TW201319335A - 用於多層間薄型晶圓熔爐的層間摻雜方法和裝置 - Google Patents

Abstract

一種形成薄型晶圓的方法和裝置，其將材料添加到一坩堝中，該坩堝具有一供料區和一去渣區，並且將該材料進行熔化以形成一晶圓生成區，其介於該供料區和該去渣區之間。該材料係被添加到該供料區並通過該去渣區被移除。該方法和裝置會從該生成區基本上同時地拉取出複數個薄型晶圓，並直接施加摻雜物到該生成區內熔化的材料中，藉此該摻雜物繞過該供料區，以對該生成區的至少一部份進行佈植。

Description

用於多層間薄型晶圓熔爐的層間摻雜方法和裝置

本發明係關於一種薄型晶圓的技術，特別有關對薄型晶圓進行摻雜的技術。

結晶性薄型晶圓(crystalline sheet wafer)可作為各種電子裝置的建置基石，例如位於馬薩諸塞州馬博羅市(Marlboro,Massachusetts)的Evergreen Solar公司利用薄型晶圓來進行太陽能電池的製造，對此薄型晶圓，Evergreen Solar公司特別採用「STRINGRIBBON^TM」技術生產的晶圓或晶體。

利用持續長晶方式來生成薄型晶圓可減少需將矽塊削薄以製成晶圓的麻煩。舉例來說，於一實施方式中，導入兩個高溫細絲(filament)，其穿過坩堝底部，坩堝中含有一層淺層的熔化的矽，其被稱為“熔化液”，連接到兩個細絲的晶種放到熔化液中，並接著從熔化液中垂直向上拉起。

晶種底部和熔化液間的介面上形成了半月形結構(meniscus)，熔化的矽冷卻而就在熔化液上方處形成固態薄片，此細絲在長晶過程中穩定了薄片之邊緣。在眾多文件中，其中美國公告專利第7,507,291號描述到一種在單一個坩堝中同時生成多個經細絲穩定化(filament-stabilized)的結晶性薄片的方法。每個薄片在一個長晶區中進行生成，該長晶區在此領域中被稱為多通道(multi-lane)熔爐中的一個通道或一層(lane)。與在單一通道熔爐中製造結晶性薄型晶圓的技術相比，多通道晶圓製造技術可降低晶圓的製造成本。

為了將光轉化成電力，必須對晶圓進行摻雜(doping)。然而，在多通 道熔爐中進行摻雜會產生許多問題，其中一個問題是，摻雜不均勻且在不同通道中摻雜濃度不一致。

根據本發明中的一個實施例，形成薄型晶圓的方法及裝置中會將材料添加到一坩堝中，該坩堝具有一供料區和一餘留區。具體來說，該材料係被添加到該供料區而不是該餘留區。該方法和裝置會將該材料進行熔化以形成一第一長晶區和一第二長晶區，其兩者都是該餘留區的一部份。並且，一第一薄型晶圓和一第二薄型晶圓(在幾乎同一時間)會分別從該第一長晶區和該第二長晶區拉取出來，且摻雜物係被直接施加到該餘留區之材料中。該摻雜物的施加會繞過該供料區，以對該餘留區中的至少一部份進行佈植。在有些實施例中，該摻雜物可擴散到供料區中。

在各實施例中，亦可直接施加該摻雜物到該坩堝的供料區中的材料。因此，此額外的摻雜物會繞過該餘留區而對該供料區進行佈植。該方法和裝置可直接施加該摻雜物到該第二長晶區，而不施加到該第一長晶區。在此例中，該直接施加的摻雜物會從該第二長晶區擴散到該第一長晶區，其中該第一長晶區係介於該供料區和該第二長晶區之間。此外，該摻雜物可被施加到該第一長晶區和該第二長晶區兩者。

在眾多不同技術中的任一種，可直接施加摻雜物到餘留區中。於一第一種實施方式中，該方法和裝置可直接將一摻雜裝置放進該餘留區中、與該餘留區中的材料直接接觸。舉例來說，該摻雜裝置可包含一細絲，該細絲在與該材料接觸後基本上會進行瓦解，以釋放出該摻雜物。在於另一實施例中，可從一噴墨裝置釋放摻雜粒子到該餘留區中一或多個預定的部 份。於再一實施例中，將摻雜物塗佈在用來生成薄型晶圓的細絲中的其中一個或多個。於又一實施例中，將一部件(其具有摻雜物)穿過該餘留區中的材料。

邏輯單元可用來控制施加到該材料中的摻雜物的數量。為此，該方法和裝置可量測該第一薄型晶圓和該第二薄型晶圓中的至少一個的性質，藉此根據所量測到的性質來直接施加該摻雜物。此外，該性質可包含該第一薄型晶圓和該第二薄型晶圓中的至少一個的阻力，接著該方法和裝置可隨著該阻力來改變/施加該直接施加之摻雜物的體積。

該方法和裝置並應用於可生成超過兩道薄型晶圓的薄型晶圓長晶系統。再者，該第一薄型晶圓和該第二薄型晶圓可以任何可能的方式進行排列。舉例來說，該第一薄型晶圓和該第二薄型晶圓可設置成邊靠邊的排列或面對面的排列。

根據本發明中的另一個實施例，形成複數個薄型晶圓的裝置包含一坩堝其具有一供料區和一餘留區；以及一材料入口用以接收要被添加到該坩堝中之供料區的材料。該裝置並具有一晶圓拉取器，其用以從該餘留區中拉取出複數個薄型晶圓；以及一摻雜裝置，其可操作性地與該坩堝耦接。該摻雜裝置係設置成直接添加一摻雜物到該餘留區，而繞過該供料區。

根據本發明中的再一個實施例，形成薄型晶圓的方法和裝置中會將材料添加到一坩堝中，該坩堝具有一供料區和一去渣區，且會將該材料進行熔化以形成一晶圓生成區，其介於該供料區和該去渣區之間。該材料係被添加到該供料區並通過該去渣區被移除。該方法和裝置會從該生成區基本 上同時地拉取出複數個薄型晶圓，並直接施加摻雜物到該生成區內熔化的材料中，藉此該摻雜物繞過該供料區，以對該生成區的至少一部份進行佈植。

在所例示的實施例中，多晶圓長晶熔爐可精確地控制其摻雜過程，以生產更多摻雜程度一致的薄型晶圓，故晶圓可具備最佳化的效能。為此，許多實施例中係直接施加一些或全部的摻雜物到生成晶圓的通道中，而不是簡單地在熔爐內某個遠處施加摻雜物，此概念可稱之為“依通道進行摻雜”(doping by lane)，下文將詳細描述各種不同的實施例。

第1圖顯示根據本發明所例示的實施例實現的結晶性薄型晶圓長晶熔爐10的示意圖。除了其他部件外，熔爐10具有一殼體12，其形成了基本上沒有氧氣存在的密封內部空間(以避免燃燒)。該內部空間具有某個濃度的其他氣體，如氬氣，或混合多種氣體，而不是氧氣。除了其他部件外，該殼體內部亦包含一坩堝14(顯示於第2圖及後續的圖式中，將於下文介紹)，其用以容納並熔化物質(如，矽)，殼體內部還包含其他部件(其中某些部件將於下文介紹)用來基本上同時地生成四個矽的結晶性薄型晶圓16，或從熔化的材料製成薄型晶圓16

第1圖中生成的薄型晶圓16在此領域中被稱為「細絲薄型晶圓」(filament sheet wafer)。舉例來說，細絲薄型晶圓16類似於人們所熟知的STRING RIBBON晶圓，其由馬薩諸塞州馬博羅市(Marlboro,MA)的Evergreen Solar公司所配發。薄型晶圓16可由眾多結晶形態中的任何一種所形成，像是多晶質(multi-crystalline)、單晶質(single crystalline)、多晶 質(polycrystalline)、單晶質(microcrystalline)或半晶質(semi-crystalline)。殼體12上的供料入口18提供了引導矽料進入內部之坩堝14的功能，而選用的觀察窗19可允許操作人員對內部部件進行檢查。

需注意的是，文中對薄型矽晶圓16的討論是例示性的。舉例來說，薄型晶圓16可由不是矽的材料所形成，或是包含了矽和其他材料的組合。在另一個例子中，所例示的實施例可形成摻雜的非結晶性的薄型晶圓16。再者，雖然本發明所例示的實施例中描述的是一個熔爐10具有四個子長晶區(或通道、層)，其中所有晶圓薄片在單一條線上普遍互相平行，然而其他實施例中可能使用較多的長晶通道或較少的長晶通道，及/或各長晶通道彼此的排列情形可能有所不同。

第2圖顯示第1圖中的結晶性薄型晶圓長晶熔爐10的部份剖視示意圖。除了其他部件外，這個剖視圖顯示了晶圓/晶體拉取系統20，其從熔化液中基本上同時地將四個薄型晶圓16中的每一個都向上拉取，這個剖視圖亦顯示了回饋系統22，其用以隨著晶圓的阻力或電阻控制熔化液的摻雜。如下文中會詳細說明的，回饋系統22採用一阻力偵測器24來決定某個給定的薄型晶圓16所產生的阻力或電阻，並採用一控制器26，其控制要添加到熔化液中的摻雜物數量。

任何不同類型的裝置可適於達成阻力偵測器24和控制器26的功能。舉例來說，一或多個渦電流偵測器(eddy current detector)可用作該阻力偵測器24，而像是微處理器、數位訊號處理器、特殊應用IC(application specific integrated circuit)、電路模組或這些元件的組合等邏輯元件可用作該 控制器26。每個通道可具有各自獨立的阻力偵測器24和控制器26，又或者，多個通道可共用阻力偵測器24及/或控制器26。回饋系統22可設置於熔爐10上方一小段距離處(即，設在殼體12外部)，或者如果此設備夠堅固可以承受熔爐內部高溫的話，則可設於殼體12內部。

第2圖亦顯示了上述提到的坩堝14，其被殼體12內的內部平台28所支撐，坩堝14具有一個基本上平坦的上表面。從第3A圖可以更清楚地看出，坩堝14具有一個伸長形狀的區域以供矽的結晶性薄片16沿著其長度方向、邊靠邊(side-by-side)排列地進行生成。

坩堝14可被視為具有三個分開的但又彼此連續的區域，也就是：(1)供料區30(亦稱為“導入區30”)，用以從殼體的進料入口18接收矽料；(2)長晶區32(亦稱為“餘留區32”或“晶體區32”)，用以生成四個結晶性薄片16；以及(3)移除區34，用以移除坩堝14中所容納的一部份熔化矽15(即，執行去渣程序)。

在所例示的熔爐10中，移除區34具有用以移除矽的輸出埠36。然而，如下文提到的，其他例示的熔爐因不具有輸出埠36，故無法執行熔渣去除的程序。

該長晶區32可被視為形成四個分開的晶體的子區域，每個子區域各別生成單一個結晶性薄片16。為此，每個結晶子區域具有一對細絲洞38，用以收容兩根高溫細絲其用以最終形成生成中結晶性薄型矽晶圓16的邊緣區 域。再者，每個子區域亦可被視為由一對選用的流動控制***部(ridge)40所定義。因此，每個子區域具有形成其邊界的一對***部40以及用以收容細絲的一對細絲洞38。這些子區域在此可稱之為“通道”或“層”(lane)，如第3B圖所示，位於中間的結晶子區域與相鄰的結晶子區域一起共用***部40。再者，除了分隔結晶子區域外，***部40亦在某種程度上提供熔化矽流動的流動阻力，因此提供了控制液體沿著坩堝14流動的功能。

坩堝14應由可耐高溫(如，1400~1500℃的數量級)的材料製成。為此，坩堝可由石墨所製成，並持續加熱到可將矽維持在其熔點以上的溫度。為了提升液體流動的同向性，坩堝14的長度大於其寬度。舉例來說，坩堝14的長度可比它的寬度長三倍以上。當然，在其他實例中，坩堝14可能不會像這樣被拉長或伸長。舉例來說，坩堝14可具有類似正方形或矩形(如第8圖所示)的形狀，或是一個非矩形。

如本領域技術人員所熟知的且如第3B圖所示，薄型矽晶圓的持續不斷生成係可藉由導入通過坩堝14中的細絲洞28的兩根高溫細絲來實現。每一對細絲為生成中的薄型晶圓16的兩個側邊提供穩定的作用，亦如前所述，最終形成生成中的薄型晶圓16的邊緣區域。

第3B圖顯示其中一個例子中具有低淺的周圍牆面31的坩堝14的示意圖。此外，這個圖式顯示了一個坩堝14的實施例，其可容納液態矽並生成四個薄型矽晶圓16。如圖所示，晶體生成區32中最靠近導入區30的部份/通道(稱之為第一長晶區或第一長晶通道)生成“晶圓D”，長晶區32的第二部份/通道生成“晶圓C”，長晶區32的第三部份/通道生成“晶圓B”，而長 晶區32中最靠近移除區34的第四部份/通道生成“晶圓A”。

如第3B圖所示，被向上拉出的熔化矽與細絲併在一起，現存的冷卻的結晶性薄型晶圓16就在熔化矽的上表面上，固化的結晶性薄型晶圓16在這個位置(稱為液-固介面)通常會自其結晶結構排斥掉一部份的不純物或雜質。此外，這些雜質可能包含鐵、碳和鎢，這些雜質又被排到熔化的矽中，因此增加了長晶區32中雜質的濃度。在此過程中，每個結晶性薄型晶圓16較佳地係以非常低的速率從熔化矽中拉出。舉例來說，每個結晶性薄型晶圓16可以大約每分鐘一英吋的速率從熔化矽中拉出。

此實施例中的坩堝14係被設置成可使熔化矽15以非常低的速率從導入區30移動到移除區34。如果此流速太高，在生成中的帶區下方的熔化矽可能會受到相當高的結合作用力。此低流速可使得熔化矽中一部份的雜質(包括被生成中的結晶性晶圓16排斥掉的雜質)從長晶區32流動到移除區34。

向移除區34移動的熔化矽流速會受到幾種因素影響，各個因素都與將矽添加到坩堝14或從坩堝14中移除有關。具體來說，第一個因素很明顯地就是細絲穿過熔化液進行物理性的向上運動所引起的矽的移除。舉例來說，以每分鐘一英吋的速率進行四道薄型晶圓16的移除，在某個特定大小的坩堝14每分鐘大約會移除掉三公克的熔化矽，其中每道薄型晶圓16的寬度約三英吋，其厚度介於大約190微米至大約300微米之間。第二個影響此流速的因素是從移除區34移除熔化矽或去熔渣所選用的方式。

因此，為了維持基本上一定的熔化液高度，系統會隨著坩堝14中所需 的熔化液高度來添加新的矽料。為此，在眾多方式中，系統可偵測坩堝14的電阻改變量，其為坩堝14所盛載的熔化液的函數。因此，若有必要，系統可依據坩堝14的電阻和熔化液高度來將新的矽料添加至坩堝14中。舉例來說，在某些實施方式中，通常可藉由大約每秒鐘添加一顆大致呈球形的直徑大約幾個毫米的矽粒，以維持熔化液的高度。舉例來說，關於添加矽料到坩堝14和維持熔化液高度的其他資訊可參考如下美國公告專利：US 6,090,199、US 6,200,383和US 6,217,649，為求完整，今將其揭示並列於此以供參考。

由上，坩堝14內熔化矽的流速通常會受持續地/間隙地將矽添加到坩堝14中以及將其從坩堝14中移除的影響，適當的低流速是所期望的，而坩堝14各種形態的幾何結構和形狀應要能夠使熔化液普遍地沿著一維方向流向移除區34。藉由普遍沿著此一維方向流動，大部份的熔化矽(基本上是全部的熔化矽)可直接流向移除區34。

根據本發明所例示的實施例，使用或改良熔爐10及第1至3B圖所示的部件可使得一個更嚴格控制的、有效率的摻雜技術(即，依通道進行摻雜)成為可能。第4~8圖顯示了這樣的實施例。此外，有些依通道進行摻雜的實施例包含：‧噴墨頭42，其施予精確大小的液滴到熔化液中；‧拉取另一根細絲通過熔化液，此細絲具有一可溶的摻雜層；‧將形成薄型晶圓16之邊緣的細絲進行摻雜；以及‧將一已摻雜的裝置44(如，可溶的已摻雜的細絲)由上至下放到熔 化液中。

第4圖至第8圖對這些實施例中的某幾個進行了詳細的描述。需注意的是，這些不同的實施例可分開來使用，或者一起使用，最終可對熔化液的摻雜物摻雜程度進行微調。此外，這些實施例可與習知的摻雜技術一起使用，習知的摻雜方式係在供料區30將已摻雜的矽粒添加進熔化液中。

第4圖顯示本發明第一實施例中具有複數個噴墨頭42其圍繞著坩堝14進行配置的示意圖。如圖所示，每個通道/層可具有一個注滿摻雜物質的專用、靜置的噴墨頭42。於一基礎實施例中，每個噴墨頭具有一腔室其充填有摻雜物，一輸出口通常正對著熔化液表面，以及一邏輯單元用以控制摻雜物流出輸出口的流動。輸出口可簡單地被控制成在預定的時間間隔時開啟。因此，為達成此項功能，輸出口可具有一門，如微機電系統裝置(microelectromechanical systems device,MEMS)中的一個可動件，其依指定的頻率開啟和關閉。

每個通道的噴墨頭數量可根據熔爐10的功能和其所需而改變。舉例來說，如果熔化液要進行共同摻雜(co-doped)，每個通道可具有兩個噴墨頭。在此例中，每個通道可具有一個具N型摻雜物(如，磷)的噴墨頭以及另外一個具P型摻雜物(如，硼)的噴墨頭。其他共同摻雜的實施例中，每個通道可具有單一個噴墨頭，其具有對熔化液來說相反的摻雜類型。又或者是，單一個噴墨頭可具有延伸出其通道的長度。舉例來說，這個長型的噴墨頭可延伸跨越二到四個通道，並在每一個通道都具有一個輸出小孔。

在結構比較複雜的熔爐10中，可具有單一個噴墨頭其沿著大致與坩堝 14平行的軌道進行移動，這樣的噴墨頭可與習知的印刷噴墨頭類似的移動方式，在不同通道間進行移動。

較佳地，噴墨頭42可採用將摻雜粒子放置在溶劑(如，酒精)的方式來儲存摻雜物。舉例來說，摻雜物包含在酒精溶液中的硼或磷粒子。當從輸出口進行噴出時，酒精溶劑抵達熔化液表面前高溫即會使該溶劑消散。但是，這些粒子仍會持續向熔化液表面前進並進入其中，在接觸後熔化液隨即吸收這些粒子。

然而，當曝露在熔爐10的高溫下，溶液可能在噴墨頭42內時即被氣化，這可能會對噴墨頭輸出口的操作造成阻礙，此亦可能導致整個系統發生大災難。因此，噴墨頭42可設置在坩堝14上方相距一段足夠的距離處。然而，摻雜物可能就無法精確地掉入熔化液中。

為了解決此問題，所示的實施例中可包含溶劑中的可操控摻雜粒子。具體來說，這些被裝載到噴墨頭42的粒子係具有極性，亦即他們具有電荷。因此，熔爐10相應地具有電子裝置和電極，其可在靠近坩堝14處產生可操控的電場，以引導摻雜的粒子進入熔化液。該電場的範圍和強度可根據許多參數進行選擇，包括噴墨頭的位置、粒子的帶電荷以及熔爐10中預期的對流。

除了使用帶電粒子外或在不使用帶電粒子的情況下，有些實施例是在噴墨頭前方形成一熱隔絕屏障(未圖示)。當然，這個屏障應該要有一個開口，以供噴墨頭開口進行輸出。在有些實施例中，這個屏障開口只有在要噴出摻雜物時才開啟，因此可進一步控制其後的熱分佈。此外，此屏障可 整合到噴墨頭中。

每個通道的摻雜可在運行中受獨立的控制，或者根據所需進行編程化。舉例來說，如果有些通道係一起進行摻雜，那些靠近去渣出口34的通道比那些靠近入口18的通道會接收到較多的共同摻雜物。於一實例中，在任何情況下，已知的噴墨頭42應能在大於1000赫茲遞送大小相當精確且重製性相當高的液滴。當然，噴墨頭42亦可以不同的速率遞送液滴。

從第2圖來看，如前所述，熔爐10亦具有用以控制各通道之摻雜的回饋系統22(即，阻力偵測器24和控制器26)。因此，阻力偵測器24可持續不斷地或週期性地檢測生成中的薄型晶圓16的阻力或電阻。如果任何一個薄型晶圓16的阻力或電阻超出了指定的範圍，則控制器26可輸出一個訊號給相應的噴墨頭，以調整其摻雜物位級。較佳地，盡可能使用電線來傳輸此訊號，雖然無線傳輸也可能可以達成。

舉例來說，假設熔爐10中剛開始是P型佈植的熔化液欲進行共同摻雜，如果最靠近輸出埠36的通道中的晶圓16其具有的阻力指出太多P型佈植的話，控制器26可對其相應的噴墨頭42發出訊號，以放置更多的N型摻雜物進去該通道的熔化液中。又或者，控制器26可對其相應的噴墨頭42發出訊號，以放置較少的P型摻雜物進去該熔化液。與此類似的，對於不對熔化液進行共同摻雜的熔爐10，控制器26可簡單地對其相應噴墨頭42發出訊號，以放置較少的P型摻雜物進去該熔化液。

除了使用噴墨頭42外，在某些實施例中不使用噴墨頭42，而是使用形成晶圓16外側邊緣的細絲在某些或所有的通道直接對熔化液進行佈植。為 此，有些或所有的細絲的外側表面塗佈有指定的摻雜物。

對於那些經塗佈的細絲，本領域技術人員可使用任一種組合來對熔化液進行佈植。舉例來說，有些通道的細絲摻雜有一種類型的摻雜物(如，硼)，而其他通道的細絲摻雜有另一種類型的摻雜物(如，磷)。事實上，有些通道可使用具有相反的摻雜特性的細絲，亦即其中一個細絲摻雜有N型摻雜物，而另一個細絲摻雜有P型摻雜物。再者，不同的細絲可具有不同的摻雜物濃度，藉此可進一步微調每個通道中熔化液的摻雜物位級。舉例來說，在給定的通道中P型佈植的熔化液內，較靠近導入區32的細絲所具有的P型摻雜程度可較那些較為下游的細絲還高。

在另一個實施例中，在其外表面具有摻雜物的細絲直接穿過熔化液中指定的位置。第5圖顯示這樣一個實施例，其具有額外的細絲洞46穿越過坩堝14，以使那些通常垂直於熔化液表面的另外再進行佈植的細絲通過。拉取系統20或推動裝置應要足以移動細絲使其穿過熔化液。在有些實施例中可使用習知的細絲，例如那些被用來形成薄型晶圓16的細絲。然而，在其他實施例中可使用其他類型的細絲，例如那些可部份或全部溶解在熔化液中的細絲。事實上，這些額外的細絲可採用與用來形成那些通過主要的洞28的細絲完全不同的材料形成。

與用來形成薄型晶圓16之側邊的細絲不同的，控制器26或其他控制裝置可以不同的速率來使這些細絲穿過熔化液。舉例來說，對於只有將這些細絲作為其摻雜物的唯一來源的熔化液來說，如果薄型晶圓的阻力在指定的範圍內，則控制器26可以指定的速率來使這些細絲通過。然而，如果 該阻力超出該指定的範圍，則這些細絲可以增加的或減小的速率來通過熔化液。

在其他實施例中，如第6圖所示的實施例，在坩堝14上的特定位置設置一摻雜裝置44，其與熔化液的上表面直接接觸。與第5圖所示的實施例不同的，此實施例中的摻雜裝置44是從熔化液上表面進到熔化液中且不穿過坩堝14底部。因此，摻雜裝置44可從坩堝14上方或側邊放進熔化液中。

除此之外，摻雜裝置44可包含經佈植的/經塗佈的細絲、線、插栓，高度摻雜的矽片，或其他可伸入熔化液或從熔化液抽出的裝置。再者，此實施例中的摻雜裝置44較佳可在與熔化液接觸後部份或全部溶在熔化液中，雖然有些實施例中的摻雜裝置44不會溶在熔化液中。在有些實施例中，摻雜裝置44與熔化液接觸後，若其所有的摻雜物基本上都已溶在熔化液中或若沒有再進一步摻雜的必要，則可將摻雜裝置44從坩堝14中移除或取出。如果摻雜裝置44仍存有摻雜物，其可稍後再重新導入熔化液中。

因此，與上述在第5圖討論過的實施例相類似的，摻雜裝置44可以任何系統所需的速率添加到熔化液中。更具體地，回饋系統22可控制摻雜物施加到熔化液的速率。如果需要更多摻雜物時，熔爐10可以較快的速率(視摻雜裝置44溶解的速率或摻雜物溶解的速率而定)將摻雜裝置44由上至下放到熔化液中。如前所述，當不需要更多的摻雜物時，摻雜裝置44可以完全沖熔化液中移除。

第7圖顯示當獨立地控制坩堝14中各個通道的摻雜時形成薄型晶圓的流程圖。需注意的是，為簡潔起見，形成複數個彼此平行的經摻雜的薄型 晶圓其實際流程是相當複雜的，而在下文所描述的流程是簡化後的版本。因此，本領域技術人員應當瞭解此流程具有其他額外的步驟未詳細顯示於第7圖中。再者，與所例示的不同的，有些步驟可以不一樣的順序或以基本上不同的時間點來執行，本領域技術人員應可對此流程進行修改，以適用其特殊需求。

此流程開始於步驟700，也就是添加材料到坩堝14中。如前所述，矽或其他材料可透過導入區30依指定的方式添加到坩堝14中。矽可經過摻雜或未經摻雜，其取決於下游所要使用的摻雜技巧。坩堝14和內部環境的高溫可將此材料熔化成液體/熔化的形態。

接著，於步驟702中，在基本上相同的時間點，將四個薄型晶圓16從熔化液中拉取出來。為此，幾對細絲會通過含有熔化矽的坩堝14。在所例示的實施例中，這些細絲彼此相距超過145毫米。舉例來說，這些細絲可相距大約155毫米或大約156毫米。在其他實施例中，這些細絲彼此可較為接近或較為遠離。在任何情況下，將細絲從熔化液拉出的這種方式會使得細絲薄型晶圓16一併拉出於殼體12之外，如第1圖所示。

在同一時間，或稍後，直接施加摻雜物到長晶區32中的一或多個通道(步驟704)。具體來說，在所例示的實施例中，直到熔化液經適當摻雜後才會開始進行步驟702的晶圓16拉取程序。因此，在使用塗佈有摻雜物的顆粒的實施例中，只要熔化液在坩堝14中到達適當的體積，拉取系統20的拉晶器即開始拉取晶圓16。然而，在使用未塗佈摻雜物的顆粒的實施例中，在熔化液未經適當摻雜前，不應開始從熔化液中拉取晶圓16。

因此，各種直接對特定通道進行摻雜的實施例應略過導入區30(亦即，此摻雜物不直接添加到導入區30，也就是說，其他的摻雜物可直接添加到導入區30，但是因為此摻雜物係被添加到坩堝14中的特定通道，此摻雜物要避開該區30)。舉例來說，第4圖所示的實施例可能使得某些特定的噴墨頭42開始噴出摻雜物將其注入有些通道中，而不會將摻雜物注入其他通道中。作為第二實例，第6圖所示的實施例可能會直接施加可溶解的細絲到零個、一個或多個通道，故亦略過了導入區30。因此，步驟704使得熔爐10進行獨立地摻雜坩堝14中的通道成為可能。

當然，在所例示的實施例中，可確保摻雜物位級受到相當嚴格的約束，以生產效率更高的薄型晶圓16。為此，阻力偵測器24判定各個晶圓16的阻力或電阻是否位在上述提及的指定的限制範圍內(步驟706)，如果摻雜位級不恰當，步驟708會對摻雜位級作相應地調整。

舉例來說，如果熔化液在一通道中具有太多的P型摻雜，則控制器26可停止施加P型摻雜物到該通道中。再者，如本領域技術人員所熟知的，熔化液中的摻雜物會擴散到其他通道(或甚至進到導入區30)，其接著會影響到其他通道的摻雜位級。因此，如果在一給定的通道中的摻雜位級過高，則此流程可減少上游通道的摻雜物。本領域技術人員應對系統進行校正以補償該正在談論之通道所受到的影響以及坩堝14中其他通道所受到的衝擊。

這個對熔化液進行摻雜的流程可允許其步驟進行各種排列組合。此外，此流程可在經塗佈的矽粒添加到導入區30的情況下(即，摻雜物質略 過了長晶區32)對熔化液進行摻雜，亦可在將摻雜物直接施加到長晶區32中的一或多個通道的情況下(這個其他摻雜物質略過了導入區30)對熔化液進行摻雜。此流程亦可採用只摻雜到長晶區32中的特定通道的方式來對熔化液進行摻雜。

如前所述，各實施例可應用在其他結構的熔爐。舉例來說，第8圖顯示另一種結構的熔爐，其將薄型晶圓16從熔化液拉取出來時晶圓16彼此面對面。在其他實施例中，可採用互相交錯的方式或其他方向排列的方式將晶圓16從熔化液中拉取出來。

在所例示的實施例中，可允許對摻雜位級進行微調，故可生產品質較佳的薄型晶圓16。再者，在各個實施例中，可使共同摻雜更為容易。不管怎樣，有些實施例只生產很少量的不合格晶圓16，因此提高了晶圓良率，並降低成本。

雖然上述討論揭示了本發明中各種例示性的實施例，但是顯然地本領域技術人員在不脫離本發明真正的範疇下當可作各種更動，以達到本發明的諸多優點。

10‧‧‧薄型晶圓熔爐

12‧‧‧殼體

14‧‧‧坩堝

16‧‧‧薄型晶圓

18‧‧‧供料入口

19‧‧‧觀察窗

20‧‧‧晶圓拉取系統

22‧‧‧回饋系統

24‧‧‧阻力偵測器

26‧‧‧控制器

28‧‧‧平台

30‧‧‧供料區

32‧‧‧長晶區

34‧‧‧移除區

36‧‧‧輸出埠

38‧‧‧細絲洞

40‧‧‧***部

42‧‧‧噴墨頭

44‧‧‧摻雜裝置

46‧‧‧額外細絲洞

A、B、C、D‧‧‧晶圓

700~708‧‧‧步驟

配合以下簡短的圖式說明並藉由上述實施方式的詳細說明，本領域技術人員應能夠更全面地瞭解本發明各個實施例的優點。

第1圖顯示根據本發明所例示的實施例實現的用以生成薄型晶圓的熔爐(“薄型晶圓熔爐”)的示意圖。

第2圖顯示根據本發明所例示的實施例實現的薄型晶圓熔爐的剖視示意圖，其中其殼體的一部份已被移除以顯示其內部配置。

第3A圖顯示根據本發明其中一個實施例實現的坩堝的示意圖。

第3B圖顯示第3A圖中的坩堝在使用期間的示意圖。

第4圖顯示根據本發明所例示的實施例實現的具有用來分配摻雜物的複數個噴墨頭的坩堝的示意圖。

第5圖顯示一種具有複數個額外的細絲洞的坩堝的示意圖，其中該等細絲洞用以收容已摻雜的細絲，其可對坩堝中熔化的材料進行佈植。

第6圖顯示根據本發明所例示的實施例實現的具有複數個經摻雜的細絲或類似的摻雜物載具的坩堝的示意圖。

第7圖顯示根據本發明所例示的實施例實現的基本上同時地生成並取出複數個晶圓的流程示意圖。

第8圖顯示根據本發明所例示的實施例實現的另一種生成方式其複數個薄型晶圓以面對面排列的方式生成及進行佈植的示意圖。

700~708‧‧‧步驟

Claims (33)

1. 一種形成薄型晶圓的方法，該方法包含：將材料添加到一坩堝中，該坩堝具有一供料區和一餘留區，該材料係被添加到該供料區；將該材料進行熔化以形成一第一長晶區和一第二長晶區，該餘留區包含該第一長晶區和該第二長晶區；從該第一長晶區中拉取出一第一薄型晶圓；當從該第一長晶區進行拉取該第一薄型晶圓時，從該第二長晶區拉取出一第二薄型晶圓；以及直接施加一摻雜物到該餘留區中的該材料，該摻雜物的施加係繞過該供料區，藉此對該餘留區中的至少一部份進行佈植。
2. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，更包含直接施加該摻雜物到該坩堝的供料區中的材料，而直接施加該摻雜物到該供料區中之材料的步驟包含繞過該餘留區而對該供料區進行佈植。
3. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，其中直接施加該摻雜物的步驟包含直接施加該摻雜物到該第二長晶區，而不直接施加該摻雜物到該第一長晶區，該第一長晶區係介於該供料區和該第二長晶區之間，該直接施加的摻雜物會從該第二長晶區擴散到該第一長晶區。
4. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，其中直接施加該摻雜物的步驟包含直接施加該摻雜物到該第一長晶區和該第二長晶區，該第一長晶區係介於該供料區和該第二長晶區之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該直接施加的摻雜物擴散到該供料區中的材料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，其中直接施加該摻雜物的步驟包含直接將一摻雜裝置放進該餘留區中、與該餘留區中的材料直接接觸。
7. 如申請專利範圍第6項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該摻雜裝置包含一細絲，該細絲在與該材料接觸後基本上會進行瓦解，以釋放出該摻雜物。
8. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，其中直接施加該摻雜物的步驟包含從一噴墨裝置釋放摻雜粒子到該餘留區中一或多個預定的部份。
9. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，其中拉取該第一薄型晶圓的步驟包含將一對細絲穿過該材料，這對細絲中的至少一個塗佈有該摻雜物，來自該至少一個細絲的摻雜物係作為直接施加該摻雜物到該餘留區中之材料的來源。
10. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，其中直接施加該摻雜物的步驟包含將一部件穿過該餘留區中的材料。
11. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，更包含量測該第一薄型晶圓和該第二薄型晶圓中的至少一個的性質，並根據所量測到的性質來直接施加該摻雜物。
12. 如申請專利範圍第11項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該性質 係為該第一薄型晶圓和該第二薄型晶圓中的至少一個的阻力，並隨著該阻力來改變該直接施加之摻雜物的體積。
13. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，更包含從該坩堝中的材料拉取出至少一個另外的薄型晶圓，該另外的薄型晶圓是從分隔開的長晶區被拉取出來。
14. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該第一薄型晶圓和該第二薄型晶圓係設置成邊靠邊的排列。
15. 如申請專利範圍第1項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該第一薄型晶圓和該第二薄型晶圓係設置成面對面的排列。
16. 一種形成複數個薄型晶圓的裝置，該裝置包含：一坩堝，其具有一供料區和一餘留區；一材料入口，用以接收要被添加到該坩堝中之供料區的材料；一晶圓拉取器，用以從該餘留區中拉取出複數個薄型晶圓；以及一摻雜裝置，可操作性地與該坩堝耦接，該摻雜裝置係設置成直接添加一摻雜物到該餘留區，而繞過該供料區。
17. 如申請專利範圍第16項所述之形成複數個薄型晶圓的裝置，其中該摻雜裝置包含一噴墨裝置。
18. 如申請專利範圍第16項所述之形成複數個薄型晶圓的裝置，其中該摻雜裝置包含一施加器，其可操作性地與該坩堝耦接，該施加器係設置成將一經摻雜的部件移動至該餘留區，以對該餘留區進行佈植。
19. 如申請專利範圍第16項所述之形成複數個薄型晶圓的裝置，更包 含一餘留區入口，用以直接接收已摻雜的材料到餘留區。
20. 如申請專利範圍第16項所述之形成複數個薄型晶圓的裝置，其中該餘留區包含一第一長晶區和一第二長晶區，該第一長晶區具有一對長晶細絲開口，其用以收容用來生成一第一薄型晶圓的細絲，該第一長晶區並具有至少一個摻雜細絲開口，其用以收容一經摻雜的細絲。
21. 如申請專利範圍第16項所述之形成複數個薄型晶圓的裝置，更包含一阻力偵測器用以偵測至少一個薄型晶圓的阻力，該裝置進一步具有一控制器用以根據所偵測到的阻力來控制要佈植到該餘留區的摻雜物。
22. 如申請專利範圍第16項所述之形成複數個薄型晶圓的裝置，其中該餘留區包含一第一長晶區和一第二長晶區，該摻雜裝置係設置成施加摻雜物到該第一長晶區和該第二長晶區兩者或其中一者。
23. 如申請專利範圍第22項所述之形成複數個薄型晶圓的裝置，其中該餘留區包含一第三長晶區，該摻雜裝置係設置成施加摻雜物到該第一長晶區、該第二長晶區和該第三長晶區中的一者、兩者或全部。
24. 一種形成薄型晶圓的方法，該方法包含：將材料添加到一坩堝中，該坩堝具有一供料區和一去渣區，該材料係被添加到該供料區並通過該去渣區被移除；將該材料進行熔化以形成一晶圓生成區，其介於該供料區和該去渣區之間；從該生成區基本上同時地拉取出複數個薄型晶圓；以及直接施加摻雜物到該生成區內熔化的材料中，該摻雜物繞過該供料 區，以對該生成區的至少一部份進行佈植。
25. 如申請專利範圍第24項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該直接施加的摻雜物從該生成區擴散到該供料區。
26. 如申請專利範圍第24項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該坩堝具有一長度，該等薄型晶圓係沿著該坩堝的長度方向排列。
27. 如申請專利範圍第24項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該材料包含矽。
28. 如申請專利範圍第24項所述之形成薄型晶圓的方法，更包含直接施加該摻雜物到該坩堝的供料區中的材料，而該直接施加的步驟包含繞過該生成區以對該供料區進行佈植。
29. 如申請專利範圍第24項所述之形成薄型晶圓的方法，其中直接施加該摻雜物的步驟包含直接將一摻雜裝置放進該生成區中、與該生成區中的材料直接接觸。
30. 如申請專利範圍第29項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該摻雜裝置包含一細絲，該細絲在與該材料接觸後基本上會進行瓦解，以釋放出該摻雜物。
31. 如申請專利範圍第24項所述之形成薄型晶圓的方法，其中直接施加該摻雜物的步驟包含從一噴墨裝置釋放摻雜粒子到該生成區中一或多個預定的部份。
32. 如申請專利範圍第24項所述之形成薄型晶圓的方法，更包含量測該等薄型晶圓中的至少一個的性質，並根據所量測到的性質來直接施加該 摻雜物。
33. 如申請專利範圍第32項所述之形成薄型晶圓的方法，其中該性質係為該等薄型晶圓中的至少一個的阻力，並隨著該阻力來改變該直接施加之摻雜物的體積。