TW476816B - Method and apparatus for producing a single crystal - Google Patents

Description

476816 A7 B7 五、發明説明（ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 的。 一氣室會錯響體矽應體矽闞 ，氧統加種反的 體法 在性升那位影氣化反熔化這 煩果傳在一所料 氣方 是惰提。些也載氧上在氧， 麻如器蓋為有材 性的 式用止界一時運，壁留的係 起。熱覆成料熱 惰體 方，防相成同當外堝矽出關 惹內加矽弱材絕 著晶。的時了 的造溢充之坩化檢種 會之此化脆熱 ， 溢單器統升為中致沖體室在氧體一 卻室，碳得絕點 沖矽儀傳提是長 Μ 的氣升堝該氣在。矽升時層變的一 在長種，漸溢生，體性提坩。性存氧化提上一而器這 法生一中漸沖體險氣惰至英出惰間的氧在器出間熱於 基種的體被體晶危性該送石逸被之內除積熱生時加關 斯一法晶體氣單的惰。蓮的體於量體清沉加就著著。 勞的方單熔性達中。度並用熔。數晶來體的快隨繞生 克體該矽的惰到之止程起使自生的單助固堝很層環發 曹晶施產內Μ粒體停的撿上體共氧於協成坩麼蓋是會 用單實生堝種顆晶長生矽統氣內內生的會於那覆若樣 藉升到法坩這的於生共化傳的體體共溢矽熱 ，一 。一 於提係基於。間合的體氧和量晶晶制沖化加的這源也 關體關斯放室空共體晶的料大單單控體氧Μ成。來況 乃熔也勞置升體粒晶中生材且於於 Μ 氣的用組上的狀 :明自時克從提氣顆單長產融並氧合用性份在墨面末的 景發中同曹體該於些致生體熔，致共被惰部積石表粉同 背本室明Μ晶溢在一導與熔當生導和常藉有沉 Κ的有相 明升發 單沖存生且氧自在產會量通 為矽是器欲 ， 發提本 支體內發並了將是時內數係 因化上熱不應 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 476816 A7 B7 五、發明説明（2 ) 絕熱能力可能有額外的變化到某一種程度時就無法再提升 單晶體，因為管制著單晶化晶體生長所需求中關聯到的熔 體內及單晶體內的溫度場已經不可能達到。因此那就絕對 必要經常將生產單晶體的儀器停用，才能將儀器內受損害 的部份換新，然而這種維護作業十分費時，以及牽連著很 高的費用。 為了延長停機保養之間的操作時間，專利案EP-568183 B1號就揭示用一種惰性氣流通過提升室，該氣流通過提升 室上部的中央區域所開的進氣口而流入，再以徑向朝外流 至排氣口，這些排氣開口是在提升室的上部進氣口的外面 作徑向的安排。 這種將惰性氣流的流通限制在提升室上部的安排減小 了藉由惰性氣流控制單晶體内氧共生的實效性。同時另一 方面，這種措施又不能防止氧化矽繼續地可能擴散至提升 室中環繞著坩堝周圍和坩堝下面的那些儀器部位。除此之 外，在提升室的下部沒有發生氣體對流現象，其結果為自 絕熱材料氣化而出的碳塵粒又積聚於絕熱材料上，並且容 易引起在絕熱材料與加熱器之間的氣體放電。 發明的詳细說明： 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的目標為使每次必須的停機保養之間的可操作 時間得到延長而同時又不必承受不便之弊。 本目標可以藉由與前述同類型的方法達成，該方法包 括： a) 在提升室內設置一個第一內室和一個第二內室，該兩 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 476816 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（3 ) 個内室的側面、頂部和底部都有界面作為輪廓； b) 第一惰性氣體氣流通過第一內室的頂部界面進入第一 內室之中，該室裝有一個熱屏風環繞著該單晶體，K及一 個盛有熔體的坩堝；及 c) 第二惰性氣體氣流通過第二內室的底部界面進入第二 内室之中，該室裝有一個用K將坩堝加熱的加熱器，此裝 置的條件為第一氣體氣流與第二氣體氣流最早只能在它們 離開內室之後才得混合。 本方法的成功可Μ特別自於兩次必要的保養週期之間 的間距有一相當的延伸得到體現，此外又因為例如加熱器 和周圍的絕熱設施受到較少的損耗及較不常必須更新而大 為節省。一種進一步的費用效益也可從提升系統的生產力 增加及所生產的單晶體持恒的高品質這些事實看到。 本發明也關於實施本方法的一種儀器，該儀器有一個 第一內室和一個第二內室。第一內室容有坩堝和熱屏遮， 第二內室則容有加熱器。内室有相同輪廓的側面、頂部及 底部的界面；該儀器有一將惰性氣體自第一內室頂部界面 輸入第一內室的第一器具及一將惰性氣體自第二內室底部 界面輸入第二內室的第二器具。 此方法和儀器藉參閲下面圖式作更加詳细的說明： 圖一顯示該儀器一實施例的剖面示意圖； 圖二顯示該儀器另一實施例的剖面圖。 在兩圖中，只有為說明本發明所必須的特點被標示出 來。類似的部位具有相同的參考符號。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 476816 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（4 ) 依照圖一的儀器為包括一個具有藉用曹克勞斯基法自 熔體（4)提升一單晶體（3)的一具提升器（2)的提升室（1), 此處乃Μ示意方式表達。熔體被容盛在傳統上K石英玻璃 製成的坩堝（5a)之內，而由一支持坩堝（5b)所支持。這些 坩堝安裝在旋軸（6)上，可Μ旋轉及可上下移動。傳統上 會裝設一個熱屏風（7)圍繞著單晶體並向下延伸至熔體表 面的近處Μ為單晶體隔熱。該熱屏風可作管狀的設計，或 者如見於圖一的成錐狀設計。在此提升系統上部設置一個 支架（8)以支持該熱屏風。一個加熱器（9)安裝在坩堝（5a) 周圍和在坩堝下面。通常用作加熱器的是有至少一個電流 供應引線（1 0 )的一種石墨電阻電熱器。加熱室用絕熱材料 保護，不會因暴露於熱而損壞。一件絕熱體（11)圍繞著加 熱器，它包括例如一個石墨輻射管（11a)和一個石墨氈繞 組（11b)。於提升室（1)的下方也包括更多的絕熱材料如圖 中（12)及（13)所標示。 在所顯示的實施例中，於熱屏風（7)的支架（8)下面的 提升室內部再向內分成一些內室。有一個第一內室（14)其 內包含有熱屏風（7)和坩堝（5a), Μ及一個第二內室（15) 其內包含著加熱器（9)。第一内室（14)Μ —個管（16)為其 旁側的界面。進一步的界面就Μ支架（8)(內室14的頂部界 面）和一個載物盤（17)(內室14的底部界面）組成。内管（16) 和載物盤（17)最好是Κ石墨製成，並且也同時作為第二內 室的界面。第二內室（15)的進一步界面是由上蓋（18)(内 室15的頂部界面），絕熱體（13)(內室15的底部界面）和一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 476816 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（5 ) 個支持管（20)連同絕熱體（11)(内室15的側面界面）共同組 成。 内室（14)和（15)每一個都有其供氣器具來輸入惰性氣 體。將惰性氣體輸進第一內室（14)的器具（22)把惰性氣體 氣流（I)灌入提升室的上層，穿過支架（8)和穿過熱屏風 (7)而進入第一內室（14)。該輸入的惰性氣體氣流穿過在 内管（16)所開的出口（23)離開内室（14),再從轉向管（25) 的輸出開口（24)穿出。最後該輸入的惰性氣體又通過抽氣 口（28)被吸出提升室（1)之外。將惰性氣體輸進第二内室 (15)的器具（29)把惰性氣體氣流（H)穿過提升室（1)的底 層（19)和絕熱體（13)灌入第二内室（15)。該輸入的惰性氣 體氣流穿過在頂蓋（18)所開的出口（26)也從抽氣口（28)被 吸出提升室（1)。 這兩股惰性氣體氣流最早要在離開內室（14)和（15)之 後才能夠混合。於所示的實施例中，氣流於抽氣室（27)內 混合，此室為與抽氣口（28)相連。這種設計表現出該儀器 防止帶氧化矽的惰性氣體氣流I接觸到特別是加熱器（9 ) 及絕熱體（11)等部位，並且另一方面，該惰性氣體氣流H 避免了在絕熱體（11)上的積聚和因而增加了電閃絡的危險。 圓二顯示本發明一項進一步的實施例，本例與圖一所 說明的實施例不同處為增加了一樣特徵。該儀器有一供輸 惰性氣體的第三器具（30),此器具輸送惰性氣體氣流Μ穿 過載物盤（17)進入第一內室（14)。輸入的惰性氣體氣流Μ 穿過內管（16)的排氣開口（23)離開內室（14),並且也穿過 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 476816 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（6 ) 轉向管（25)的排氣開口（24),和穿過抽氣口（28)被吸出提 升室（1)之外。該惰性氣體氣流I和1已經於內室（14)內 混合。 在此實施例中，共合於單晶體內的氧不僅受輸入的惰 性氣體氣流I的影響，同時也受輸入的惰性氣體氣流m的 影響。藉以控制氧的共合的一項重要變數就是每單位時間 内惰性氣體氣流I與姐灌入內室（14)中惰性氣體的量。那 必須是在提升單晶體時成一種受控制的方式來變化，俾使 在單晶體中達到一定的氧濃度。單晶體中的氧濃度通常不 應該超過或低於某一要求的狹窄數值範圍。 要使得在單晶體中實際達到所欲的氧濃度，先進行一 步初步試驗，Μ決定必須輸入內室的惰性氣體中由惰性氣 體氣流I和II之間的比率，Μ及釐清在單晶體生長時這個 比率必須如何變化。如果第三惰性氣體氣流廢棄不用，那 麼惰性氣體氣流I所導致單位時間內輸入内氣室（14)的惰 性氣體的量Κ及該量隨著時間所生的變化則是決定因素。 例證：為了加熱器和環繞著它的絕熱材料的損耗而必 要實施的保養作業之間的可操作時間來作比較，依照圖一 所設計的儀器要比一些習用設計的類似儀器，在相當的提 升條件之下，可操作的時間大約長5倍之多。 圖式簡單說明： 圖一顯示本發明之儀器一實施例的剖面示意圖； 圖二顯示本發明之儀器另一實施例的剖面圖。 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-- 訂 HI m·· MiBfisi eti 豐一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 476816 A7 B7 五、發明説明（ 號 編 件 元 要 主 2 3 4 a 6 7 8 9 ii 11 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

2 7 8 9 0 2 2 2 2 3 I I 1 攪攪獲 氣氣氣 堝堝 架 室室具 具具性性性 室器體 坩坩軸風支器器內內器室 口器器惰惰惰 升升晶體英持轉屏風熱熱一二一氣氣二三一二三 提提單熔石支旋熱屏加絕第第第抽抽第第第第第 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ---------^Γ^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?! _會

Claims (1)

1. 476816 Β8 C8 D8 ί无 申睛專利範圍 认種生產矽早晶體的方士'ϋ汝y於惰性氣體沖溢 的提升室中，帛曹克勞斯基法自熔體提升單晶體 括下述步驟： 、 〇在提升室中設一第一内室及一第二内室，該第一内室 有-側面界面、一頂部界面及一底部界面，及該第二内室 有一側面界面、一頂部界面及底部界面； b)將一股第一惰性氣體氣流穿過第一内室的頂部界面 輪第一内室之中，此内室包含一具環繞著單晶體的熱屏 風’和一個盛放熔體的坩堝；以及 C)將一股第二惰性氣體氣流穿過第二内室的底部界面 輸入第二内室之中，此内室包含一具用以加熱坩堝的加熱 器，但以第一惰性氣體氣流與第二惰性氣體氣流最早只能 夠在其離開該第一内室及第二内室之後才能混合為條件。 2·如申請專利範圍第1項的方法，其中包括 將一股第三惰性氣體氣流輸送穿過第一内室的底部界面進 入第一内室。 3·如申請專利範圍第2項的方法，其中包括 用第一惰性氣體氣流的輸入和用第三惰性氣體氣流的輸入 抑制氧混入單晶體。 4· 一種使用曹克勞斯基法生產矽單晶體的裝置，包括以 一種惰性氣體沖洗過的提升室，該提升室中有一自熔體提 升單晶體的裝置，並有·· a) —個容納熔體的坩堝； b) —個用以加熱坩堝的加熱器，該加熱器裝設在坩堝週 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------------—訂----- ί 線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫♦本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^+/061() 、申請專利範圍 c) d) e) f) 5· A8 B8 C8 D8 圍； 一層絕熱體，該絕熱體裝在加熱器週圍； 一個熱屏風，該熱屏風（又稱遮熱板）裝設在熔體之上 並圍繞著單晶體； 一個第一内室，該内室内有上述的坩堝和熱屏風，一 個第二内室，該内室内有上述的加熱器，該第一内室 有一側面界面、頂部界面和底部界面；該第二内室有 一侧面界面、頂部界面及底部界面；及 一個第一裝置注入惰性氣體穿過第一内室的頂部界 面進入第一内室、和一個第二裝置注入惰性氣艘穿 過第二内室的底部界面進入第二内室。 如申請專利範圍第4項的裝置，其中包括一個第三裝 置注入惰性氣體穿過第一内室的底部界面進入第一内室 -------------% (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）