結晶材料的真空儲存方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于單晶硅生長的過程中的爐內碳零件的劣化的防止、生長結晶中的碳濃度降低、以及單晶的多晶化比例的改善。再者，系為解決爐開放時，水分會吸附于爐內零件、燒結金屬材料、或半導體結晶原料所致的爐的隨時間變化或結晶的差排等問題。本發(fā)明的技術手段系包含真空抽取步驟，將填充有燒結金屬的原料的模板，或是填充有砷化鎵結晶以及用以進行半導體結晶生長的原料的坩堝的開口，以設有供應管及真空排氣管的蓋子予以閉合，該半導體結晶生長系為單晶硅或多晶硅的半導體結晶生長，且藉由該真空排氣管將該模板或該坩堝的內部真空抽取成為10-4托爾以下的高真空狀態(tài)；以及升溫干燥步驟，藉由該供應管將50℃以上且200℃以下的高溫惰性氣體填充于該模板或該坩堝的內部，使該原料升溫并干燥，其中該原料系儲存于為該蓋子所覆蓋的狀態(tài)的該模板或該坩堝的內部。
【專利說明】結晶材料的真空儲存方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明關于一種結晶材料的真空儲存方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]過去以來，就燒結金屬材料或半導體的砷化鎵結晶、單晶硅或多晶硅的生長時的原料的儲存或是之后的結晶生長方式而言，為采取藉塑料膜包裝而儲存，于使用時開封以投入至處理容器的方式。
[0003]特別是，在結晶的制造工程中，將原料于常溫下裝入石英坩堝，而予以儲存或是予以置于爐中。
[0004]例如，對于得到可長期保存的金屬微粒的干燥體的表面處理方式以及作為干燥體而保存方式，可見于記載于專利文獻I的一方法，其系在吸附有界面活性劑與脂質的金屬微粒的水性分散液中添加凝聚劑，使該金屬微粒凝聚沉淀，藉由對已沉淀的金屬微粒的凝聚體予以真空干燥，而得到該金屬微粒對于水可再分散的干燥物。
[0005]然而，對于用于極高純度的半導體結晶的生長的結晶原料，有必要極度地減少雜質，由于暴露于空氣中時，會有微量的空氣或水分吸附，雖然將這些吸附物于早期階段大致去除，但是仍會影響后續(xù)產品質量改善或是影響爐內零件的壽命的提高。
[0006]前述的習知例子中，例如于專利文獻I中，雖然記載有取得對于水再分散的干燥物的方法，但用于燒結金屬材料或半導體結晶的生長的多晶硅材料的情況時，有著在高純度且被吸附于表面的微量水分將對于其后的結晶生長步驟時造成爐內零件的劣化的問題，此外還有，與水分反應的碳混入于生長結晶的問題。
[0007][習知技術文獻]`
[0008][專利文獻]
[0009][專利文獻I]日本特開2009-127085
【發(fā)明內容】

[0010][發(fā)明所欲解決的問題]
[0011]本發(fā)明的目的在于，在使用例如燒結金屬材料或半導體單晶生長法的CZ法的單晶硅生長的過程中，被稱為熱區(qū)(hot zone)的爐內碳零件的劣化的防止，以及對于生長結晶中的碳濃度降低以及單晶的多晶化比例的改善。再者，系為以解決以下問題為目的:于爐開放時，水分會吸附于爐內零件、燒結金屬材料、或半導體結晶原料，而激烈消耗碳零件所致的爐的隨時間變化，或者，碳混入結晶中而與熔融硅相互反應而生成SiC，因而并入生長中的結晶而造成差排(dislocation)等問題。
[0012][解決問題的技術手段]
[0013]本發(fā)明為達成上述目的，提供一種單晶生長步驟及單晶生長方法，系將吸附于能維持高真空的燒結金屬材料及其模板、或是進行半導體單晶生長的坩堝或填充于坩堝的結晶原料的水分予以干燥并去除，并藉由使殘留吸附物積極地化學反應、無毒化、抽真空，而提高燒結金屬產品的質量并且防止生長中的單晶硅發(fā)生差排，以高良率得到碳濃度低的高質量結晶。
[0014]關于本發(fā)明的一種原料的儲存方法，系包含:真空抽取步驟，將填充有燒結金屬的原料的模板，或是填充有砷化鎵結晶以及用以進行半導體結晶生長的原料的坩堝的開口，以設有供應管及真空排氣管的蓋子予以閉合，該半導體結晶生長系為單晶硅或多晶硅的半導體結晶生長，且藉由該真空排氣管將該模板或該坩堝的內部真空抽取成為10_4托爾以下的高真空狀態(tài)；以及升溫干燥步驟，藉由該供應管將50°c以上且200°C以下的高溫惰性氣體填充于該模板或該坩堝的內部，使該原料升溫并干燥，其中該原料系儲存于為該蓋子所覆蓋的狀態(tài)的該模板或該坩堝的內部。
[0015]燒結金屬材料雖然是與多種金屬粉末混合而在高溫中烘烤固化為零件形狀，但在此種情況中，會因空氣中濕度所含的水分、空氣、或其它的氣體成分的混入而導致質量下降的情況。但是，能夠藉由干燥、脫氣(degassing)而得到高質量的燒結合金產品。并且，同樣于使硅或砷化鎵的結晶生長的VGF法(單向凝固結晶生長法)中，原料的加料步驟中的干燥、脫氣、去除水分對于進一步提升質量是重要的，再者，就單晶的生長，不僅有結晶質量的改善，而且獲得延長爐內零件的壽命的效果。
[0016]即使一時性以真空氛圍去除水分，其后即便短時間與空氣接觸，原料的表面仍會發(fā)生空氣中的水分的再次吸附。但是，使前述模板或前述坩堝的內部的初始真空程度為10_4托爾，前述高溫惰性氣體為50°c以上且200°C以下，以惰性氣體使該結晶原料或燒結金屬材料升溫，則能防止再次吸附，而得到質量高的產品結晶或燒結產品。
[0017]亦可于前述真空抽取步驟中，在作為維持于該高真空狀態(tài)的真空排氣裝置進行真空粗抽取后，使用低溫泵或擴散泵或分子泵進行10_4托爾以下的高真空度的真空抽取。以旋轉泵等的真空 泵予以真空粗抽取后，藉由使用低溫泵或擴散泵或分子泵進行10_4托爾以下的高真空度的真空抽取，因為能于短時間真空抽取為高真空度，而有效于去除殘留氣體以及特別是水分。
[0018]亦可藉由前述高溫惰性氣體對原料予以升溫后，將前述高溫惰性氣體予以排氣，使前述模板或前述坩堝的內部再次成為10_4托爾以下的高真空狀態(tài)后，再填充該高溫惰性氣體。亦即，藉由重復氣體替換與真空抽取來進一步改善氛圍，升溫原料，而能夠減少吸附氣體及水分。
[0019]亦可包含將內含有前述原料且為前述蓋子所覆蓋的狀態(tài)的前述模板往執(zhí)行燒結的場所的移送，或是將內含有前述原料且為被前述蓋子所覆蓋的狀態(tài)的前述坩堝予以往執(zhí)行結晶生長的場所的移送。
[0020]再者，亦可自為該蓋子所覆蓋的狀態(tài)的該模板或該坩堝的外側進行加熱而保溫。即，不僅藉由升溫的氣體而對模板或坩堝之中的原料予以升溫，亦可自模板或坩堝的外側進行升溫，而于短時間使原料升溫。
[0021]亦可于前述高溫惰性氣體中混入單硅烷氣體。
[0022]經升溫后的惰性氣體所稀釋的單硅烷氣體，具有對殘留水分或吸附氣體的排氣效果，相較于在爐的內部的多孔性的爐材中含有水分等而在其后的爐內加熱時才為去除，本發(fā)明為較佳。
[0023]關于本發(fā)明的一種儲存裝置，系將填充有燒結金屬的原料的模板或是填充有砷化鎵結晶及單晶硅或多晶硅的半導體結晶生長的原料的坩堝的開口，以設有供應管及真空排氣管的蓋子予以閉合，藉由前述真空排氣管將前述模板或前述坩堝的內部真空抽取，藉由前述供應管將50°C以上且200°C以下的高溫惰性氣體填充于前述模板或前述坩堝的內部，使前述原料升溫并干燥，儲存于為前述蓋子所覆蓋的狀態(tài)的前述模板或前述坩堝的內部。亦可具有用于將內含有前述原料且為前述蓋子所覆蓋的狀態(tài)的前述模板予以往執(zhí)行燒結的場所的移送的運送機，或是，用于將內含有前述原料且為前述蓋子所覆蓋的狀態(tài)的前述坩堝予以往執(zhí)行結晶生長的場所的移送的運送機。
[0024]針對往燒結爐的移送、或是往結晶生長爐的移送，其系于減壓或是真空狀態(tài)而鑲嵌至吸附有模板或坩堝的蓋子的運送臂裝卸部中，如此而可將運送臂桿移動到下一步驟(燒結步驟或結晶生長步驟)而進行運送。
[0025]供應經升溫后的惰性氣體予密封狀態(tài)的原料時，藉由將0.01%~3%的單硅烷氣體或硅烷氣體混合于惰性氣體而供應至爐內，微量的單硅烷氣體或硅烷氣體藉由下列化學式I或2而于下一步驟被進一步加熱時，使燒結金屬、爐內零件、或硅原料的吸附水分轉換為其它物質，而能夠將水分有效地排出爐外。
[0026]SiH4+2H20=Si02+4H2 — I
[0027]SiClH3+2H20=Si02+HCl+3H2 — 2
[0028]根據本發(fā)明，能夠確實地進行對填充于模板及坩堝的燒結金屬材料、半導體結晶材料的真空干燥，并將前述材料者移送至燒結爐或結晶生長爐。
[0029][發(fā)明的效果]
[0030]根據本發(fā)明，確實地進行對燒結金屬材料、半導體結晶材料的真空干燥，即使升溫后一時暴露于空氣，因正在升溫，故空氣中的水分不會吸附于原料，并且，因為能夠將同樣材料移送至燒結爐或結晶成長 爐，其后的燒結時或結晶生長步驟中，能夠提升真空水平且短時間到達高真空度，并且，為了可以確實地去除作為吸附物質的水分等，而得到高質量的燒結合金，并且為了能夠確實地防止單晶生長時的差排，或者防止多晶化，于能夠提升結晶良率的同時，得以使爐內零件延長壽命。再者，于結晶生長中，謀求雜質含量的減少以及缺陷核的減少。
[0031]為了不帶來殘留爐內的空氣或水分，能夠以其后的加熱步驟來抑制碳氫化合物的生成。由于能夠在送至硅的溶解步驟之前去除容易與硅反應的物質，所以沒有妨礙單晶的生長的硅碳化物、氧化物等的異物的生成，藉此得到能夠改善結晶生長的良率的效果。再者，過去，雖然爐內的碳零件在有水分的情況會有烴化、形狀劣化發(fā)生，但根據本發(fā)明，已能夠防止碳零件的形狀劣化。
[0032]再者，由于能夠減少成長中的結晶中碳的取入量，而可減少于其后的晶圓(wafer)加工的熱處理時所發(fā)生的由碳引起的氧被析出，并同時減少由碳引起的結晶缺陷。
[0033]更者，根據本發(fā)明，進一步由于爐內零件不會劣化，而能夠抑制過去加工條件下的隨時間變化之故，而得到得以實現質量的穩(wěn)定化的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1顯示本發(fā)明中升溫、真空干燥、及運送系統(tǒng)的示意圖。
[0035]圖2顯示本發(fā)明中升溫、真空干燥、及運送系統(tǒng)中所附加的單硅烷氣體的供應與外部加熱裝置的示意圖。
[0036]圖3顯示本發(fā)明中原料儲存后，移送至下一步驟的裝置的操作流程圖。
[0037]符號說明
[0038]1、22儲存系統(tǒng)
[0039]2蓋子
[0040]3模板、坩堝
[0041]4氣體供應閥
[0042]5真空分配器
[0043]6真空計
[0044]7氣體流量調節(jié)器
[0045]8氣體過濾器
[0046]9升溫熱交換器
[0047]10真空排氣閥
[0048]11真空泵
[0049]12排氣閥`
[0050]13真空閥
[0051]14低溫泵
[0052]15、16氬氣閥
[0053]17單硅烷氣體閥
[0054]18配管可拆裝單元
[0055]19外部加熱器
[0056]20運送臂裝卸部
[0057]21氣體洗滌器
【具體實施方式】
[0058]以下基于實施例說明用于實施本發(fā)明的最佳的模式。
[0059][實施例]
[0060]根據圖1至圖3說明本發(fā)明的實施例。
[0061]圖1顯示本發(fā)明的升溫、真空干燥、及運送系統(tǒng)的示意圖。
[0062]圖1中，儲存系統(tǒng)I中，蓋子2覆蓋于模板、坩堝3，打開閥4，經由真空分配器5、真空排氣閥10、及排氣閥12，而以真空泵11對蓋子2所覆蓋的模板、坩堝3的內部予以真空抽取。
[0063]此時，供應惰性氣體側的氬氣閥15為關閉，氣體流量調節(jié)器7、氣體過濾器8、升溫熱交換器9、及與此些相連接的閥4為開啟，氬氣閥15前為止的氣體供應系的管道亦為真空狀態(tài)。再者，模板、坩堝3的內部壓力可以用真空計6進行測量。真空計6配合真空水平為使用派藍尼(Pirani)真空計或電離真空計。低溫泵14的區(qū)域進入真空水平時，則關閉真空閥12、開啟真空閥13而進行真空排氣。
[0064]藉由低溫泵14而獲得高真空后，則關閉真空閥13，使升溫熱交換器9作動并開啟氬氣閥15，以升溫后的氬氣填充于模板、坩堝3的內部。一邊使真空泵11動作，一邊調節(jié)真空排氣閥10、排氣閥12，一邊將溫度降下來的升溫氣體抽出一部分，一邊灌入新的升溫氣體，對模板、坩堝3的內部的原料予以升溫。
[0065]這一系列的操作亦可由PLC (Programmable logic controller,可程控器)或微電腦系統(tǒng)進行自動控制。特別是并列連接數個模板、坩堝3而進行管理的情況中，前述的自動控制更為有效。
[0066]此情況中，藉由溫度傳感器，能夠同時自動監(jiān)測模板、坩堝3內部的溫度，系為便利。(未圖不)
[0067]被原料充填于模板、坩堝3的原料，藉由此種高真空且惰性升溫氣體的方式，于良好的干燥狀態(tài)下被儲存。再者，往爐的移送系藉由搬運機器人或簡單的重型運送機，將模板、坩堝3為蓋子2所覆蓋的上部所裝配的運送臂裝卸部20與運送機構連接而能夠進行移動。
[0068]若圖1的氣體供應線路及真空排氣配管為能自由活動的配管，則能夠在配管為連接狀態(tài)下進行運送。再者，充填于模板、坩堝3內部的原料因有被升溫，即使其后一時暴露于空氣中，水分亦不會吸附于原料表面。
[0069]圖2為本發(fā)明中升溫，真空干燥、及運送系統(tǒng)中所附加的單硅烷氣體的供應與外部加熱裝置的示意圖。藉由外部加熱器19自模板、坩堝3的外側加熱，而可能于短時間暖和熱容量大的模板、坩堝3以及模板、坩堝3之中所充填的原料。
[0070]再者，能夠于氬氣閥15的上游方面予以分支，對純氬氣中微量的單硅烷氣體(SiH4),通過單硅烷 氣體閥17而以氣體流量調節(jié)器7予以調節(jié)流量，由前述的氬氣閥15，通過氣體過濾器8與氣體流量調節(jié)器7，還有升溫熱交換器9，能夠自閥4供應升溫氣體至模板、坩堝3。
[0071]圖式中，藉由在被安裝于蓋子2的氣體供應配管的中段予以安裝配管可拆裝單元18，以及在被安裝于蓋子2的真空排氣的配管亦安裝有配管可拆裝單元18，而使模板、坩堝3藉由蓋子2而以被閉合的內部的各自獨立的真空狀態(tài)或氣體充填狀態(tài)而為分離。此外，配管可拆裝單元18具有停止閥，而為能夠維持減壓或真空狀態(tài)的結構。
[0072]對于蓋子2，因運送臂裝卸部20能夠與搬運機器人或簡單的重型運送機相互接附/脫離，因此如前述，模板或坩堝3藉由蓋子2而為閉合的內部的真空狀態(tài)或減壓狀態(tài)下，而連接于運送機構以進行移動。
[0073]再者，圖2中，于真空排氣用的真空泵11的排氣口安裝有氣體洗滌器21，雖為微量，但基于單硅烷氣體(SiH4)的處理的考慮的安全措施可被實施。
[0074]再者，雖然圖式中使用氬氣作為惰性氣體，但亦可使用同為惰性氣體的氦氣。(未圖示)
[0075]再者，包含升溫熱交換器9的惰性氣體供應系統(tǒng)或是單硅烷氣體(SiH4)的混合供應機構，能夠與其后的燒結步驟或結晶生長步驟共享。如此一來，于真空干燥或儲存的系統(tǒng)與燒結步驟，或是結晶生長步驟，無須各別獨立持有包含有升溫熱交換器9的惰性氣體供應系統(tǒng)或是單硅烷氣體(SiH4)的混合供應機構，系為經濟，且得以實現裝置的簡化。
[0076]圖3顯示本發(fā)明中原料儲存后，移送至下一步驟的裝置的操作流程圖。
[0077]在燒結金屬的制造步驟或是半導體結晶制造步驟的原料、坩堝的準備中，有對模板、坩堝3充填原料的步驟(步驟SI)。此步驟，對于厭惡雜質混入的半導體結晶的制造，系于高清凈度的空氣氛圍中進行工作。例如，無塵室(clean room),以及為了實現被稱為無塵蓬蓋(clean booth)的簡易無塵領域而設置有覆蓋上部的無塵過濾器，通過送風機將清凈度高的空氣送入覆蓋的內部的機制中進行工作。藉此，使充填中的原料不會有塵埃附著。
[0078]此充填原料于模板、坩堝3的動作系為原料嵌入步驟(步驟S2)。燒結金屬的情況中，為粉末狀的原料，將混合各種金屬粉末的粉體自容器轉移到模板，并填滿模板，對于使半導體結晶生長，系用手工，裝備干凈手套于手，進行不會污染到塊狀的原料的充填工作。
[0079]其后，將蓋子2覆蓋于被充填原料的模板、坩堝3，予以密封，而對模板、坩堝3內部進行真空粗抽取(步驟S3)。
[0080]真空粗抽取是由旋轉式的真空泵或是進一步使加速真空的增壓泵與旋轉式的真空泵串聯動作而進行真空抽取。
[0081]進行真空粗抽取后，則進行高真空抽取(步驟S4)。
[0082]高真空抽取系使用低溫泵或擴散泵，在為蓋子2所覆蓋而密封的情況下，于短時間使模板、坩堝3內部的真空度到達高度真空水平。
[0083]在為蓋子2所覆蓋而密封的情況下，判斷模板、坩堝3內部的真空度所到達的真空度成為10_4托爾以下(真空到達程度< 10E-4torr)(步驟S5)。
[0084]所到達的真 空度未至10_4托爾以下的情況，進行高真空抽取(步驟S4)。
[0085]所達真空度為10_4托爾以下的情況，則在為蓋子2所覆蓋而密封的情況下，供應升溫氣體至模板、坩堝3內部(步驟S6)。此情況中，低溫泵或擴散泵等的真空泵的一次側閘閥為關閉。
[0086]此情況中，如圖2所示，可將微量的單硅烷氣體(SiH4)混合供應至氬氣中，氬氣中的單硅烷氣體的比例以為0.01%~％3程度較佳。
[0087]在為蓋子2所覆蓋而密封的情況下，以真空計檢查模板、坩堝3內部的壓力是否已成為常壓(步驟S7)。灌入升溫氣體直至成為常壓(壓力=常壓)，進一步在為蓋子2所覆蓋而密封的情況下，確認模板、坩堝3內部的溫度是否已成為50°C以上(溫度> 50°C)(步驟S8)。
[0088]在為蓋子2所覆蓋而密封的情況下，模板、坩堝3內部的溫度成為50°C以上后，則將圖2的運送臂裝卸部20裝配到搬運機器人的臂桿或是簡單的重型運送機的臂桿，而運送原料(步驟S9)。
[0089]運送完畢后，則送往下一步驟的燒結步驟或是半導體結晶生長步驟。
[0090]本發(fā)明中，在對原料或是模板、坩堝3內部予以升溫后，若開放于空氣中，空氣中的水分不易吸附于原料。因此，其后的燒結步驟或半導體結晶生長中，可以得到優(yōu)質的燒結金屬或半導體結晶。
【權利要求】
1.一種原料的儲存方法，其特征在于，包含: 真空抽取步驟，將填充有燒結金屬的原料的模板，或是填充有砷化鎵結晶以及用以進行半導體結晶生長的的原料的坩堝的開口，以設有供應管及真空排氣管的蓋子予以閉合，該半導體結晶生長系為單晶硅或多晶硅的半導體結晶生長，且藉由該真空排氣管將該模板或該坩堝的內部真空抽取成為10_4托爾以下的高真空狀態(tài)；以及 升溫干燥步驟，藉由該供應管將50°c以上且200°C以下的高溫惰性氣體填充于該模板或該坩堝的內部，使該原料升溫并干燥， 其中該原料系儲存于為該蓋子所覆蓋的狀態(tài)的該模板或該坩堝的內部。
2.如權利要求1所述的原料的儲存方法，其特征在于，該真空抽取步驟系在作為維持于該高真空狀態(tài)的真空排氣裝置進行真空粗抽取后，使用低溫泵或擴散泵或分子泵，進行10_4托爾以下的高真空度的真空抽取。
3.如權利要求1或2所述的原料的儲存方法，其特征在于，藉由該高溫惰性氣體對該原料予以升溫后，將該高溫惰性氣體予以排氣，使該模板或該坩堝的內部再次成為10_4托爾以下的高真空狀態(tài)后，再填充該高溫惰性氣體。
4.如權利要求1至3中任一項所述的原料的儲存方法，其特征在于，還包含將內含有該原料且為該蓋子所覆蓋的狀態(tài)的該模板予以往執(zhí)行燒結的場所的移送，或是將內含有該原料且為該蓋子所覆蓋的狀態(tài)的該坩堝予以往執(zhí)行結晶生長的場所的移送。
5.如權利要求1至4中任一項所述的原料的儲存方法，其特征在于，還包含于該蓋子為覆蓋的狀態(tài)的該模板或該坩堝的外側進行加熱而保溫。
6.如權利要求1至5中任一項所述的原料的儲存方法，其特征在于，還包含于該高溫惰性氣體中混入單硅烷氣體。`
7.一種儲存裝置，其特征在于，系將填充有燒結金屬的原料的模板，或是填充有砷化鎵結晶以及用以進行半導體結晶生長的原料的坩堝的開口，以設有供應管及真空排氣管的蓋子予以閉合，該半導體結晶生長系為單晶硅或多晶硅的半導體結晶生長，且藉由該真空排氣管將該模板或該坩堝的內部真空抽取，藉由該供應管將50°C以上且200°C以下的高溫惰性氣體填充于該模板或該坩堝的內部，使該原料升溫并干燥，儲存于為該蓋子所覆蓋的狀態(tài)的該模板或該坩堝的內部。
8.如權利要求7所述的儲存裝置，其特征在于，還包含用于將內含有該原料且為該蓋子所覆蓋的狀態(tài)的該模板予以往執(zhí)行燒結的場所的移送的運送機，或是用于將內含有該原料且為該蓋子所覆蓋的狀態(tài)的該坩堝予以往執(zhí)行結晶生長的場所的移送的運送機。
【文檔編號】C30B29/06GK103781950SQ201180072961
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2011年8月25日 優(yōu)先權日:2011年8月25日
【發(fā)明者】堀岡佑吉, 梶原治郎, 真田浩嗣 申請人:三菱綜合材料技術株式會社