TW201300584A - 用於屏蔽拉晶裝置之一部分之進料工具 - Google Patents

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Abstract

本文揭示一種用於熔融矽且形成一單晶鑄錠之拉晶裝置及一種用於在充填該拉晶裝置期間屏蔽該拉晶裝置之一部分之進料工具。該拉晶裝置包含用於容納熔融矽之一坩鍋。該進料工具包含一圓筒及一板。該圓筒具有一內表面及形成於該內表面之一部分中之一環狀凸部。該圓筒在該環狀凸部處之一直徑小於該圓筒在該內表面處之一直徑。該板係定位於該環狀凸部上且包含與一第二區段分離之一第一區段。該第一區段及該第二區段可操作相對於彼此側向地移動。該板具有形成於該第一區段及該第二區段之至少一者中之一中央開口。

Description

用於屏蔽拉晶裝置之一部分之進料工具
本揭示內容係大體上關於用於製作單晶矽鑄錠之拉晶裝置，且更明確而言，關於用於屏蔽該拉晶裝置之一部分之進料工具。
單晶矽係用於製造半導體電子組件之許多程序中之起始材料。根據丘克拉斯基(Czochralski)程序，普遍在一拉晶裝置中製備此矽。在此程序中，藉由下列步驟製作一單晶矽鑄錠：在一坩鍋中使複晶矽(即，複矽晶)熔融；將一晶種浸泡至熔融之矽中；以足以達成所要之鑄錠直徑之一方式抽出該晶種，且生長具有該直徑之鑄錠。
在自熔融之矽拉動一鑄錠之後，一些熔融之矽可能留在該坩鍋內，以減小使後續充填至該坩鍋中之額外之未加工複矽晶熔融所需之時間量。在此後續充填期間亦使用一進料工具，以屏蔽該拉晶裝置之部分免遭當該未加工複矽晶接觸熔融之矽時造成之飛濺物之影響。
該進料工具在使用期間通常經歷之溫度高於該進料工具在未使用時儲存之溫度。此等溫度之變化導致在該進料工具之組件內產生熱應力。此等應力可進而最終造成該進料工具劣化。此外，先前技術之進料工具通常由當與矽接觸時劣化之材料製成。
此章節意在向讀者介紹此項技術之可能與本發明之多個態樣相關之多個態樣，下文將描述及/或主張本發明之多 個態樣。據信此論述有助於向讀者提供背景資訊，以促進更好地瞭解本發明之多個態樣。因此，應理解，此等聲明應由此角度參閱，且並非是對先前技術之許可。
一態樣係一種用於使矽熔融且形成一單晶矽鑄錠之拉晶裝置。該拉晶裝置包括一坩鍋，其係用於容納熔融之矽且具有一開放頂部分；及一進料工具，其用於在用矽充填該坩鍋期間屏蔽該拉晶裝置之一部分。該工具包括一圓筒，其具有一內表面及形成於該內表面之一部分中之一環狀凸部。該圓筒在該環狀凸部處之一直徑小於該圓筒在該內表面處之一直徑。一板係定位於該環狀凸部上且包括與一第二區段分離之一第一區段，該第一區段及該第二區段可操作以相對於彼此側向地移動。該板具有形成於該第一區段及該第二區段之至少一者中之一中央開口。
另一態樣係一種用於在用矽充填一拉晶裝置期間屏蔽該拉晶裝置之一部分之進料工具，該拉晶裝置係用於製作矽鑄錠。該工具包括一圓筒，其具有一內表面、一外表面及形成於該圓筒之該內表面之一部分中之一環狀凸部。該圓筒在該環狀凸部處之一直徑小於該圓筒在該內表面處之一直徑且具有定位於該環狀凸部上之至少一部分。該板包括一第一區段及與該第一區段分離之一第二區段。該第一區段及該第二區段係連接在一起，使得該等區段可操作以相對於彼此側向地移動。一中央開口形成於該第一區段及該第二區段之至少一者中。一環狀構件係定位鄰近該板之該 中央開口。
尚有另一態樣係一種用於在用一來源材料充填一拉晶裝置期間屏蔽該拉晶裝置之一部分之進料工具。該工具包括一圓筒，其具有一內表面、一外表面及形成於該內表面中之一環狀凸部；及一板，其具有定位於該環狀凸部上之至少一個部分。該板包括一第一區段及與該第一區段分離之一第二區段。該第一區段及該第二區段係連接在一起，使得該等區段可操作以相對於彼此側向地移動。一中央開口形成於該第一區段及該第二區段之至少一者中。一蓋係定位於該板之該中央開口之頂部上方且具有一下表面及自該下表面延伸之複數個突出部。
注意到存在關於上述態樣之特徵之各種改進。此外，亦可在上述之態樣中併入進一步之特徵。此等改進及額外之特徵可各別地或以任何組合存在。例如，下文關於所圖解之任何實施例論述之多個特徵可單獨地或以任何組合併入上述之任何態樣中。
在圖式之若干視圖中，對應之參考字元指示對應之部件。
現參考該等圖示且明確而言參考圖1，藉由參考數字23指明根據本揭示內容而使用之用於根據丘克拉斯基方法生長一多晶矽鑄錠之類型之一拉晶裝置。該拉晶裝置23包含一殼體25，其界定一晶體生長室16及一拉動室20，該拉動室20具有小於該生長室之一橫向尺寸。該生長室16具有一 大體上圓頂形之上壁45，其自該生長室16過渡至窄化之拉動室20。該拉晶裝置23包含一入口埠7及一出口埠11，其可在晶體生長期間用於將選擇性氣體引入至該殼體25及將選擇性氣體自該殼體25移除。
該拉晶裝置23內之一坩鍋22容納矽熔融物44，自該熔融物44拉出一多晶矽鑄錠。藉由使充填至該坩鍋22之複晶矽熔融，獲得該矽熔融物44。該坩鍋22係安裝於一轉盤29上，以使該坩鍋繞該拉晶裝置23之一中央縱向軸X旋轉。在此方面，應理解，在某些實施例中，該坩鍋不旋轉。該坩鍋22亦可在該生長室16內上升，以當生長該鑄錠時維持熔融物44之表面於一大體上恆定之高度。一電阻加熱器39圍繞該坩鍋22，以使矽充填物熔融，以製作熔融物44。藉由一控制系統(圖中未顯示)控制該加熱器39，使得在整個拉動程序中，精確地控制熔融物44之溫度。圍繞該加熱器39之絕熱(圖中未展示)可減小通過該殼體25所損失之熱之量。
將一拉動機構(圖中未展示)附接至自該機構向下延伸之一拉動線24。該機構能使該拉動線24上升及降低。取決於拉製裝置之類型，該拉晶裝置23可具有一拉動桿而非一線。該拉動線24終止於一拉動總成58中，該拉動總成58包含一晶種卡盤32，其固持用於生長該多晶矽鑄錠之一晶種18。在生長該鑄錠時，該拉動機構降低該晶種18，直到其接觸該矽熔融物44之表面。一旦該晶種18開始熔融，該拉動機構緩慢地上升該晶種向上通過該生長室16及該拉動室 20，以生長單晶或多晶鑄錠。拉動機構使該晶種18旋轉之速度及該拉動機構使該晶種上升之速度(即，拉動速率v)係由該控制系統控制。該拉晶裝置23之一般構造及操作(除下文更充分地解釋之處外)係習知且為一般熟悉此項技術者所知悉。因此，本文所述之拉晶裝置經組態以製備圓柱形矽鑄錠。
圖1中示意性展示且圖2至6中予以更詳盡展示一進料工具100。廣義上，該進料工具100包含一圓筒110及定位於該圓筒內之一板120。該板120具有一上表面122(圖2及圖4)及一下表面124(圖5)。
如圖2中所示，在實例實施例中，藉由三條纜線130將該進料工具100連接至該拉動總成58。在一第一端132處，該等纜線130係附接至一支撐結構134，該支撐結構134進而連接至該拉動總成58。該支撐結構134經組態以當不使用時輕易地自該拉動總成58斷開。該等纜線130係於一第二端136處附接至附接支架140(圖6)，該等附接支架140係連接至該圓筒110。該等附接支架140為U形結構，其穿過形成於該圓筒110中之開口142。形成於該等纜線130之各別第二端136中之環路138係保持於該等附接支架140內。該等纜線130可由不會污染該拉晶裝置23或容納於該拉晶裝置23中之該熔融物44之任何合適之非反應性材料形成。實例包含鋼、鋼合金(例如，不銹鋼)或鉬。在其他實施例中，可使用棒或其他合適之構件替代該等纜線130。
如圖2及圖7中所示，該圓筒110具有一內表面112及一外 表面114。一環狀凸部150(最佳如圖7所示)形成於該圓筒110之該內表面112中。該環狀凸部150自該圓筒110之該內表面112向內延伸且具有支撐該板120之一外部分之一支撐部分152。在其他實施例中，該圓筒之該內表面112中可形成一凹部，以支撐該板120。
如最佳於圖4及圖5中可見，該板120包含一第一區段160及一分離之第二區段162。該板120亦包含大體上呈圓形之一中央開口164。在該實例實施例中，該中央開口164形成於該板120之該第一區段160及該第二區段162二者之一部分中。在其他實施例中，該中央開口164可完全形成於該第一區段160或該第二區段162內。此外，在不脫離該等實施例之範疇之基礎上，該中央開口164可具有不同之形狀(例如，矩形或橢圓形)。該中央開口164允許一氣體(例如，氬氣)穿過該進料工具100且拂掠過熔融物44。
該板120之該第一區段160及該第二區段162可操作以相對於彼此側向地移動。如圖5中所示，該板120之該等區段160、162呈一重疊組態(即，一搭疊(ship-lapped)組態)，以允許該等區段相對於彼此進行此側向移動，同時仍屏蔽該拉動總成58。在該實例實施例中，該第一區段160之一部分161係垂直地設置於該第二區段162之一部分163上方。在其他實施例中，該等區段160、162具有不同之組態且部分161、163之定向顛倒，使得該第二區段之該部分係垂直地設置於該第一區段之該部分上方。此外，其他實施例可使用允許該等區段相對於彼此進行側向移動之該第一 區段160與該第二區段162之介面之任何配置。
區段160、162之此側向移動適應在該拉晶裝置23之使用期間，由於該板120曝露至高溫而造成之膨脹及後續之收縮。此外，如圖7中所示，該板120之一直徑小於該圓筒110在該內表面112處之直徑，但大於該圓筒於該凸部150之支撐部分152處之直徑。因此，該板120之該等區段160、162亦被允許相對於該圓筒110側向地移動。因此，該等區段160、162並不被約束無法進行側向移動且因此可在加熱且後續冷卻時膨脹及收縮。
如圖3中所示，一環狀構件170係定位鄰近該板120中之該中央開口164。該環狀構件170用作一障壁且防止或減少設置於該板120之上表面上之顆粒行進通過該板之該中央開口164之可能性。該環狀構件170自該板120之該上表面122向上垂直延伸。該環狀構件170中形成一中央開口172，該中央開口172之大小近似於該板120之該中央開口164之大小。在該實例實施例中，該環狀構件170之該中央開口172之一直徑稍微小於該板120中之該中央開口164之一直徑。在該實例實施例中，該環狀構件170亦自該板120之該等區段160、162分離。在其他實施例中，該環狀構件170可為一個多片式結構，其具有與該板120之各別區段160、162整合地形成之片。此外，在一些實施例中，可省略一環狀構件。
如圖3中所示，一蓋180係定位於該板120及該環狀構件170之該等中央開口164、172之頂部上方。複數個突出部 812自該蓋180之一下表面184延伸。該等突出部182之端186與該板120之區段160、162之上表面122接觸。在其他實施例中，一些或所有該等突出部182可與該環狀構件170接觸。在該實例實施例中，提供四個突出部182，但其他實施例可具有不同數目之突出部。
該蓋180係藉由該等突出部182自該等中央開口164、172間隔，使得在該等中央開口與該蓋之間形成一間隙。此間隙允許氣體流通過該等中央開口164、172，同時仍允許該工具100屏蔽該拉晶裝置23之部分免受反而可能被允許行進通過該等中央開口164、172之飛濺物之影響。雖然在該實例實施例中使用突出部182來使該蓋180自該等中央開口164、172間隔，其他實施例可使用實質上連續且其中形成有穿孔或其他開口以允許氣體流通過該等中央開口之一突出部。
在該實例實施例中，該進料工具100之組件係由石墨形成且塗敷有碳化矽。接觸該進料工具100之塗層之矽並不黏著至該塗層。此外，該塗層並不會藉由與矽接觸而明顯地損壞且若該表面溫度足夠熱，則接觸該塗層之任何矽可熔融。因此，當該塗層由矽接觸時，該塗層將不會自該進料工具100分離且污染該拉晶裝置23或容納於該拉晶裝置23中之熔融物44。此與先前技術之由石英或類似材料製成之進料工具相反。在其他實施例中，該進料工具100可完全由碳化矽製成，且省略石墨。在其他實施例中，該進料工具可由將不會明顯地污染該拉晶裝置或容納於該拉晶裝 置中之熔融物或者不會藉由與矽接觸而明顯損壞之任何合適材料形成。
當介紹本發明或本發明之較佳實施例之元件時，冠詞「一」(a、an)、「該」(the及said)意在指存在一或多個該元件。術語「包括」(comprising)、「包含」(including)及「具有」(having)意在包含性且指除了所列舉之元件之外，亦可存在額外之元件。
因在不脫離本發明之範疇之基礎上，可對上文進行多種變化，意在包含於上文描述且在附圖中展示之所有事情應被理解具有闡釋性而非一限制意義。
7‧‧‧拉晶裝置23之入口埠
11‧‧‧拉晶裝置23之出口埠
16‧‧‧晶體生長室
18‧‧‧晶種
20‧‧‧拉動室
22‧‧‧坩鍋
23‧‧‧拉晶裝置
24‧‧‧拉動線
25‧‧‧殼體
29‧‧‧轉盤
32‧‧‧晶種卡盤
39‧‧‧加熱器
44‧‧‧熔融矽
45‧‧‧生長室16之上壁
58‧‧‧拉動總成
100‧‧‧進料工具
110‧‧‧圓筒
112‧‧‧圓筒110之內表面
114‧‧‧圓筒110之外表面
120‧‧‧板
122‧‧‧板120之上表面
124‧‧‧板120之下表面
130‧‧‧纜線
132‧‧‧纜線130之第一端
134‧‧‧支撐結構
136‧‧‧纜線130之第二端
138‧‧‧環路
140‧‧‧附接支架
142‧‧‧開口
150‧‧‧凸部
152‧‧‧凸部150之支撐部分
160‧‧‧板120之第一區段
161‧‧‧第一區段160之一部分
162‧‧‧板120之第二區段
163‧‧‧第二區段162之一部分
164‧‧‧中央開口
170‧‧‧環狀構件
172‧‧‧中央開口
180‧‧‧蓋
182‧‧‧突出部
184‧‧‧蓋180之下表面
圖1係一實例拉晶裝置及定位於該拉晶裝置內之一進料工具之一示意性截面圖；圖2係圖1之該示例性進料工具之一透視圖；圖3係圖2之該進料工具之一板、環狀構件及蓋之一透視圖；圖4係圖3之該板之一俯視平面圖；圖5係圖4之該板之一側視圖；圖6係圖2之一部分之一放大圖；及圖7係圖2之一部分截面圖。
7‧‧‧拉晶裝置23之入口埠
11‧‧‧拉晶裝置23之出口埠
16‧‧‧晶體生長室
20‧‧‧拉動室
22‧‧‧坩鍋
23‧‧‧拉晶裝置
24‧‧‧拉動線
25‧‧‧殼體
29‧‧‧轉盤
32‧‧‧晶種卡盤
39‧‧‧加熱器
44‧‧‧熔融矽
45‧‧‧生長室16之上壁
58‧‧‧拉動總成
100‧‧‧進料工具

Claims (20)

  1. 一種用於熔融矽且形成一單晶矽鑄錠之拉晶裝置，該拉晶裝置包括：一坩鍋，其用於容納熔融之矽，該坩鍋具有一開放頂部分；及一進料工具，其用於在用矽充填該坩鍋期間屏蔽該拉晶裝置之一部分，該工具包括：一圓筒，其具有一內表面及形成於該內表面之一部分中之一環狀凸部，該圓筒在該環狀凸部處之一直徑小於該圓筒在該內表面處之一直徑；及一板，其係定位於該環狀凸部上，該板包括與一第二區段分離之一第一區段，該第一區段及該第二區段可操作相對於彼此側向地移動，該板具有形成於該第一區段及該第二區段之至少一者中之一中央開口。
  2. 如請求項1之拉晶裝置，其中該進料工具屏蔽該拉晶裝置之垂直地設置於該坩鍋上方之一部分。
  3. 如請求項1之拉晶裝置，其中該板之該第一區段之一部分及該板之該第二區段之一部分呈一重疊組態。
  4. 如請求項3之拉晶裝置，其中該第一區段之該部分係垂直地設置於該第二區段之該部分之上方。
  5. 如請求項3之拉晶裝置，其中該第二區段之該部分係垂直地設置於該第一區段之該部分之上方。
  6. 如請求項1之拉晶裝置，其進一步包括定位鄰近該板之該中央開口之一環狀構件，該環狀構件自該板垂直地向 上延伸。
  7. 如請求項6之拉晶裝置，其中該環狀構件具有鄰近該板之該中央開口之一中央開口。
  8. 如請求項1之拉晶裝置，其進一步包括定位於該板中之該中央開口頂部上方之一蓋，該蓋與該中央開口間隔，使得該中央開口與該蓋之間形成一間隙。
  9. 如請求項8之拉晶裝置，其中該蓋具有一下表面及自該下表面延伸之複數個突出部，該複數個突出部與該環狀構件及該板之至少一者接觸。
  10. 如請求項1之拉晶裝置，其進一步包括複數個連接構件，其可操作以將該圓筒連接至該拉晶裝置。
  11. 一種用於在用矽充填一拉晶裝置期間屏蔽該拉晶裝置之一部分之進料工具，該拉晶裝置用於矽鑄錠之製作中，該工具包括：一圓筒，其具有一內表面、一外表面及形成於該圓筒之該內表面之一部分中之一環狀凸部，該圓筒在該環狀凸部處之一直徑小於該圓筒在該內表面處之一直徑；一板，其具有定位於該環狀凸部上之至少一部分，該板包括：一第一區段；與該第一區段分離之一第二區段，該第一區段及該第二區段經連接在一起，使得該等區段可操作以相對於彼此側向地移動；及形成於該第一區段及該第二區段之至少一者中之一 中央開口；及一環狀構件，其定位鄰近該板之該中央開口。
  12. 如請求項11之進料工具，其中該板之該第一區段之一部分及該板之該第二區段之一部分呈一重疊組態。
  13. 如請求項11之進料工具，其中該環狀構件自該板垂直向上延伸。
  14. 如請求項13之進料工具，其中該環狀構件具有鄰近該板之該中央開口之一中央開口。
  15. 如請求項14之進料工具，其進一步包括定位於該板之該中央開口及該環狀構件之該中央開口頂部上方之一蓋，該蓋自該等中央開口間隔，使得該等中央開口與該蓋之間形成一間隙。
  16. 如請求項15之進料工具，其中該蓋具有一下表面及自該下表面延伸之複數個突出部，該複數個突出部與該環狀構件及該板之至少一者接觸。
  17. 一種用於在用一來源材料充填一拉晶裝置期間屏蔽該拉晶裝置之一部分之進料工具，該工具包括：一圓筒，其具有一內表面、一外表面及形成於該內表面中之一環狀凸部；一板，其具有定位於該環狀凸部上之至.少一部分，該板包括：一第一區段；一第二區段，其與該第一區段分離，該第一區段及該第二區段經連接在一起，使得該等區段可操作相對 於彼此側向地移動；及形成於該第一區段及該第二區段之至少一者中之一中央開口；及一蓋，其定位於該板之該中央開口之頂部上方，該蓋具有一下表面及自該下表面延伸之複數個突出部。
  18. 如請求項17之進料工具，其中該複數個突出部與鄰近該中央開口之該板接觸。
  19. 如請求項18之進料工具，該等突出部使該蓋之該下表面與該中央開口間隔，使得在該中央開口與該蓋之間形成一間隙。
  20. 如請求項17之進料工具，其中該板之該第一區段之一部分及該板之該第二區段之一部分呈一重疊組態。
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