多晶硅料的篩選及裝填坩堝的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多晶硅料的篩選及裝填坩堝的方法，其特征在于利用振動(dòng)篩對(duì)多晶硅料進(jìn)行多層篩選，按照規(guī)格尺寸將篩選出來(lái)的多晶硅料直接加到石英坩堝中，實(shí)現(xiàn)原位填裝石英坩堝，減少操作時(shí)間，提高工作效率，并能精確控制多晶硅料尺寸范圍，提高坩堝的填充密度，減少晶體生長(zhǎng)中因?yàn)榇嬖跉怏w、針孔對(duì)晶錠質(zhì)量的影響，提高晶錠的質(zhì)量。另外，可避免人工裝料帶來(lái)的污染從而影響晶錠質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】
多晶硅料的篩選及裝填坩堝的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種多晶硅料的篩選及裝填坩禍的方法，具體涉及利用振動(dòng)篩進(jìn)行多晶硅的篩選并直接對(duì)石英坩禍進(jìn)行原位裝填，屬于單晶硅的生長(zhǎng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路用單晶硅片90%以上都是用直拉法(CZ法)制造，CZ法拉制單晶硅主要按以下步驟生產(chǎn):將多晶硅料裝入石英坩禍中，待硅料熔化后將籽晶浸入硅熔體，經(jīng)縮頸、擴(kuò)肩、等徑和收尾，完成晶體的生長(zhǎng)。其中裝料是關(guān)鍵的步驟，裝料量的多少?zèng)Q定晶體的獲得率，裝料的填充情況和潔凈程度直接影響晶體的質(zhì)量。
[0003]現(xiàn)有多晶娃料篩選主要是手工篩選:恪化形成娃恪體的多晶娃通常是用Siemens(西門子)法制備的不規(guī)則形狀的多晶硅塊，企業(yè)生產(chǎn)前將多晶硅料進(jìn)行手工篩選，將篩選出的多晶硅料按尺寸大小分別儲(chǔ)存，待加料;這樣操作工作效率低，容易引入污染，影響晶體品質(zhì)。
[0004]現(xiàn)有多晶硅裝料方法主要有2種:目前常用的方法是在爐外經(jīng)人工預(yù)裝料，再經(jīng)吊車吊入石墨坩禍中，這樣容易在吊的過(guò)程中石英坩禍出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，導(dǎo)致多晶硅料出現(xiàn)傾斜從而導(dǎo)致針孔、氣體容易出現(xiàn)，不利于晶體的生長(zhǎng);另外一種常用的方法是先將石英坩禍置于石墨坩禍中，再通過(guò)人工將多晶硅料慢慢加入到坩禍中，由于每爐料都至少150公斤，裝料需至少2小時(shí)，這樣使得爐體暴露在外的時(shí)間較長(zhǎng)，容易引入污染，而且會(huì)影響熱場(chǎng)的壽命。不管上面哪種方法，都存在以下問(wèn)題:多晶硅裝料時(shí)間長(zhǎng)，效率低;人工裝料易帶入新的雜質(zhì);裝的硅料少，由于硅料形狀不規(guī)則，裝料過(guò)程中浪費(fèi)了很多坩禍空間，每爐產(chǎn)量低，單位質(zhì)量成本高。
[0005]在制造半導(dǎo)體器件的同時(shí)，在晶錠中形成的小孔會(huì)導(dǎo)致更加嚴(yán)重的問(wèn)題。在多晶硅熔化的過(guò)程中，小氣泡殘留在硅熔體中，這是因?yàn)樵谌刍^(guò)程中在多晶硅原料的表面上形成氣泡，在這些氣泡附著在多晶硅的表面上的情況下使多晶硅熔化，這些氣泡在對(duì)流的娃恪體的流中被帶走。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明專利的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種多晶硅料的篩選及裝填坩禍的方法，利用振動(dòng)篩將多晶硅料進(jìn)行多層篩選，將篩選出來(lái)的大塊、小塊和顆粒狀尺寸硅料加到石英坩禍中，實(shí)現(xiàn)原位填裝坩禍，大大減少硅料的篩選時(shí)間和裝料時(shí)間，提高篩料精度和坩禍的填充密度，減少晶體中氣體、針孔等缺陷對(duì)晶體質(zhì)量的影響，同時(shí)避免人工篩料、裝填坩禍等人工引入的污染影響晶體質(zhì)量，從而提高晶體的質(zhì)量，且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制操作。
[0007]具體而言，本發(fā)明的技術(shù)方案主要是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明為解決上述問(wèn)題提供一種多晶硅料的篩選方法及設(shè)備，利用振動(dòng)篩代替人工篩選，該振動(dòng)篩包括支撐架、振動(dòng)篩體、篩網(wǎng)、振動(dòng)電機(jī)、彈簧、傳動(dòng)裝置、入料斗和進(jìn)料口、出料口和波紋管。所述振動(dòng)篩體安裝在支撐架上，所述篩網(wǎng)安裝在振動(dòng)篩體內(nèi)，所述振動(dòng)電機(jī)安裝在支撐架的下端，所述彈簧設(shè)在電動(dòng)機(jī)和支撐架之間，所述入料斗安裝在振動(dòng)篩體的左上端，所述出料口分別設(shè)置在振動(dòng)篩體的左邊和右邊，需要加入到坩禍的硅料出口連接波紋管。
[0008]上述的多晶硅料篩選設(shè)備，所述支架為框架結(jié)構(gòu);所述振動(dòng)篩體表面內(nèi)襯聚氨酯，篩體內(nèi)裝有多層篩網(wǎng);所述篩網(wǎng)為多層篩網(wǎng)，篩網(wǎng)材質(zhì)為聚氨酯，主要采用尼龍66或聚四氟乙烯;所述入料斗和振動(dòng)篩體的表面為內(nèi)襯聚氨酯材質(zhì)。
[0009]上述的多晶硅料篩選設(shè)備，為增加篩網(wǎng)的篩分效果及利用度，使用多層篩網(wǎng)，多層的篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以滿足不同規(guī)格的多晶硅料的篩分。篩孔直徑從上到下逐漸減小，上層振動(dòng)篩體的孔徑大于下層振動(dòng)篩體的孔徑，先將大塊的多晶硅料篩分出來(lái)，篩上物從篩網(wǎng)的左端出口排出進(jìn)行回收，然后漏入到下層篩網(wǎng)的多晶硅料則經(jīng)過(guò)下層篩網(wǎng)再次進(jìn)行篩分，從而可以篩分出更細(xì)的多晶硅塊，通過(guò)該設(shè)備篩分效率高，篩分性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
[0010]與篩網(wǎng)對(duì)應(yīng)設(shè)置的振動(dòng)篩體左端出料口的多晶硅料收集后供利用或再次篩選;右端出料口的多晶硅料經(jīng)滑動(dòng)性能良好的波紋管直接加到石英坩禍中，在波紋管的出口端設(shè)有圓弧形凸出，避免多晶硅料一次性加入到坩禍中導(dǎo)致裝料失控。
[0011]上述的多晶硅料篩選設(shè)備，所述篩孔直徑主要取決于對(duì)篩分產(chǎn)物粒度和對(duì)篩下產(chǎn)品用途的要求，其特征在于使用有彈性的聚氨酯篩孔，五層篩網(wǎng)的篩孔尺寸從上到下逐漸減小，分別為55mm*55mm，45*45mm，25*25mm，15*15mm, 8*8mm;其對(duì)應(yīng)的篩孔厚度從上到下逐漸變薄，厚度分別為220mm，175mm, 100mm，60mm，40mm，篩孔厚度的選擇主要取決于對(duì)應(yīng)篩網(wǎng)上物料的重量，由于第1、2層篩網(wǎng)承重量較大，其厚度較厚，以防篩網(wǎng)容易產(chǎn)生破洞影響篩料效果。篩網(wǎng)厚度與孔徑尺寸的比例基本在3.5-4倍之間。
[0012]上述的多晶硅料篩選設(shè)備工作時(shí)，兩振動(dòng)電機(jī)同步反向旋轉(zhuǎn)使激振器產(chǎn)生反向激振力，迫使篩體帶動(dòng)篩網(wǎng)做水平和縱向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使其上的物料在激振力和物料自重力的合力作用下，在篩面上被拋起跳躍或向前作直線運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)物料進(jìn)行篩選和分級(jí)的目的。
[0013]本發(fā)明還提供一種多晶硅料的裝料方法，其特征在于將振動(dòng)篩篩分出來(lái)的多晶硅料直接經(jīng)波紋管加入到石英坩禍中，實(shí)現(xiàn)原位加料，并按照大塊、小塊和碎料(甚至粉末)的模式對(duì)石英坩禍進(jìn)行裝填，在裝料期間，坩禍保持慢速旋轉(zhuǎn)。這樣的裝料方法可以減少裝料時(shí)間、避免人工操作引入的污染，精確的尺寸控制和多種尺寸混合模式大大地提高坩禍的填充密度，減小原料中針孔、氣體的存在概率，從而降低晶體生長(zhǎng)過(guò)程中缺陷的產(chǎn)生，提高晶體質(zhì)量，間接提尚晶體的利用率。
[0014]上述的多晶硅料的裝料方法，所述的原位加料，其特征在于將石英坩禍中置于石墨坩禍中，利用波紋管，將振動(dòng)篩篩選出來(lái)的料直接加入到石英坩禍中。目前常用的方法是在爐外經(jīng)人工預(yù)裝料，再經(jīng)吊車吊入石墨坩禍中，這樣容易在吊的過(guò)程中石英坩禍出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，導(dǎo)致多晶硅料出現(xiàn)傾斜從而導(dǎo)致針孔、氣體容易出現(xiàn)，不利于晶體的生長(zhǎng);另外一種常用的方法是先將石英坩禍置于石墨坩禍中，再同過(guò)人工將多晶硅料慢慢加入到坩禍中，由于每爐料都100多公斤，裝料需至少2小時(shí)，這樣使得爐體暴露在外的時(shí)間較長(zhǎng)，容易引入污染，而且會(huì)影響熱場(chǎng)的壽命。
[0015]上述的多晶硅料的裝料方法，其特征在于采用大塊、小塊和碎料(甚至粉末)的模式將多晶硅料填滿石英坩禍，所述的大塊尺寸為45-55mm，小塊尺寸為15-25mm，碎料多晶硅料尺寸為8mm以下，大塊尺寸多晶硅料重量占比為熔體總重量的55%-70%，小塊尺寸硅料重量占比為20%-35%，碎料重量占比為5%-15%，重量通過(guò)重量傳感器監(jiān)測(cè)。
[0016]在裝料過(guò)程中，坩禍處于慢速旋轉(zhuǎn)，首先把碎料填滿坩禍底部和周邊，以防塊料破壞坩禍涂層;然后裝大塊的多晶硅塊，在添加大塊的多晶硅料過(guò)程中，根據(jù)物料的填充密度及時(shí)補(bǔ)充小塊物料或碎料，保證裝料無(wú)明顯空隙。之所以選擇大塊尺寸為45-55mm范圍內(nèi)，目前使用的石英坩禍尺寸約600mm，當(dāng)大塊尺寸大于55mm時(shí)，會(huì)因?yàn)槌叽邕^(guò)大，填充密度較差，容易產(chǎn)生氣體和針孔;當(dāng)大塊尺寸小于45mm時(shí)，裝料的塊數(shù)明顯增加，比較占空間，會(huì)降低坩禍總的裝料量，從而影響晶體收得率。之所以選擇小塊尺寸為15-25_范圍和碎料尺寸小于10mm，主要是為了及時(shí)填充大塊間的空隙。
[0017]上述的多晶硅的裝料方法，大塊尺寸(45_55mm)的硅料重量占熔體總量的比重為55%-75%，當(dāng)占比小于55%時(shí)，會(huì)使得小塊料或碎料比重較大，這樣會(huì)由于小塊和碎料的低熱導(dǎo)率，所以需要大量功率來(lái)熔化多晶硅料，由于暴露于這種大熔化功率下而在坩禍中所誘生的熱應(yīng)力可能引起坩禍的變形，并使坩禍的顆粒物疏松和懸浮在熔體中，像機(jī)械應(yīng)力一樣，這些熱應(yīng)力導(dǎo)致零缺陷晶體的生產(chǎn)率和生產(chǎn)能力降低；當(dāng)占比大于75%時(shí)，會(huì)由于一些塊體的邊緣可能擦傷和刮削坩禍壁，導(dǎo)致坩禍損傷和坩禍的顆粒物浮在硅熔體上或懸浮在硅熔體中，這些雜質(zhì)顯著增加了晶體形成位錯(cuò)的可能，并降低了無(wú)位錯(cuò)單晶的生產(chǎn)率和生產(chǎn)能力，并且由于小塊和碎料的填充空隙欠佳，原料填裝中會(huì)出現(xiàn)空隙，使得出現(xiàn)針孔和氣體的情況，導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)過(guò)程中容易產(chǎn)生缺陷。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
1、利用振動(dòng)篩進(jìn)行多晶硅料的篩選，無(wú)需手工篩選，節(jié)省操作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率， 降低生產(chǎn)成本。而且可以避免人工引入的污染影響晶錠質(zhì)量，從而提高晶錠產(chǎn)量。
[0019]2、振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)單，使用效果好，能夠有效的提升振動(dòng)篩分效率，并且提高了篩分精度。
[0020]3、原位填裝石英坩禍的方法可以減少裝料時(shí)間、避免人工操作引入污染。
[0021]4、篩料過(guò)程可以根據(jù)需求對(duì)硅料尺寸進(jìn)行精確篩分，并按照大塊、小塊和碎料的混
合模式進(jìn)行裝料，實(shí)現(xiàn)填充密度最大化，減少氣體、針孔對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明所描述的振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]圖1所示為篩選多晶硅料的振動(dòng)篩，該振動(dòng)篩包括支撐架1、振動(dòng)篩體2、篩網(wǎng)3、振動(dòng)電機(jī)4、彈簧5、入料斗6和進(jìn)料口 7、出料口 8、波紋管9、傳動(dòng)裝置10、卡口 11、石英坩禍12和升降平臺(tái)13。所述振動(dòng)篩體2安裝在支撐架I上，所述篩網(wǎng)3安裝在振動(dòng)篩體2內(nèi)，所述振動(dòng)電機(jī)4安裝在支撐架I的下端，所述彈簧5設(shè)在振動(dòng)電機(jī)4和支撐架I之間，所述入料斗6安裝在振動(dòng)篩體2的左上端，所述出料口 8分別設(shè)置在振動(dòng)篩體的左邊和右邊，需要加入到坩禍的硅料出口連接波紋管9，所述升降平臺(tái)13設(shè)置在減震彈簧5的下端，所述傳動(dòng)裝置安裝在波紋管9的下端。
[0025]啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)，由振動(dòng)電機(jī)給振動(dòng)篩提供動(dòng)力，入料斗裝好的多晶娃料由進(jìn)料口進(jìn)入篩箱，物料經(jīng)過(guò)篩箱漏入到篩網(wǎng)上，然后經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)孔進(jìn)行篩分。55*55mm以下尺寸的經(jīng)過(guò)第一層篩網(wǎng)孔漏入到第二層篩網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)一步篩分，55*55mm以上尺寸的不能通過(guò)篩網(wǎng)孔的物料則會(huì)留在篩網(wǎng)上，然后從左邊的第一出料口進(jìn)行收集;第二層篩網(wǎng)孔徑為45*45mm，小于45*45mm尺寸的通過(guò)第二層篩網(wǎng)孔漏入到第二層篩網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)一步篩分，大于45*45mm尺寸的物料會(huì)留在篩網(wǎng)上，然后從右邊的出料口進(jìn)入波紋管進(jìn)行收集；同以上方法，逐步通過(guò)第三、四、五層篩網(wǎng)完成對(duì)多晶硅料的篩分，獲得所需要的物料尺寸:45-55mm，15_25mm和8mm以下。
[0026]從右邊出料口進(jìn)入波紋管的物料經(jīng)傳動(dòng)作用，從左向右移動(dòng)，在水平方向的最右端設(shè)有卡口，當(dāng)需要加料的時(shí)候拉開(kāi)卡口，通過(guò)控制傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)速率控制加料量，另外在爐體外設(shè)有重量傳感器以監(jiān)控坩禍內(nèi)的加料量。
[0027]按照說(shuō)明書(shū)內(nèi)容對(duì)適應(yīng)坩禍進(jìn)行填充，首先把碎料填滿坩禍底部和周邊，以防塊料破壞坩禍涂層;然后裝大塊的多晶硅塊，在添加大塊的多晶硅料過(guò)程中，根據(jù)物料的填充密度及時(shí)補(bǔ)充小塊物料或碎料，保證裝料無(wú)明顯空隙。
[0028]實(shí)施例1
將采用西門子法獲得的不定型多晶硅料裝入入料斗6，經(jīng)進(jìn)料口 7進(jìn)入振動(dòng)篩體2的篩網(wǎng)3內(nèi)，啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)4對(duì)多晶娃料進(jìn)行自動(dòng)分級(jí)篩選。55*55mm以下尺寸的經(jīng)過(guò)第一層篩網(wǎng)孔漏入到第二層篩網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)一步篩分，55*55mm以上尺寸的不能通過(guò)篩網(wǎng)孔的物料則會(huì)留在篩網(wǎng)上，然后從左邊的第一出料口進(jìn)行收集;第二層篩網(wǎng)孔徑為45*45mm，小于45*45mm尺寸的通過(guò)第二層篩網(wǎng)孔漏入到第二層篩網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)一步篩分，大于45*45mm尺寸的物料會(huì)留在篩網(wǎng)上，然后從右邊的出料口進(jìn)入波紋管進(jìn)行收集；同以上方法，逐步通過(guò)第三、四、五層篩網(wǎng)完成對(duì)多晶硅料的篩分，獲得所需要的物料尺寸:45-55mm，15_25mm和8mm以下。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多晶硅料的篩選及裝填坩禍的方法，包括:利用振動(dòng)篩將多晶硅料進(jìn)行多層篩選，按照規(guī)格尺寸將篩選出來(lái)的多晶硅料直接加到石英坩禍中，實(shí)現(xiàn)原位填裝坩禍，減少操作時(shí)間，提高篩料精度和坩禍的填充密度，減少晶體中氣體、針孔等缺陷對(duì)晶體質(zhì)量的影響，還能避免人工篩料、裝填坩禍等引入的污染，提高晶體的質(zhì)量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅料的篩選，其特征在利用振動(dòng)篩對(duì)多晶硅料進(jìn)行自動(dòng)篩選，所述振動(dòng)篩包括:支撐架、振動(dòng)篩體、多層篩網(wǎng)、振動(dòng)電機(jī)、彈簧、進(jìn)料口和入料斗、出料口和波紋管。3.如權(quán)利要求2所述的振動(dòng)篩，其特征在于包括支撐架、振動(dòng)篩體、篩網(wǎng)為多層，篩網(wǎng)材質(zhì)為聚氨酯，篩體和進(jìn)料斗的材料為內(nèi)襯尼龍，不同的篩孔直徑;所述篩孔直徑主要取決于對(duì)篩分產(chǎn)物粒度和對(duì)篩下產(chǎn)品用途的要求，其特征在于使用有彈性的聚氨酯篩孔，五層篩網(wǎng)的篩孔尺寸從上到下逐漸減小，分別為55mm*55mm，45*45mm，25*25mm，15*15mm, 8*8mm;其對(duì)應(yīng)的篩孔厚度從上到下逐漸變薄，厚度分別為220mm，175mm，100mm，60mm，40mm，篩孔厚度的選擇主要取決于對(duì)應(yīng)篩網(wǎng)上物料的重量，由于第1、2層篩網(wǎng)承重量較大，其厚度較厚，以防篩網(wǎng)容易產(chǎn)生破洞影響篩料效果;篩網(wǎng)厚度與孔徑尺寸的比例基本在3.5-4倍之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝填坩禍的方法，其特征在于將篩分出來(lái)的多晶硅料直接加入到石英坩禍中，按照不同的尺寸進(jìn)行裝填，大塊尺寸為45-55_，小塊尺寸為15-25mm，顆?；蚍勰┒嗑Ч枇铣叽鐬?mm以下，大塊尺寸多晶硅料重量占比為55%-70%，小塊尺寸硅料重量占比為20%-35%，顆?；蚍勰┲亓空急葹?%-15%。5.采用權(quán)利要求1所述的多晶硅料的篩選和裝填坩禍的方法，篩料時(shí)間由之前的人工篩料150kg需I小時(shí)縮短至只需20分鐘多長(zhǎng);裝料時(shí)間由之前的裝料150kg需2小時(shí)縮短至30分鐘。
【文檔編號(hào)】B07B1/28GK105887192SQ201610364027
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】沈思情, 劉浦鋒, 宋洪偉, 陳猛
【申請(qǐng)人】上海超硅半導(dǎo)體有限公司