CN101167163B - 挡板晶圆及其所用的随机定向多晶硅 - Google Patents

Abstract

多晶硅的挡板晶圆(60)置放在支撑塔(20)的非生产沟槽中，用于热处理单晶硅晶圆。多晶硅较佳为随机定向多晶硅(ROPSi)，优选通过使用随机定向晶种(例如CVD成长的硅)而以Czochralski方法来成长。热炉管(10)的全硅热区可以包括硅支撑塔，其中该硅支撑塔设置在硅衬里(18)内且支撑这些多晶硅挡板晶圆，硅注射器在该衬里内提供处理气体。该随机定向多晶硅可用于其它需要粗糙构件的零件(例如在硅处理腔室中)并用于结构性构件。

Description

挡板晶圆及其所用的随机定向多晶硅

技术领域

本发明涉及晶圆的热处理。特别是，本发明涉及用在生产晶圆的批次热处理中的非生产晶圆。本发明还涉及用于这样非生产晶圆与其它应用的多晶硅之一型式。

背景技术

批次热处理持续地用于硅集成电路制造的一些阶段中。一低温热制程是通过化学气相沉积(典型地使用氯硅烷与氨做为前驱物气体)在约700℃范围内来沉积一层氮化硅。其它执行于高温的制程包括氧化、退火、硅化以及其它典型地使用高温(例如介于1000℃至1350℃)的制程。

对于大量商业生产而言，通常使用如图1的截面图所绘示的结构的垂直炉管以及用于支撑炉管中大量晶圆而垂直设置的晶圆塔。炉管10包括热绝缘加热筒12，其支撑由电源供应(未显示)所供给功率的电阻式加热线圈。钟状罐16(典型地是由石英所制成)包括有顶盖，且内嵌于加热线圈14内。末端开放的衬里18内嵌于钟状罐16内。支撑塔20设置在台座22上，并且支撑塔20大致上由衬里18所环绕。支撑塔20包括垂直设置的沟槽以固持多个水平放置的晶圆，其中这些晶圆将要以批次模式进行热处理。原则上，气体注射器24设置在衬里18之间，且具有在其顶端的出口以在衬里18内注射处理气体。真空泵(未显示)经由钟状罐16的底部而移除处理气体。虽然在一些实施例中，加热筒12、钟状罐16与衬里18是保持固定的，而升降梯升高与降低台座22且将支撑塔20加载与送出炉管10的底部，但是它们可以垂直地升高以传送晶圆至支撑塔20或自支撑塔20传送晶圆。

钟状罐16在其顶端是密闭的，倾向于使炉管10的中间与顶部部份呈现大致上均匀的热温度。这即是所谓的热区，热区的温度被控制以用于最佳的热制程。然而，钟状罐16的开放的底端与台座22的机械支撑件会使炉管的底端具有较低的温度，常常是温度低到使热制程(例如化学气相沉积)没有效果。该热区是不包括支撑塔20的一些较低的沟槽。

传统上，在低温应用中，支撑塔、衬里与注射器是由石英或熔硅(fusedsilica)所制成。然而，石英支撑塔与注射器已经被硅支撑塔与注射器所取代。由美国加州森尼维耳市的Integrated Materials，Inc.所取得的硅支撑塔的结构绘示于图2中。其包括有黏接至三或四个硅脚34的基底30、32，这些硅脚柱34具有形成于其内的沟槽以用于支撑多个晶圆38。沟槽之间的指件的形状与长度可以随着应用与制程温度而改变。授让给Boyle等人的美国专利US6,455,395描述有这样一个支撑塔的制造。硅注射器亦可以由Integrated Materials，Inc取得，其是揭示于授让给Zehavi等人而于公元2005年7月8日申请的美国专利申请案11/177,808中。硅衬里则是由授让给Boyle等人而于公元2001年5月18日申请的美国专利公开案2002/170,486中。

塔高可以根据炉管的高度而修改，且可以包括有超过100个晶圆的沟槽。这样一个大数目的晶圆促使了热缓冲晶圆与挡用晶圆(dummy wafer)的使用，以确保生产晶圆处于均匀的热环境中。在支撑塔中，晶圆迭堆的顶部与底部两者在热制程期间遭受有热末端效应。尤其，底部晶圆被加热至明显较低的温度，且该温度可能低到足以使氮化物CVD制程或其它热制程失效。因此，将热缓冲晶圆(而非实质上单晶硅生产晶圆)置放在最顶端与最底端的沟槽，以热缓冲该迭堆的末端，并且对置放在其之间的生产晶圆提供更均匀的温度分布。热缓冲晶圆也用以清除来自炉管周围的杂质，其中这些杂质倾向于在炉管的顶部与底部是较多的。通常是需要在每一末端使用多达六或十二个热缓冲晶圆。缓冲晶圆可被回收以用于多个周期，但是目前的缓冲晶圆通常限制在不超过四或五个周期。

硅生产晶圆常常是以约25个晶圆的批次而被处理，其是对应于在制造工具之间传送晶圆的携带卡匣的容量。大数目的晶圆沟槽使得能够同时处理多个批次。然而，也有小于批次的最大数目需要热处理的情况存在。在该些情况中，通常是通过***挡用晶圆于空的沟槽中，以完全填满支撑塔。

热缓冲晶圆与挡用晶圆将于以下一起被称为挡板晶圆。

在使用石英塔的过去中，挡板晶圆通常由石英(熔硅)制成，其并不贵，且具有对红外线非穿透性的优点，以减小辐射大于浸浴支撑塔的4.5微米(石英窗口)的末端效应。然而，如同石英塔一样，石英缓冲与挡用晶圆已经被认为会造成产生微粒至无法符合制造先进组件的要求的程度。使用单晶硅晶圆作为挡板晶圆的生产型式并非是完全成功的。在重复使用该些晶圆后，已经发现其溶液破裂。再者，在氮化物沉积制程中，在多次使用使得氮化硅沉积在挡板晶圆上至更大厚度且造成剥落，再次产生了微粒问题。因此，在先进的生产中，单晶硅挡板晶圆是在其被丢弃或再生之前被限制至仅一些周期的使用寿命。

氮化硅挡板晶圆也开始被使用，尤其是在更高温度时。然而，碳化硅晶圆是昂贵的，且也会遭受因为碳化硅晶圆与硅支撑塔之间不同热膨胀系数造成的效应。

因此，期望较不昂贵的晶圆，其依然能提供优异效能，这些效能包括有粗糙性与具有大厚度氮化物及其它材料沉积于晶圆上而不剥落的能力。

发明内容

本发明的一个技术方案包括有例如通过自硅熔体中拉引晶种而以Czochralski(CZ)方法来成长的随机定向多晶硅(ROPSi)。该晶种本身可以为随机定向多晶硅。该晶种可以由纯多晶硅(亦称为电子等级硅)杆来切割出，其中该纯多晶硅杆是通过从硅烷型式材料的前驱物的化学气相沉积(CVD)来成长。或者，该晶种可以由CZ成长的块体来切割出，其中该CZ成长的块体是使用由通过自CVD获得的晶种所成长的块体切割下的晶种。在后者情况中，该晶种的至少一远程产生是导源自纯多晶硅，或导源自这样一个CVD成长的晶种的晶种。

本发明的另一技术方案包括有多结晶缓冲与挡用晶圆，其一起被称为挡板晶圆。更优选地，这些多结晶晶圆是源自随机定向多晶硅晶种(例如自CVD获得的晶种)所成长的块体切割出。

在典型的使用中，本发明的挡板晶圆是与单晶硅生产晶圆一同被放置在一塔上，且在炉管或其它热处理设备中同时地处理。

在多步骤制程中，可以制备该挡板晶圆。在自块体切割出之后，晶圆可以被蚀刻(例如在碱性溶液中)，以减小或消除应变。晶圆(较佳是在应变蚀刻之后)进行表面处理，在其两主要表面上与或许其周围边缘上产生了次表面损坏。次表面损坏可以通过珠粒爆发(bead blasting)或通过研磨或加工来执行。接着，表面损坏的晶圆即进行酸性清洁步骤与之后的超音波清洁。

CZ成长或随机定向的多晶硅对于形成加工的结构也是有用的，这是因为其纯度、精密多结晶结构与粗糙性。

附图说明

图1为一典型热处理炉管的截面图；

图2为有利地使用于本发明的硅塔的立体图；

图3为本发明的多晶硅挡板晶圆的平面图；

图4为纯多晶硅块体的截面图；

图5为Czochralski多晶硅块体的截面图与由其切割出的挡板晶圆的平面图，其中该Czochralski多晶硅块体是由纯多晶硅晶种来成长；

图6为CVD来源Czochralski多晶硅块体的截面图与由其切割出的挡板晶圆的平面图；

图7为用以处理多晶硅挡板晶圆的制程顺序的实施例；

图8为一种晶圆环型式(尤其是一RTP边缘环)的部份立体图；

图9为用以支撑与旋转图10的边缘环硅管的立体图；

图10为硅台座平台的立体图；以及

图11为CZ太阳能蓄电池的立体图。

【主要组件符号说明】

10炉管            52结晶树状突

12加热筒          60多结晶CZ块体

14线圈            62外部区域

16钟状罐          64内部区域

18衬里            35 66晶种杆

20支撑塔          70多结晶CZ块体

22台座            78栓塞

24气体注射器      82切割步骤

30、32基底        84研磨步骤

34脚              40 86应变蚀刻步骤

50纯多晶硅块体    88表面处理步骤

90、92酸性清洁步骤    122通孔

100边缘环             124凹部

102唇                 126供应孔

104、106环状凸缘      130太阳能蓄电池

110旋转管             132、134电性接触件

120平台

具体实施方式

我们相信商业等级的硅生产晶圆不适合做为缓冲与挡用晶圆(其一起被称为挡板晶圆)，这是因为其为单结晶。我们了解到，生产晶圆常常不是良好的单结晶，且具有一些缺陷，包括有错排(dislocation)与滑动(slip)。然而，这些缺陷对于生产中合理的良率必须是最小的，且典型的目标是获得与维持低错排与不滑动的单结晶生产晶圆。

若单结晶晶圆在作为挡板晶圆而重复使用后，在其边缘形成有缺口，则裂缝有可能沿着结晶***平面而横越晶圆来延扩，并且使其裂开。进一步地，商业等级的单结晶晶圆不适合作为挡板晶圆，这是因为其是昂贵的。虽然旧的晶圆是对其背侧进行表面处理而前表面进行研磨，非常先进的生产是需要在生产晶圆的前表面与背表面两者上进行研磨。单结晶晶圆对于多次使用作为缓冲与热晶圆是有缺失的，这是因为其倾向于弯曲成土豆片形状或在整个高温处理后造成下弯形状。半单晶硅挡板晶圆过去已经被使用，但是其具有单结晶挡板晶圆的许多缺失，例如沿着有利的平面裂开。半单晶硅的特征可以说是围绕特定较佳方向具有许多方位的多晶硅。

用以代替单结晶生产晶圆，挡板晶圆较佳是由多晶硅所形成。绘示于图3的平面图的多晶硅挡板晶圆40具有类似于单晶硅生产晶圆的形状，但是其具有可看见的随机纹路结构，而非单结晶晶圆的无特征表面。挡板晶圆的直径应该落入生产晶圆的工业标准内，亦即对于大部份目前的晶圆生产为约200或300毫米，但是其可以更厚且不需要包含标准晶圆特征(例如斜边)。可看见的标记42，例如产品号码与序号，可以形成在主要表面上。挡板晶圆的两侧亦较佳为被处理的表面，以提供一对更厚层次为更黏附的基底，其中这些更厚层次被沉积于多个周期中。

纯多晶硅(virgin polysilicon)，亦称为电子等级硅(electronic grade silicon，EGS)，是用在生产晶圆的大部份Czochralski(CZ)成长硅的来源材料。近来，纯多晶硅已经被用于制造晶圆塔与其它结构，如同前述授让给Boyle等人的两专利文件中所描述的。纯多晶硅是通过硅烷或卤硅烷在约600℃或更高于氢存在下在硅的热晶种杆上的化学气相沉积来成长。可以被取代为其它硅烷，例如二硅烷。请参阅Wofl等人的“Silicon Processing for the VLSI Era：Volume 1-Process Technology，2d.ed.，Lattice Press，2000，pp.5-8”。由硅烷成长的纯多晶硅因为其纯度而具备了可能的优点，但是由三氯硅烷或其它卤硅烷成长的纯多晶硅更具经济性。当成长时，纯多晶硅块体50具有如图4绘示的截面结构。结晶树状突52自晶种杆54向外延伸。典型地，纯多晶硅成长为具有高内部应力，其通常会避免材料被加工。然而，如同Boyle等人所解释者，若纯多晶硅被退火，则其可以被加工，这是因为退火会移除应力。由纯硅烷成长的纯多晶硅常常具有比由三氯硅烷成长的纯多晶硅更小的结晶。

根据本发明一个技术方案，多晶硅块体亦可以通过Wolf等人于ibid第8-21页对单结晶块体所描述的Czochralski(CZ)方法来成长。大尺寸的多结晶CZ硅可以由少数公司取得。这样的硅包含有许多结晶，但是暴露的面典型地是由定向在表面法线±20°之内的<100>的结晶所组成，虽然在适当条件下亦能获得其它有利的方向(例如<111>或<110>)。这样的半单一材料的表面可以被处理。其比单晶硅更不会使裂缝延扩，但是裂缝依然会因为较佳的方向而延扩。在石英模子中也能取得多晶硅浇铸件，但是其纯度程度是比由CZ成长的多晶硅来得差。

大体上，根据本发明一个技术方案，多结晶CZ硅可以通过使用多晶硅晶种来获得，较佳为随机定向多晶硅(randomly oriented polycrystalline silicon，ROPSi)，而非典型的单结晶晶种或有时候先前使用而由半单晶硅取得的多结晶晶种。可以使用标准的CZ结晶体成长炉管，但是必须包括有圆锥形的热屏蔽，其中该热屏蔽延伸至熔融表面的40毫米的内。回填氩的腔室压力可以维持在10至50托耳的范围内。在纯多晶硅熔化且温度已经稳定之后，晶种则浸入熔融表面内且被维持而直到晶种/熔融界面形成平滑的新月形。接着，晶种以足够的速率被拉引，而不会形成比晶种直径小的颈部。将晶种接合至200毫米或300毫米块体的简单的圆锥形扩张区域可以延伸超过10至20厘米。然后，调整拉引速率以维持所期望的块体直径。多晶硅CZ块体可以比单结晶CZ块体被拉引得更快。在拉引末期，仅需要最小的尾端锥部。所拉引的块体应该在大气中缓慢地冷却。

绘示于图5的截面图中的多结晶CZ块体60是由纯多晶硅(其由硅烷或三氯硅烷前驱物气体所制造)的多结晶晶种所成长，已被发现到会产生略微不规则形状的微晶的外部区域62，与更对称形状(其大小通常小于1厘米)而稍微较大的微晶的内部区域64。该图并没有精确地绘示出微晶的尺寸。在一些结果中，3至10毫米的微晶随机地分布在晶圆中，并且本发明不受限于特定空间分布的微晶尺寸。一般来说，成长条件可以改变，以控制分布而具有在1至10毫米范围内的期望的分布。

本发明的CZ多结晶成长的一实施例是使用晶种杆66(请参阅图4)，其是在纯多晶硅块体50退火以允许加工后由块体50的外部区域沿着块体50的轴所切割下。这样的一个用在CZ成长的纯多晶硅晶种制造了块体60，如图5的截面图所绘示。这样的一个CZ块体60的材料的特征是作为CVD来源硅，这是因为其结晶体结构是自CVD制造获得的纯多晶硅。

通过美国纽约州罗契斯特市的Kayex在本案发明人的指示下，已经使用具有约1厘米直径与约20厘米长度的硅晶种杆来成长块体60。由硅烷与三氯硅烷CVD前驱物气体形成的两者纯多晶硅材料的晶种已经产生实质上类似的CZ结果。

这样材料的芯片或晶圆的结晶态已经由Laue X-ray实验所建立。多晶硅已经被决定为会呈现实质上随机方向的微晶，而没有相对于块体轴或任何其它轴的较佳的法线方向。

使用多结晶CZ块体70(绘示于图6的截面图中，其可以为图6的块体60)而做为进一步晶种的来源是有可能的，例如通过自块体70切割下径向栓塞78或其厚片且使用该栓塞78做为产生另一多结晶CVD来源硅的晶种。特别是，较靠近块体外缘的栓塞78末端可以具有较小的微晶尺寸，且为晶种接触硅熔体的较佳部份。若需要获得足够长度的晶种杆，较短的ROPSi晶种可以熔接或黏接至较长的硅杆，这是因为大部份晶种杆组件不曾浸入熔体中，且较长的杆可以再使用。进一步产生CVD来源CZ块体可以通过使用由先前产生所发展的晶种来成长。CVD来源晶种包括有原始产生的纯多晶硅，其是由任何型式的含硅烷的前驱物材料来成长，其中这些含硅烷的前驱物材料包括有硅烷、一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷与四氯硅烷、及其它卤硅烷与多硅烷，且晶种的进一步产生是由具有自纯多晶硅晶种获得的CZ多晶硅所切割下。

其它型式的多晶硅，特别是随机定向多晶硅，可以用于本发明中。

由多结晶块体来制造缓冲与挡用晶圆部份地依循用以由单结晶块体来制造单结晶生产晶圆的制程。块体必须具有稍微比晶圆大的直径。虽然标准的晶圆尺寸依旧为75毫米、100毫米、125毫米与150毫米，先进的商业生产渐渐地由200毫米转移至300毫米。下一代的晶圆预期为具有450毫米的直径。

多结晶晶圆能够大致上以图7的流程图的制程80来形成，其是结合了Wolf等人于ibid第22-31页描述的标准生产晶圆制程，以及两参考文件中Boyle等人所描述的用以形成纯多晶硅塔的制程。根据效能需求与制造结果而定，可以省略一些步骤。CZ多晶硅不需要进一步退火即可轻易加工，这是假设因为有效地由熔体拉引出的CZ将多晶硅退火了。多结晶块体被变圆至期望的直径，亦即生产晶圆的直径。在步骤82中，多结晶晶圆是以线锯或内部或外部圆锯而自块体切割下。其边缘的形状较佳地相似于生产晶圆。典型地，生产晶圆对于200毫米晶圆具有0.725毫米厚度或对于300毫米晶圆具有0.775毫米厚度。我们期望使缓冲与挡用晶圆尽可能地粗糙，使得较厚的挡板晶圆具有优点。因此，起始批次的挡板晶圆已经被制备为介于1.0至1.5毫米的厚度。大部份生产设备可以容纳这些稍微厚一点的晶圆。可以预期的是，厚度实质上等于生产晶圆的挡板晶圆将在商业使用中证明其满足性。

在步骤84中，多晶硅晶圆的两侧在类似于磨光(lapping)的制程中以Blanchard研磨机使用钻石砂岩而被平坦地研磨。该研磨造成了次表面处理损坏，包括有深度25至50微米的裂缝与裂隙。这样的特征对于在许多生产周期之后而沉积在挡板晶圆上的厚薄膜提供了锚状物，藉此减少了剥落与造成的微粒。腐蚀性或碱性的减少应变的蚀刻86通过将多结晶晶圆浸泡入稀释的氢氧化钾中来执行。该应变蚀刻86释放了应变且大体上清洁了晶圆。然而，替代性制程仅在去离子水浴槽中超音波清洁晶圆。表面处理步骤88执行于晶圆的两个主要表面，以移除割锯与研磨的可看见的表面特征，且留下均匀灰色的表面。表面处理可以包括有Blanchard研磨或加工，其造成了期望的次表面处理损坏。若不需要这样的表面处理，则使用碳化硅粉末的珠粒爆发(bead blasting)可用来移除割锯与研磨的可看见的表面特征。第一酸清洁步骤90通过浸泡多结晶晶圆于稀释的氢氟酸中来执行。该第一酸清洁步骤90对于移除晶圆表面上任何氧化硅是有效的。第二酸清洁步骤92通过浸泡晶圆于水、氢氟酸与过氧化氢的混合物中来执行。该第二酸清洁步骤92对于自晶圆表面附近移除重金属是有效的。也可以使用其它的酸蚀刻剂或其它型式的清洁试剂，例如已发展出用于清洁商业上硅晶圆或使用在晶圆与设备的化学分析的试剂。超音波清洁步骤94通过浸泡晶圆于去离子水浴槽中且超音波激化去离子水以自晶圆表面清洁微粒来执行。必须注意的是，所绘示的制程不包括执行于生产晶圆上的研磨。若希望的话，生产号码与序号及其它辨识标记可以被蚀刻入挡板晶圆的主要面，以助于库存与使用。并且，挡板晶圆可以在两侧上被预涂覆一层CVD沉积材料(例如氮化硅)，该材料牢固地固定在裂缝与裂隙中，具有该材料的挡板晶圆将会被使用。然后，多结晶晶圆可用于生产在线。根据实务而定，挡板晶圆在使用前可以被预涂覆。

这样的多结晶挡板晶圆具有比单结晶晶圆更长的使用寿命。其纯度程度更高得多，且其微粒是比传统石英挡板晶圆更少得多。若沉积物在多结晶挡板晶圆上累积至过大厚度的话，晶圆可以被再生，例如通过移除一部份累积的厚度，或通过移除全部累积物且再执行一些图7的晶圆制造步骤。

持续使用一些石英晶圆以用在热缓冲是所期望的，尤其是在支撑塔的底部部份，其是在热区之外。石英缓冲晶圆提供了对红外线的非穿透性。然而，较佳是在炉管的热区中全部使用多结晶晶圆，其中在该热区发生沉积。因此，整个热区可以填充硅，包括塔、衬里、注射器、生产晶圆、与缓冲及挡用晶圆。热区中没有会造成污染或热膨胀问题的其它大量材料存在。

然而，对于修正多结晶晶圆以提供缓冲晶圆所需要的红外线非穿透性，是有可能的。用以形成挡用晶圆的ROPSi材料可以成长为具有足够的半导体掺杂，以降低电阻至低于1欧姆-厘米且较佳是低于0.1欧姆-厘米或甚至更低，在该情况下使硅晶圆在炉管内对于红外线热辐射是实质上非穿透的。请参阅Wolf在ibid中对于掺杂硅的CZ成长。硼为较佳的掺杂物，并且以这样的掺杂来成长CZ硅是传统的。对于将挡用晶圆预涂覆以足够厚度的氮化硅(或其它材料)也是有可能的，其中氮化硅提供了对红外线的需要的吸收性。

多结晶CZ硅，特别是CVD来源CZ硅，可以应用于除了挡板晶圆以外的使用。较小的结晶结构有助于硅的加工。多结晶CZ材料有利地具有较小的结晶尺寸。多结晶CZ硅的一应用即是形成支撑塔的两基底。

其它可能的使用是用于边缘支撑环，例如图8绘示的边缘环100，其具有薄的向内延伸的环状唇102，用以在快速热处理(RTP)中支撑晶圆的周围。减少唇102的厚度至不超过20mil(0.5毫米)是所期望的，除了本发明的多晶硅以外，这是很难达到的。两个下倾的环状凸缘104、106捕获住图9绘示的旋转管110，其中该旋转管110支撑住且旋转边缘环100及被支撑的晶圆。已知有边缘环的较不复杂的结构。其它类似的环包括有边缘排除环(其中唇或类似的突悬位于其上且隔开于晶圆周围以保护其不被沉积)与夹固环(其接触于上晶圆周围以在处理期间夹固晶圆至台座)。支撑管110亦可以由本发明的多结晶CZ硅所制成。用于硅生产晶圆的RTP而由硅制成的边缘环与支撑管，不仅提供了高纯度程度，且简化了当这些构件由其它材料制成所存在的辐射与热膨胀问题。

本发明的CZ硅的其它应用包括有台座平台，例如图10绘示的平台120，其可以由较佳的随机定向CZ多晶硅来形成，以支撑晶圆以进行晶圆处理。大致上碟形的平台120可以包括有轴向通孔122以用于抬升针梢、或浅凹部124的分枝状结构、与供应孔126以用于热传送气体。通过本发明的CZ多晶硅可以促进这样精密结构的加工。这样的塔基底、晶圆环、支撑管与台座、及其它腔室构件是需要稍微大于所处理的晶圆直径的直径。然而，足够直径的多晶硅CZ块体能够以相同的CZ拉引器来拉引(其中该CZ拉引器是用以形成用于生产晶圆的块体)，这是因为由于对单结晶晶圆的极均匀性需求而单结晶CZ块体的直径实质上小于炉缸的直径，其中该单结晶CZ块体是自该炉缸拉引出。这样高程度的均匀性对于结构性构件是不需要的，因此更大的多晶硅CZ块体可以通过使用多晶硅晶种与调整更大直径的成长条件(例如通过减小拉引速率)而成长于相同设备中。

CZ多晶硅的一个使用，尤其是由纯多晶硅或CVD来源晶种所成长的多晶硅是形成太阳能蓄电池130(绘示于图11中)，其中垂直的p-n结形成为硅薄片，其会留置成其圆的块体尺寸或被切割成矩形形状。电性接触件132、134形成在太阳能蓄电池130的前侧与背侧。CZ微晶的随机定向产生了较强的材料，且因而使太阳能蓄电池由较薄的硅半导体层所形成，其具有相当小的结晶尺寸，但具有大的表面积。此外，高纯度的CZ多晶硅相对于浇铸硅提供了更良好的半导体特性，这是因为我们相信多晶硅中的杂质迁移至纹路边界且促使沿着这些边界的漏电。

虽然多晶硅挡板晶圆有利地与硅塔一同使用，其在塔与其它材料(包括石英与碳化硅)的船体中的使用具有优点。

硅晶圆船体为另一晶圆支撑固定件，其有利地使用在硅处理中。在晶圆船体中，晶圆是在船体内的沟槽中被配置成水平延伸阵列，且定向成主要表面自垂直方向倾斜几度。因此，晶圆边缘是停置在船体的底部与沟槽接触件的齿部上，并且支撑这些晶圆的背侧。本发明的挡板晶圆可以有利地与船体与塔一同使用。

本发明的随机定向多晶硅对于挡板晶圆与其它粗糙的构件及结构提供了许多优点，并且材料能够以在商业单结晶晶圆中发展良好的CZ技术来成长。

Claims (14)

1.一种在填充多晶圆支撑固定件的非生产沟槽中使用的挡板晶圆，所述挡板晶圆包含：

从块体切割下的一晶圆，所述块体包含CVD来源Czochralski（CZ）多晶硅并被成长为具有实质上随机定向的结晶态，所述晶圆具有实质上等于硅生产晶圆直径的直径；

其中，所述晶圆包括：

具有不规则形状的微晶的外部区域；以及

具有比所述不规则形状更对称的形状的较大微晶的内部区域。

2.根据权利要求1所述的挡板晶圆，其中该直径是从200毫米和300毫米中选出的。

3.一种形成挡板晶圆的方法，包含下列步骤：

将先前晶种施用至硅熔体，其中所述硅熔体的部分凝结在所述先前晶种上；

从所述硅熔体拉引出所述先前晶种以及黏附的凝结硅熔体，以形成随机定向多晶硅的第一块体；

从所述第一块体切割出实质上随机定向多晶硅的后续晶种，其中所述先前晶种实质上包含CVD来源随机定向多晶硅晶种；

将所述后续晶种施用至硅熔体，使得所述硅熔体的部份凝结在所述后续晶种上；以及

从所述硅熔体拉引出所述后续晶种以及黏附的凝结硅熔体，以形成随机定向多晶硅的第二块体，其中，所述晶圆包括具有不规则形状的微晶的外部区域，以及具有比所述不规则形状更对称的形状的较大微晶的内部区域。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述先前晶种包含纯多晶硅。

5.根据权利要求3所述的方法，该方法还包含通过化学气相沉积来成长所述先前晶种。

6.一种可用于挡板晶圆的多晶硅材料，所述多晶硅材料包含：

随机定向多晶硅，所述随机定向多晶硅具有低于10毫米的微晶尺寸分布，并且包括：

具有不规则形状的微晶的外部区域；以及

具有比所述不规则形状更对称的形状的较大微晶的内部区域；

其中，所述随机定向多晶硅包括Czochralski（CZ）多晶硅，所述Czochralski（CZ）多晶硅具有与CZ多晶硅相符合的微晶尺寸与形状、并且是由CVD来源晶种所成长，所述随机定向多晶硅具有低于10毫米的微晶尺寸分布。

7.一种热处理硅晶圆的方法，包含在第一周期中执行的下列步骤：

在支撑塔的多个第一沟槽中设置至少一生产晶圆，这些生产晶圆实质上包含单晶硅；

在所述支撑塔的多个第二沟槽中设置从块体切割下的至少一个挡板晶圆，所述块体包含CVD来源Czochralski（CZ）多晶硅并被成长为具有实质上随机定向的结晶态，所述至少一个挡板晶圆包括：

具有不规则形状的微晶的外部区域；以及

具有比所述不规则形状更对称的形状的较大微晶的内部区域；以及

加热支撑固定件与所支撑的生产与挡板晶圆，以热处理所述至少一生产晶圆。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一挡板晶圆包含实质上未掺杂的多晶硅，并且该方法还包含将多个热缓冲晶圆设置在朝着所述支撑塔一端藉由这些第二沟槽而与这些第一沟槽分隔开来的沟槽中，这些热缓冲晶圆包含不是未掺杂的多晶硅的材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其中这些热缓冲晶圆的材料包含石英或碳化硅。

10.根据权利要求8所述的方法，其中这些热缓冲晶圆的材料包含掺杂的多晶硅。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述支撑塔为硅塔，并且该方法还包含：

将所述硅塔以及所述硅塔上支撑的生产与挡板晶圆设置在炉管中，所述炉管包括围绕所述支撑塔的横向侧的硅衬里；

将所述塔上支撑的生产与挡板晶圆加热至提升的温度；以及

将制程气体流动通过至少一硅注射器，以与在所述衬里内的所述炉管的热区中的这些生产晶圆反应，其中这些硅注射器具有位于所述塔与所述衬里之间的出口。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述塔、衬里、所述至少一注射器以及在所述热区中的这些挡板晶圆实质上不包含除了硅以外的材料。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一挡板晶圆包含随机定向多晶硅。

14.根据权利要求11所述的方法，其中该方法还包含在随后的第二周期中执行的下列步骤：

将至少一其它生产晶圆与所述至少一挡板晶圆设置在所述支撑塔的多个第一沟槽中，其中所述至少一其它生产晶圆实质上包含单晶硅；

在所述第二周期中加热所述支撑塔以及所述支撑塔上支撑的晶圆，以热处理所述至少一其它生产晶圆。

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