结晶材料的真空储存方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于单晶硅生长的过程中的炉内碳零件的劣化的防止、生长结晶中的碳浓度降低、以及单晶的多晶化比例的改善。再者，系为解决炉开放时，水分会吸附于炉内零件、烧结金属材料、或半导体结晶原料所致的炉的随时间变化或结晶的差排等问题。本发明的技术手段系包含真空抽取步骤，将填充有烧结金属的原料的模板，或是填充有砷化镓结晶以及用以进行半导体结晶生长的原料的坩埚的开口，以设有供应管及真空排气管的盖子予以闭合，该半导体结晶生长系为单晶硅或多晶硅的半导体结晶生长，且藉由该真空排气管将该模板或该坩埚的内部真空抽取成为10-4托尔以下的高真空状态；以及升温干燥步骤，藉由该供应管将50℃以上且200℃以下的高温惰性气体填充于该模板或该坩埚的内部，使该原料升温并干燥，其中该原料系储存于为该盖子所覆盖的状态的该模板或该坩埚的内部。
【专利说明】结晶材料的真空储存方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明关于一种结晶材料的真空储存方法及其装置。
【背景技术】
[0002]过去以来，就烧结金属材料或半导体的砷化镓结晶、单晶硅或多晶硅的生长时的原料的储存或是之后的结晶生长方式而言，为采取藉塑料膜包装而储存，于使用时开封以投入至处理容器的方式。
[0003]特别是，在结晶的制造工程中，将原料于常温下装入石英坩埚，而予以储存或是予以置于炉中。
[0004]例如，对于得到可长期保存的金属微粒的干燥体的表面处理方式以及作为干燥体而保存方式，可见于记载于专利文献I的一方法，其系在吸附有界面活性剂与脂质的金属微粒的水性分散液中添加凝聚剂，使该金属微粒凝聚沉淀，藉由对已沉淀的金属微粒的凝聚体予以真空干燥，而得到该金属微粒对于水可再分散的干燥物。
[0005]然而，对于用于极高纯度的半导体结晶的生长的结晶原料，有必要极度地减少杂质，由于暴露于空气中时，会有微量的空气或水分吸附，虽然将这些吸附物于早期阶段大致去除，但是仍会影响后续产品质量改善或是影响炉内零件的寿命的提高。
[0006]前述的习知例子中，例如于专利文献I中，虽然记载有取得对于水再分散的干燥物的方法，但用于烧结金属材料或半导体结晶的生长的多晶硅材料的情况时，有着在高纯度且被吸附于表面的微量水分将对于其后的结晶生长步骤时造成炉内零件的劣化的问题，此外还有，与水分反应的碳混入于生长结晶的问题。
[0007][习知技术文献]`
[0008][专利文献]
[0009][专利文献I]日本特开2009-127085
【发明内容】
[0010][发明所欲解决的问题]
[0011]本发明的目的在于，在使用例如烧结金属材料或半导体单晶生长法的CZ法的单晶硅生长的过程中，被称为热区(hot zone)的炉内碳零件的劣化的防止，以及对于生长结晶中的碳浓度降低以及单晶的多晶化比例的改善。再者，系为以解决以下问题为目的:于炉开放时，水分会吸附于炉内零件、烧结金属材料、或半导体结晶原料，而激烈消耗碳零件所致的炉的随时间变化，或者，碳混入结晶中而与熔融硅相互反应而生成SiC，因而并入生长中的结晶而造成差排(dislocation)等问题。
[0012][解决问题的技术手段]
[0013]本发明为达成上述目的，提供一种单晶生长步骤及单晶生长方法，系将吸附于能维持高真空的烧结金属材料及其模板、或是进行半导体单晶生长的坩埚或填充于坩埚的结晶原料的水分予以干燥并去除，并藉由使残留吸附物积极地化学反应、无毒化、抽真空，而提高烧结金属产品的质量并且防止生长中的单晶硅发生差排，以高良率得到碳浓度低的高质量结晶。
[0014]关于本发明的一种原料的储存方法，系包含:真空抽取步骤，将填充有烧结金属的原料的模板，或是填充有砷化镓结晶以及用以进行半导体结晶生长的原料的坩埚的开口，以设有供应管及真空排气管的盖子予以闭合，该半导体结晶生长系为单晶硅或多晶硅的半导体结晶生长，且藉由该真空排气管将该模板或该坩埚的内部真空抽取成为10_4托尔以下的高真空状态；以及升温干燥步骤，藉由该供应管将50°c以上且200°C以下的高温惰性气体填充于该模板或该坩埚的内部，使该原料升温并干燥，其中该原料系储存于为该盖子所覆盖的状态的该模板或该坩埚的内部。
[0015]烧结金属材料虽然是与多种金属粉末混合而在高温中烘烤固化为零件形状，但在此种情况中，会因空气中湿度所含的水分、空气、或其它的气体成分的混入而导致质量下降的情况。但是，能够藉由干燥、脱气(degassing)而得到高质量的烧结合金产品。并且，同样于使硅或砷化镓的结晶生长的VGF法(单向凝固结晶生长法)中，原料的加料步骤中的干燥、脱气、去除水分对于进一步提升质量是重要的，再者，就单晶的生长，不仅有结晶质量的改善，而且获得延长炉内零件的寿命的效果。
[0016]即使一时性以真空氛围去除水分，其后即便短时间与空气接触，原料的表面仍会发生空气中的水分的再次吸附。但是，使前述模板或前述坩埚的内部的初始真空程度为10_4托尔，前述高温惰性气体为50°c以上且200°C以下，以惰性气体使该结晶原料或烧结金属材料升温，则能防止再次吸附，而得到质量高的产品结晶或烧结产品。
[0017]亦可于前述真空抽取步骤中，在作为维持于该高真空状态的真空排气装置进行真空粗抽取后，使用低温泵或扩散泵或分子泵进行10_4托尔以下的高真空度的真空抽取。以旋转泵等的真空 泵予以真空粗抽取后，藉由使用低温泵或扩散泵或分子泵进行10_4托尔以下的高真空度的真空抽取，因为能于短时间真空抽取为高真空度，而有效于去除残留气体以及特别是水分。
[0018]亦可藉由前述高温惰性气体对原料予以升温后，将前述高温惰性气体予以排气，使前述模板或前述坩埚的内部再次成为10_4托尔以下的高真空状态后，再填充该高温惰性气体。亦即，藉由重复气体替换与真空抽取来进一步改善氛围，升温原料，而能够减少吸附气体及水分。
[0019]亦可包含将内含有前述原料且为前述盖子所覆盖的状态的前述模板往执行烧结的场所的移送，或是将内含有前述原料且为被前述盖子所覆盖的状态的前述坩埚予以往执行结晶生长的场所的移送。
[0020]再者，亦可自为该盖子所覆盖的状态的该模板或该坩埚的外侧进行加热而保温。即，不仅藉由升温的气体而对模板或坩埚之中的原料予以升温，亦可自模板或坩埚的外侧进行升温，而于短时间使原料升温。
[0021]亦可于前述高温惰性气体中混入单硅烷气体。
[0022]经升温后的惰性气体所稀释的单硅烷气体，具有对残留水分或吸附气体的排气效果，相较于在炉的内部的多孔性的炉材中含有水分等而在其后的炉内加热时才为去除，本发明为较佳。
[0023]关于本发明的一种储存装置，系将填充有烧结金属的原料的模板或是填充有砷化镓结晶及单晶硅或多晶硅的半导体结晶生长的原料的坩埚的开口，以设有供应管及真空排气管的盖子予以闭合，藉由前述真空排气管将前述模板或前述坩埚的内部真空抽取，藉由前述供应管将50°C以上且200°C以下的高温惰性气体填充于前述模板或前述坩埚的内部，使前述原料升温并干燥，储存于为前述盖子所覆盖的状态的前述模板或前述坩埚的内部。亦可具有用于将内含有前述原料且为前述盖子所覆盖的状态的前述模板予以往执行烧结的场所的移送的运送机，或是，用于将内含有前述原料且为前述盖子所覆盖的状态的前述坩埚予以往执行结晶生长的场所的移送的运送机。
[0024]针对往烧结炉的移送、或是往结晶生长炉的移送，其系于减压或是真空状态而镶嵌至吸附有模板或坩埚的盖子的运送臂装卸部中，如此而可将运送臂杆移动到下一步骤(烧结步骤或结晶生长步骤)而进行运送。
[0025]供应经升温后的惰性气体予密封状态的原料时，藉由将0.01%~3%的单硅烷气体或硅烷气体混合于惰性气体而供应至炉内，微量的单硅烷气体或硅烷气体藉由下列化学式I或2而于下一步骤被进一步加热时，使烧结金属、炉内零件、或硅原料的吸附水分转换为其它物质，而能够将水分有效地排出炉外。
[0026]SiH4+2H20=Si02+4H2 — I
[0027]SiClH3+2H20=Si02+HCl+3H2 — 2
[0028]根据本发明，能够确实地进行对填充于模板及坩埚的烧结金属材料、半导体结晶材料的真空干燥，并将前述材料者移送至烧结炉或结晶生长炉。
[0029][发明的效果]
[0030]根据本发明，确实地进行对烧结金属材料、半导体结晶材料的真空干燥，即使升温后一时暴露于空气，因正在升温，故空气中的水分不会吸附于原料，并且，因为能够将同样材料移送至烧结炉或结晶成长 炉，其后的烧结时或结晶生长步骤中，能够提升真空水平且短时间到达高真空度，并且，为了可以确实地去除作为吸附物质的水分等，而得到高质量的烧结合金，并且为了能够确实地防止单晶生长时的差排，或者防止多晶化，于能够提升结晶良率的同时，得以使炉内零件延长寿命。再者，于结晶生长中，谋求杂质含量的减少以及缺陷核的减少。
[0031]为了不带来残留炉内的空气或水分，能够以其后的加热步骤来抑制碳氢化合物的生成。由于能够在送至硅的溶解步骤之前去除容易与硅反应的物质，所以没有妨碍单晶的生长的硅碳化物、氧化物等的异物的生成，藉此得到能够改善结晶生长的良率的效果。再者，过去，虽然炉内的碳零件在有水分的情况会有烃化、形状劣化发生，但根据本发明，已能够防止碳零件的形状劣化。
[0032]再者，由于能够减少成长中的结晶中碳的取入量，而可减少于其后的晶圆(wafer)加工的热处理时所发生的由碳引起的氧被析出，并同时减少由碳引起的结晶缺陷。
[0033]更者，根据本发明，进一步由于炉内零件不会劣化，而能够抑制过去加工条件下的随时间变化之故，而得到得以实现质量的稳定化的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1显示本发明中升温、真空干燥、及运送系统的示意图。
[0035]图2显示本发明中升温、真空干燥、及运送系统中所附加的单硅烷气体的供应与外部加热装置的示意图。
[0036]图3显示本发明中原料储存后，移送至下一步骤的装置的操作流程图。
[0037]符号说明
[0038]1、22储存系统
[0039]2盖子
[0040]3模板、坩埚
[0041]4气体供应阀
[0042]5真空分配器
[0043]6真空计
[0044]7气体流量调节器
[0045]8气体过滤器
[0046]9升温热交换器
[0047]10真空排气阀
[0048]11真空泵
[0049]12排气阀`
[0050]13真空阀
[0051]14低温泵
[0052]15、16氩气阀
[0053]17单硅烷气体阀
[0054]18配管可拆装单元
[0055]19外部加热器
[0056]20运送臂装卸部
[0057]21气体洗涤器
【具体实施方式】
[0058]以下基于实施例说明用于实施本发明的最佳的模式。
[0059][实施例]
[0060]根据图1至图3说明本发明的实施例。
[0061]图1显示本发明的升温、真空干燥、及运送系统的示意图。
[0062]图1中，储存系统I中，盖子2覆盖于模板、坩埚3，打开阀4，经由真空分配器5、真空排气阀10、及排气阀12，而以真空泵11对盖子2所覆盖的模板、坩埚3的内部予以真空抽取。
[0063]此时，供应惰性气体侧的氩气阀15为关闭，气体流量调节器7、气体过滤器8、升温热交换器9、及与此些相连接的阀4为开启，氩气阀15前为止的气体供应系的管道亦为真空状态。再者，模板、坩埚3的内部压力可以用真空计6进行测量。真空计6配合真空水平为使用派蓝尼(Pirani)真空计或电离真空计。低温泵14的区域进入真空水平时，则关闭真空阀12、开启真空阀13而进行真空排气。
[0064]藉由低温泵14而获得高真空后，则关闭真空阀13，使升温热交换器9作动并开启氩气阀15，以升温后的氩气填充于模板、坩埚3的内部。一边使真空泵11动作，一边调节真空排气阀10、排气阀12，一边将温度降下来的升温气体抽出一部分，一边灌入新的升温气体，对模板、坩埚3的内部的原料予以升温。
[0065]这一系列的操作亦可由PLC (Programmable logic controller,可程控器)或微电脑系统进行自动控制。特别是并列连接数个模板、坩埚3而进行管理的情况中，前述的自动控制更为有效。
[0066]此情况中，藉由温度传感器，能够同时自动监测模板、坩埚3内部的温度，系为便利。(未图不)
[0067]被原料充填于模板、坩埚3的原料，藉由此种高真空且惰性升温气体的方式，于良好的干燥状态下被储存。再者，往炉的移送系藉由搬运机器人或简单的重型运送机，将模板、坩埚3为盖子2所覆盖的上部所装配的运送臂装卸部20与运送机构连接而能够进行移动。
[0068]若图1的气体供应线路及真空排气配管为能自由活动的配管，则能够在配管为连接状态下进行运送。再者，充填于模板、坩埚3内部的原料因有被升温，即使其后一时暴露于空气中，水分亦不会吸附于原料表面。
[0069]图2为本发明中升温，真空干燥、及运送系统中所附加的单硅烷气体的供应与外部加热装置的示意图。藉由外部加热器19自模板、坩埚3的外侧加热，而可能于短时间暖和热容量大的模板、坩埚3以及模板、坩埚3之中所充填的原料。
[0070]再者，能够于氩气阀15的上游方面予以分支，对纯氩气中微量的单硅烷气体(SiH4),通过单硅烷 气体阀17而以气体流量调节器7予以调节流量，由前述的氩气阀15，通过气体过滤器8与气体流量调节器7，还有升温热交换器9，能够自阀4供应升温气体至模板、坩埚3。
[0071]图式中，藉由在被安装于盖子2的气体供应配管的中段予以安装配管可拆装单元18，以及在被安装于盖子2的真空排气的配管亦安装有配管可拆装单元18，而使模板、坩埚3藉由盖子2而以被闭合的内部的各自独立的真空状态或气体充填状态而为分离。此外，配管可拆装单元18具有停止阀，而为能够维持减压或真空状态的结构。
[0072]对于盖子2，因运送臂装卸部20能够与搬运机器人或简单的重型运送机相互接附/脱离，因此如前述，模板或坩埚3藉由盖子2而为闭合的内部的真空状态或减压状态下，而连接于运送机构以进行移动。
[0073]再者，图2中，于真空排气用的真空泵11的排气口安装有气体洗涤器21，虽为微量，但基于单硅烷气体(SiH4)的处理的考虑的安全措施可被实施。
[0074]再者，虽然图式中使用氩气作为惰性气体，但亦可使用同为惰性气体的氦气。(未图示)
[0075]再者，包含升温热交换器9的惰性气体供应系统或是单硅烷气体(SiH4)的混合供应机构，能够与其后的烧结步骤或结晶生长步骤共享。如此一来，于真空干燥或储存的系统与烧结步骤，或是结晶生长步骤，无须各别独立持有包含有升温热交换器9的惰性气体供应系统或是单硅烷气体(SiH4)的混合供应机构，系为经济，且得以实现装置的简化。
[0076]图3显示本发明中原料储存后，移送至下一步骤的装置的操作流程图。
[0077]在烧结金属的制造步骤或是半导体结晶制造步骤的原料、坩埚的准备中，有对模板、坩埚3充填原料的步骤(步骤SI)。此步骤，对于厌恶杂质混入的半导体结晶的制造，系于高清净度的空气氛围中进行工作。例如，无尘室(clean room),以及为了实现被称为无尘蓬盖(clean booth)的简易无尘领域而设置有覆盖上部的无尘过滤器，通过送风机将清净度高的空气送入覆盖的内部的机制中进行工作。藉此，使充填中的原料不会有尘埃附着。
[0078]此充填原料于模板、坩埚3的动作系为原料嵌入步骤(步骤S2)。烧结金属的情况中，为粉末状的原料，将混合各种金属粉末的粉体自容器转移到模板，并填满模板，对于使半导体结晶生长，系用手工，装备干净手套于手，进行不会污染到块状的原料的充填工作。
[0079]其后，将盖子2覆盖于被充填原料的模板、坩埚3，予以密封，而对模板、坩埚3内部进行真空粗抽取(步骤S3)。
[0080]真空粗抽取是由旋转式的真空泵或是进一步使加速真空的增压泵与旋转式的真空泵串联动作而进行真空抽取。
[0081]进行真空粗抽取后，则进行高真空抽取(步骤S4)。
[0082]高真空抽取系使用低温泵或扩散泵，在为盖子2所覆盖而密封的情况下，于短时间使模板、坩埚3内部的真空度到达高度真空水平。
[0083]在为盖子2所覆盖而密封的情况下，判断模板、坩埚3内部的真空度所到达的真空度成为10_4托尔以下(真空到达程度< 10E-4torr)(步骤S5)。
[0084]所到达的真 空度未至10_4托尔以下的情况，进行高真空抽取(步骤S4)。
[0085]所达真空度为10_4托尔以下的情况，则在为盖子2所覆盖而密封的情况下，供应升温气体至模板、坩埚3内部(步骤S6)。此情况中，低温泵或扩散泵等的真空泵的一次侧闸阀为关闭。
[0086]此情况中，如图2所示，可将微量的单硅烷气体(SiH4)混合供应至氩气中，氩气中的单硅烷气体的比例以为0.01%~％3程度较佳。
[0087]在为盖子2所覆盖而密封的情况下，以真空计检查模板、坩埚3内部的压力是否已成为常压(步骤S7)。灌入升温气体直至成为常压(压力=常压)，进一步在为盖子2所覆盖而密封的情况下，确认模板、坩埚3内部的温度是否已成为50°C以上(温度> 50°C)(步骤S8)。
[0088]在为盖子2所覆盖而密封的情况下，模板、坩埚3内部的温度成为50°C以上后，则将图2的运送臂装卸部20装配到搬运机器人的臂杆或是简单的重型运送机的臂杆，而运送原料(步骤S9)。
[0089]运送完毕后，则送往下一步骤的烧结步骤或是半导体结晶生长步骤。
[0090]本发明中，在对原料或是模板、坩埚3内部予以升温后，若开放于空气中，空气中的水分不易吸附于原料。因此，其后的烧结步骤或半导体结晶生长中，可以得到优质的烧结金属或半导体结晶。
【权利要求】
1.一种原料的储存方法，其特征在于，包含: 真空抽取步骤，将填充有烧结金属的原料的模板，或是填充有砷化镓结晶以及用以进行半导体结晶生长的的原料的坩埚的开口，以设有供应管及真空排气管的盖子予以闭合，该半导体结晶生长系为单晶硅或多晶硅的半导体结晶生长，且藉由该真空排气管将该模板或该坩埚的内部真空抽取成为10_4托尔以下的高真空状态；以及 升温干燥步骤，藉由该供应管将50°c以上且200°C以下的高温惰性气体填充于该模板或该坩埚的内部，使该原料升温并干燥， 其中该原料系储存于为该盖子所覆盖的状态的该模板或该坩埚的内部。
2.如权利要求1所述的原料的储存方法，其特征在于，该真空抽取步骤系在作为维持于该高真空状态的真空排气装置进行真空粗抽取后，使用低温泵或扩散泵或分子泵，进行10_4托尔以下的高真空度的真空抽取。
3.如权利要求1或2所述的原料的储存方法，其特征在于，藉由该高温惰性气体对该原料予以升温后，将该高温惰性气体予以排气，使该模板或该坩埚的内部再次成为10_4托尔以下的高真空状态后，再填充该高温惰性气体。
4.如权利要求1至3中任一项所述的原料的储存方法，其特征在于，还包含将内含有该原料且为该盖子所覆盖的状态的该模板予以往执行烧结的场所的移送，或是将内含有该原料且为该盖子所覆盖的状态的该坩埚予以往执行结晶生长的场所的移送。
5.如权利要求1至4中任一项所述的原料的储存方法，其特征在于，还包含于该盖子为覆盖的状态的该模板或该坩埚的外侧进行加热而保温。
6.如权利要求1至5中任一项所述的原料的储存方法，其特征在于，还包含于该高温惰性气体中混入单硅烷气体。`
7.一种储存装置，其特征在于，系将填充有烧结金属的原料的模板，或是填充有砷化镓结晶以及用以进行半导体结晶生长的原料的坩埚的开口，以设有供应管及真空排气管的盖子予以闭合，该半导体结晶生长系为单晶硅或多晶硅的半导体结晶生长，且藉由该真空排气管将该模板或该坩埚的内部真空抽取，藉由该供应管将50°C以上且200°C以下的高温惰性气体填充于该模板或该坩埚的内部，使该原料升温并干燥，储存于为该盖子所覆盖的状态的该模板或该坩埚的内部。
8.如权利要求7所述的储存装置，其特征在于，还包含用于将内含有该原料且为该盖子所覆盖的状态的该模板予以往执行烧结的场所的移送的运送机，或是用于将内含有该原料且为该盖子所覆盖的状态的该坩埚予以往执行结晶生长的场所的移送的运送机。
【文档编号】C30B29/06GK103781950SQ201180072961
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2011年8月25日 优先权日:2011年8月25日
【发明者】堀冈佑吉, 梶原治郎, 真田浩嗣 申请人:三菱综合材料技术株式会社