(tǒng)構造，其中第三噴嘴組的噴嘴114中的至少一個至少部分地設置在鐘罩104中。本發(fā)明的另一個方面可以涉及以下的沉積系統(tǒng)構造，其中第三噴嘴組的噴嘴114中的至少一個至少部分地設置在底板103中并且第三噴嘴組的噴嘴114中的至少一個至少部分地設置在鐘罩104中。在其中第三噴嘴組具有多個噴嘴的構造中，每個噴嘴優(yōu)選在空間上與相鄰的噴嘴等距離地隔開。在另一些構造中，第三噴嘴組具有多個噴嘴，其中每個噴嘴在空間上與相鄰的噴嘴等距離地隔開，并且在空間上與底板103的中央等距離地隔開。如示例性地示出的，第三噴嘴組可以由等空間地設置在底板103中但任選地在與第二噴嘴組限定的不同徑向距離處的六個噴嘴構成或基本上由其構成。在本發(fā)明的一個或多個不同的構造和實施方案中，任一個噴嘴組中的至少一個噴嘴優(yōu)選至少部分地在底板103或鐘罩104內(nèi)，使得一個或多個噴嘴的流體出口端未伸入室102或者未超出底板103或鐘罩104的平面或表面。噴嘴、底板103和鐘罩104中的至少一個但優(yōu)選每一個通常被來自冷卻系統(tǒng)(未示出)的冷卻劑流體冷卻，以防止或至少抑制在沉積操作期間材料在其上沉積和生長。所述冷卻系統(tǒng)通常包括降低冷卻劑的溫度的冷卻器。沉積系統(tǒng)100通常還包括將要被引入到反應室102中的一種或多種前體化合物的·至少一個源120。沉積系統(tǒng)100優(yōu)選對于每個噴嘴分組還包括至少一個歧管，用于調(diào)節(jié)從至少一個源120引入到反應室102中的一種或多種前體化合物。此外，沉積系統(tǒng)100優(yōu)選還包括一個或多個流量控制裝置，其可以調(diào)節(jié)利用所述的至少一個歧管通過至少一個噴嘴中的任一個引入到反應室中的一種或多種前體化合物的流量。例如，沉積系統(tǒng)100可以包括將含有至少一種前體化合物的至少一個源120通過至少一個第一流量調(diào)節(jié)器145與具有至少一個噴嘴110的第一噴嘴組流體連接的第一歧管140。沉積系統(tǒng)100還可以包括將含有至少一種前體化合物的至少一個源120通過至少一個第二流量調(diào)節(jié)器155與具有至少一個噴嘴112的第二噴嘴組流體連接的第二歧管150。沉積系統(tǒng)100還可以包括將具有至少一個噴嘴114的第三噴嘴組通過至少一個第三流量調(diào)節(jié)器165與至少一個源120流體連接的第三歧管160。如圖2中示例性地示出的，沉積系統(tǒng)100的一些構造可以涉及將含有至少一種前體化合物的至少一個源120通過至少一個第四流量調(diào)節(jié)器175與第三噴嘴組的噴嘴114中的至少一個流體連接的第四歧管170。然而，在其他情況下，所述沉積系統(tǒng)可以包括第四噴嘴組，第四噴嘴組包括多個噴嘴，其中多個噴嘴中的至少一個設置在底板和鐘罩的任一個中或者設置在二者中。在這種構造中，所述沉積系統(tǒng)通常還包括將第四噴嘴組的至少一個噴嘴通過至少一個流量調(diào)節(jié)器與含有至少一種前體化合物的至少一個源流體連接的第四歧管。本發(fā)明的其他構造可以涉及在一個或多個噴嘴組中起作用的噴嘴。例如，噴嘴110，示例性地示出定位在底板103的中央，可以牽涉到將含有至少一種前體化合物的氣體引入到反應室102中，作為第一噴嘴組的一部分，并且也作為第二噴嘴組的一部分。在本發(fā)明的涉及兩種或更多種前體化合物的實施方案中，前體化合物的混合物可以通過任一個噴嘴組作為混合物引入到反應室中。在其他變型中，兩種或更多種前體化合物可以通過任一個噴嘴組單獨引入或組合弓IA。在其他變型中，兩種或更多種前體化合物可以與通常作為氣體和作為混合物的組分的一種或多種惰性化合物一起引入到反應室中。在其他情況下，一種或多種惰性氣體可以通過任一個噴嘴組中的一個或多個噴嘴單獨或共冋引入到反應室中。各種噴嘴尺寸可以牽涉到實施本發(fā)明的各個方面。例如，第一噴嘴組可以利用直徑約20mnT約30mm的噴嘴，優(yōu)選的直徑為約20mm。在另一個示例性構造中，第二噴嘴組可以利用直徑約20mnT約40mm的噴嘴，優(yōu)選的直徑為約30mm。在另一個示例性構造中，第三噴嘴組可以利用直徑約20mnT約50mm的噴嘴，優(yōu)選的直徑為約30mm。任一個噴嘴組中的任一個噴嘴的尺寸可以取決于幾個因素，包括但不限于通過噴嘴引入到反應室中的氣體的特性，如氣體密度、溫度、壓力以及體積或質(zhì)量流量。通常，考慮的因素之一涉及到選擇在反應室中提供所需的平均流速的噴嘴尺寸。另一種構造可以涉及到利用在任一個噴嘴組中具有可調(diào)節(jié)的或可變的排出孔的一個噴嘴或多個噴嘴。各種流量調(diào)節(jié)器可以牽涉到實施本發(fā)明的一個或多個方面。流量調(diào)節(jié)器例如可以包括沿著例如從一個或多個源到任一個噴嘴組的任一個流路的一個或多個流動測量元件和一個或多個閥。在本發(fā)明的一些構造中，所述沉積系統(tǒng)還可以包括被構造成調(diào)節(jié)通過任一個流路到任一個噴嘴組的流動的一個或多個控制器。例如，一個或多個控制器(未示出)可以可操作地連接到一個或多個閥或流量調(diào)節(jié)器145，以調(diào)節(jié)第一歧管140中的流動條件，如將要通過第一噴嘴組引入到反應室102中的一種或多種前體化合物的流量。在另一種構造中，一個或多個控制器可以可操作地連接到一個或多個閥或流量調(diào)節(jié)器155，以調(diào)節(jié) 第二歧管150中的流動條件，如將要通過第二噴嘴組引入到反應室102中的一種或多種前體化合物的流量。在另一種構造中，一個或多個控制器可以可操作地連接到一個或多個閥或流量調(diào)節(jié)器165，以調(diào)節(jié)第三歧管160中的流動條件，如將要通過第三噴嘴組引入到反應室102中的一種或多種前體化合物的流量。在另一種構造中，一個或多個控制器可以可操作地連接到一個或多個閥或流量調(diào)節(jié)器175，以調(diào)節(jié)第四歧管170中的流動條件，如將要通過第三或第四噴嘴組引入到反應室102中的一種或多種前體化合物的流量。流動條件可以是含有一種或多種前體化合物的氣體的體積或質(zhì)量流量。在其他構造中，流動條件可以是將要引入到反應室中的至少一種前體化合物的質(zhì)量分數(shù)或體積分數(shù)。所述一個或多個流動測量元件可以包括提供從其流過的氣體的特性或性質(zhì)的值的任何適合裝置。例如，流動測量元件可以利用跨越限制的壓力差，以提供氣體的流量的指
/Jn o控制器可以使用一個或多個計算機系統(tǒng)來實施，其可以是例如通用的計算機或?qū)ｉT的計算機系統(tǒng)?？梢员焕没?qū)嵤┮詫崿F(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)或子系統(tǒng)的一個或多個步驟的控制系統(tǒng)的非限制性例子包括分布式控制系統(tǒng)(如來自Emerson Electric Co.的DELTA V數(shù)字自動化系統(tǒng))和可編程的邏輯控制器(如可從Allen-Bradley或RockwellAutomation, Milwaukee, Wisconsin得到的那些)。通常，控制器采用操縱或利用一個或多個輸入?yún)?shù)以產(chǎn)生一個或多個輸出信號的控制算法。例如，算法可以涉及到利用輸入值(如測得的參數(shù)，例如，由任一個流動測量裝置確定的流量)的控制回路，并將測得的參數(shù)與設定點(其可以手動地定義為預定的參數(shù))作比較以產(chǎn)生輸出信號(其可以驅(qū)動或致動調(diào)節(jié)流量的閥)?？刂破鬟€可以包括可以自動地調(diào)節(jié)沉積系統(tǒng)的一個或多個操作條件的一種或多種重疊算法。例如，控制器還可以包括具有沉積子算法的級聯(lián)算法，沉積子算法作為時間的函數(shù)定義或調(diào)節(jié)氣體引入到反應室中的速率，可以被用于例如產(chǎn)生流動設定點、依賴于時間的流動設定點陣列或者沉積參數(shù)的清單，其中任一個都可以用在流動控制子算法中?？梢杂煽刂破骺刂频钠渌麉?shù)包括例如棒的溫度或者多個棒的溫度設定點。可以由控制器控制的其他條件包括流量調(diào)節(jié)器或含有將要引入到反應室中的一種或多種前體化合物的氣體的進給分段的測序。這些算法中的任一種可以涉及到反饋控制技術，其中這些增益函數(shù)中的任一種可以成比例、微分、積分或組合。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，來自一個或多個源的一種或多種前體化合物，通常作為氣體或與載體流體一起，可以被引入到反應室中，以在其中產(chǎn)生第一流型。根據(jù)一個或多個這樣的方面，含有一種或多種前體化合物的氣體，例如，可以通過包括至少一個噴嘴110的第一噴嘴組被引入到反應室中以產(chǎn)生第一流型。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，來自一個或多個源的一種或多種前體化合物，通常作為氣體或與載體流體一起，可以被引入到反應室中，以在其中產(chǎn)生第二流型。因此，例如，含有一種或多種前體化合物的氣體可以通過包括至少一個噴嘴112的第二噴嘴組被引入到反應室中以產(chǎn)生第二流型，由圖I中的虛線箭頭示例性地示出。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，來自一個或多個源的一種或多種前體化合物，通 常作為氣體或與載體流體一起，可以被引入到反應室中，以在其中產(chǎn)生第三流型。因此，例如，含有一種或多種前體化合物的氣體可以通過包括至少一個噴嘴114的第三噴嘴組被引入到反應室中以產(chǎn)生第三流型。因此，在本發(fā)明的各種沉積操作的任一個操作期間，第一流型可以例如通過利用任一個噴嘴組被建立，包括例如第一、第二、第三和其他噴嘴組的任意組合。例如，本發(fā)明的一些特定實施方案可以涉及通過利用包括噴嘴110以及噴嘴112和114中任一種的一個或多個的噴嘴組來建立流型。在另一個非限制性例子中，被利用以產(chǎn)生流型或?qū)⒑幸环N或多種前體化合物的氣體引入到反應室中的噴嘴組可以包括沿著外周設置在底板103上的噴嘴112和114中的任一種。在另一個非限制性例子中，被利用以產(chǎn)生流型或?qū)⒑幸环N或多種前體化合物的氣體引入到反應室中的噴嘴組可以包括設置在鐘罩104中的噴嘴110、112和114中的任一種。第二流型可以通過例如利用任一個噴嘴組被建立，包括例如第一、第二、第三和其他噴嘴組的任意組合。在另一種變型中，第三流型可以通過例如利用任一個噴嘴組被建立，包括例如第一、第二、第三和其他噴嘴組的任意組合。噴嘴組中的噴嘴的數(shù)量可以不同，并且取決于一種或多種考慮因素，包括例如氣體進入反應室中的流量、反應或沉積的速率、一種或多種前體化合物在氣體中的濃度或相對量、氣體的溫度、棒的溫度以及氣體在反應室中的所需的特性。例如，在可以涉及包括至少一個噴嘴的第一噴嘴組的第一沉積或反應階段中涉及的噴嘴的數(shù)量可以被限制，以在反應室中提供湍流條件或流型，例如，至少5，000至最大約100，000的雷諾數(shù)。同樣地，在可以涉及包括噴嘴110、112和114中任一種的多個的第二噴嘴組的第二沉積或反應階段期間，所用的噴嘴的數(shù)量可以被限制，以在反應室中提供湍流流型，但通常或更優(yōu)選的是，與在第一階段期間引入的流量相比處于更高的總體流量，但是優(yōu)選在反應室中在大致相冋的雷諾數(shù)徂圍內(nèi)。另外，在可以涉及包括嗔嘴110、112和114中任一種的多個的第三噴嘴組的第三沉積或反應階段期間涉及的噴嘴的數(shù)量可以被限制，以在反應室中提供湍流流型，但通?；蚋鼉?yōu)選的是，與在第二階段期間引入的流量相比處于更高的總體流量，但是優(yōu)選在反應室中在大致相同的雷諾數(shù)范圍內(nèi)。同樣地，在本發(fā)明的涉及第四階段的實施方案中，第四噴嘴組可以包括噴嘴110、112和114中的一個或多個，以產(chǎn)生湍流條件，流量大于第三階段，但是優(yōu)選在反應室中在大致相同的雷諾數(shù)范圍內(nèi)。每個階段在反應室中可以具有各自所需范圍的平均氣體速度。例如，第一階段在
反應室中可以具有第一范圍的平均氣體速度；第二階段在反應室中可以具有第二范圍的平
均氣體速度，第三階段在反應室中可以具有第三范圍的平均氣體速度。根據(jù)本發(fā)明的一個
或多個特定實施方案，平均氣體速度可以根據(jù)以下關系式確定 m其中V是平均氣體速度，k是依賴于反應室的幾何參數(shù)的常數(shù)，m是質(zhì)量流量，D是 噴嘴直徑，N是噴嘴的數(shù)量。在其他情況下，每個階段在反應室中可以具有帶有各自所需范圍的雷諾數(shù)的流型。例如，第一階段可以具有帶有在第一雷諾數(shù)范圍中的第一雷諾數(shù)的第一氣體流型；第二階段可以具有在第二雷諾數(shù)范圍中的第二雷諾數(shù)，第三階段可以具有在第三雷諾數(shù)范圍中的第三雷諾數(shù)。因此，本發(fā)明的一些實施方案可以涉及具有第一流型的第一階段，第一流型具有牽連到最大雷諾數(shù)為約5，000 ;約10，000 ;約20，000 ;約30，000 ;約50，000 ;或約100，000的平均氣體速度。其他階段中的每一個都可以具有相同的最大雷諾數(shù)。然而，本發(fā)明的其他實施方案可以涉及最大雷諾數(shù)為約10，000 ;約20，000 ;約30，000,約50，000 ;或約100，000的其他階段。對于任一個或多個階段的所需雷諾數(shù)可以是預定的，以在室中提供充分的湍流，以產(chǎn)生或至少促進主要反應速率受到限制(例如，不是擴散速率受到限制)的傳質(zhì)過程，同時減少或甚至最小化任何對流熱損失。雷諾數(shù)可以利用棒101的一個或多個維度作為特性尺寸來確定。例如，在以下關
系式中特性尺寸可以是流體(例如，氣體)沿著棒101的運行長度L : p VI.Re =-，
[■I其中p是氣體的密度，U是氣體的運動粘度，V是氣體的平均流速。氣體優(yōu)選根據(jù)預定義的或預確定的時間表或配方引入到反應室中。例如，氣體流量或者一種或多種前體化合物的流量或者這兩者的流量可以在通過第一噴嘴組被引入的同時根據(jù)第一預定的時間表來調(diào)節(jié)或控制。氣體流量或者一種或多種前體化合物的流量或者這兩者的流量可以在通過第二噴嘴組被引入的同時根據(jù)第二預定的時間表來調(diào)節(jié)或控制。在本發(fā)明的另一個實施方案中，氣體流量或者一種或多種前體化合物的流量或者這兩者的流量可以在通過第三噴嘴組被引入的同時根據(jù)第三預定的時間表來調(diào)節(jié)或控制。本發(fā)明的這些和其他實施方案的功能和優(yōu)點可以從下面的實施例中進一步理解，實施例示出了本發(fā)明的一個或多個系統(tǒng)和技術的益處和/或優(yōu)點，但不是舉例說明本發(fā)明的全部范圍。實施例本實施例描述了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的多晶硅沉積工藝的模擬。在模擬沉積期間，棒表面溫度為約1，050° (T約990° C。多晶硅棒直徑在約79小時的沉積時間內(nèi)被模擬生長到約133.6mm。氫(H2)、二氯硅烷(H2SiCl2)和三氯硅烷(HSiCl3)被用作多晶硅的沉積模擬的前體化合物。在模擬沉積期間，前體化合物的總質(zhì)量流量為約346kg/hr 約4，110kg/hr。在模擬沉積期間，H2 = H2SiCl2 = HSiCl3的相對摩爾比為約 3. 7:0. I: I。
圖3是示出在模擬沉積期間預測的棒直徑隨著流量增大而變化的圖。模擬的沉積系統(tǒng)被建模為如圖2中示意性地示出的，第一噴嘴組包括設置在底板103中的一個中央噴嘴110，第二噴嘴組具有在底板103中均勻隔開的三個噴嘴112，第三噴嘴組具有在底板103中均勻隔開的六個噴嘴114。圖4是示出涉及三個沉積階段的注入速度和平均氣體速度的圖，第一階段涉及第一噴嘴組(Ohf約2hr)，第二階段涉及第二噴嘴組(約2hf約18hr)，第三階段涉及第三噴嘴組(約18hr)?！?br> 該實施例表明，在幾個階段中利用多個噴嘴可以提供控制水平的平均氣體速度，同時仍然提供了引入到反應室中的增大的質(zhì)量流量，這反過來又降低了與較高的流量相關的潛在的不希望的對流熱損失。盡管上面描述了屬于本發(fā)明的一個或多個方面的一些示例性實施方案，但對于本領域技術人員應該顯而易見的是，前述內(nèi)容僅僅是說明性的，而不是限制性的。許多修改和其他實施方案是在本領域技術人員范圍內(nèi)的，并預計落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，控制器，當用在本發(fā)明的沉積系統(tǒng)的一些構造中時，可以組合一個或多個人-機接口或裝置，以便于監(jiān)視沉積過程的進展。盡管本文呈現(xiàn)的許多實施例涉及方法步驟或系統(tǒng)元件的特定組合，但應當理解的是，這些步驟和這些元件可以按其他方式組合，從而實施本發(fā)明的一個或多個方面或特征。因此，例如，具有不同性質(zhì)的層的棒可以通過利用噴嘴組序列的排列來生成，例如，第一噴嘴組，然后是第二噴嘴組，然后是第一噴嘴組，然后是第三噴嘴組。此外，本文所描述的參數(shù)和構造是示例性的，實際參數(shù)和/或構造將取決于實施本發(fā)明的系統(tǒng)和技術的特定應用。如本文中所使用的，術語“多個”是指兩個或更多個的項目或部件。術語“包括”、“包含”、“帶有”、“具有”、“含有”和“涉及”，不論是在說明書中還是在權利要求書中，均是開放式術語，即，意味著“包括但不限于”。因此，這些術語的使用意味著包括其后列出的項
目及其等同物，還有額外的項目。在權利要求書中，只有過渡短語“由......構成”或“基
本上由......組成”分別是封閉式或半封閉式的過渡短語。在權利要求書中修飾權利要
求的要素的序數(shù)術語如“第一”、“第二”、“第三”等的使用本身并不意味著一個權利要求要素相對于另一個權利要求要素的任何優(yōu)先級、先后次序或順序或者執(zhí)行方法步驟的時間順序，而是僅僅用作標記來使用序數(shù)術語將具有某一名稱的一個要素與具有相同名稱的另一個要素相區(qū)分。
權利要求
1.一種用于從含有至少一種硅前體化合物的氣體來制造多晶硅的方法，所述方法包括 在化學氣相沉積反應室中建立氣體的第一流型； 促進所述至少一種前體化合物的至少一部分從具有第一流型的氣體反應成多晶硅； 在所述反應室中建立氣體的第二流型；以及 促進所述至少一種前體化合物的至少一部分從具有第二流型的氣體反應成多晶硅。
2.如權利要求I所述的方法，其中建立第一流型包括通過第一噴嘴組將氣體引入到所述反應室中。
3.如權利要求2所述的方法，其中第一噴嘴組由單個噴嘴構成。
4.如權利要求I所述的方法，其中建立第一流型包括通過第一噴嘴組將氣體引入到所述反應室中，并且在所述反應室中建立氣體的第二流型包括通過第二噴嘴組引入氣體。
5.如權利要求4所述的方法，其中在所述反應室中建立氣體的第二流型包括中斷通過第一噴嘴組引入氣體。
6.如權利要求4所述的方法，還包括在所述反應室中建立氣體的第三流型。
7.如權利要求6所述的方法，其中在所述反應室中建立氣體的第三流型包括中斷通過第一噴嘴組引入氣體。
8.如權利要求6所述的方法，其中在所述反應室中建立氣體的第三流型包括中斷通過第二噴嘴組引入氣體。
9.一種用于在化學氣相沉積系統(tǒng)中從含有硅前體化合物的氣體來制造多晶硅的方法，所述方法包括 通過第一噴嘴組將含有多晶硅前體化合物的氣體的至少一部分引入到化學氣相沉積系統(tǒng)的反應室中； 促進所述前體化合物的至少一部分從通過第一噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶娃； 通過第二噴嘴組將氣體的至少一部分引入到所述反應室中；以及 促進所述前體化合物的至少一部分從通過第二噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶娃。
10.如權利要求9所述的方法，其中第一噴嘴組由單個噴嘴構成。
11.如權利要求9所述的方法，還包括 通過第三噴嘴組將氣體的至少一部分引入到所述反應室中；以及 促進所述前體化合物的至少一部分從通過第三噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶娃。
12.如權利要求11所述的方法，還包括調(diào)節(jié)通過第一噴嘴組、第二噴嘴組和第三噴嘴組中任一個噴嘴組弓丨入的氣體的流量。
13.如權利要求11所述的方法，還包括中斷通過第一噴嘴組引入的氣體的至少一部分的引入。
14.如權利要求11所述的方法，還包括中斷通過第二噴嘴組引入的氣體的至少一部分的引入。
15.如權利要求11所述的方法，還包括通過第四噴嘴組將氣體的至少一部分引入到所述反應室中；以及 促進所述前體化合物的至少一部分從通過第四噴嘴組引入到所述反應室中的氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成多晶娃。
16.—種化學氣相沉積系統(tǒng),包括 氣體源； 至少部分地由底板和鐘罩限定的反應室； 設置在所述底板和所述鐘罩之一中的第一噴嘴組，第一噴嘴組通過第一歧管和第一流量調(diào)節(jié)器與所述氣體源流體連接； 第二噴嘴組，第二噴嘴組包括設置在所述底板和所述鐘罩之一中的多個噴嘴，所述多個噴嘴通過第二歧管和第二流量調(diào)節(jié)器與所述氣體源流體連接；和 控制器，被構造成調(diào)節(jié)來自所述氣體源的氣體通過第一噴嘴組的流動以及來自所述氣體源的氣體通過第二噴嘴組的流動。
17.如權利要求16所述的化學氣相沉積系統(tǒng)，還包括 第三噴嘴組，第三噴嘴組包括設置在所述底板和所述鐘罩之一中的多個噴嘴，第三噴嘴組的多個噴嘴通過第三歧管和第三流量調(diào)節(jié)器與所述氣體源流體連接，和 其中所述控制器還被構造成調(diào)節(jié)來自所述氣體源的氣體通過第三噴嘴組的流動。
18.如權利要求17所述的化學氣相沉積系統(tǒng)，其中第一噴嘴組由單個噴嘴構成，第二噴嘴組由三個噴嘴構成，并且第三噴嘴組由六個噴嘴構成。
19.如權利要求16所述的化學氣相沉積系統(tǒng)，其中第一噴嘴組由單個噴嘴構成并且第二噴嘴組由三個噴嘴構成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于從含有至少一種硅前體化合物的氣體來制造多晶硅的方法。該方法可以在化學氣相沉積系統(tǒng)中從含有多晶硅前體化合物的氣體實現(xiàn)，包括在化學氣相沉積反應室中建立氣體的第一流型，促進至少一種前體化合物的至少一部分從具有第一流型的氣體反應成多晶硅，在反應室中建立氣體的第二流型，以及促進至少一種前體化合物的至少一部分從具有第二流型的氣體反應成多晶硅。該化學氣相沉積系統(tǒng)可以包括氣體源，氣體源包含含有至少一種前體化合物的氣體；至少部分地由底板和鐘罩限定的反應室；設置在底板和鐘罩之一中的第一噴嘴組，第一噴嘴組通過第一歧管和第一流量調(diào)節(jié)器與氣體源流體連接；第二噴嘴組，第二噴嘴組包括設置在底板和鐘罩之一中的多個噴嘴，多個噴嘴通過第二歧管和第二流量調(diào)節(jié)器與氣體源流體連接。
文檔編號C23C16/24GK102985363SQ201180018050
公開日2013年3月20日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權日2010年3月19日
發(fā)明者秦文軍 申請人:Gtat有限公司