TW201335447A - 用於生產結晶半導體晶錠之坩堝及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種用於生產結晶半導體晶錠之坩堝(1)，其包括一由一底板(1a)及多個周圍側壁(1b)所界定之內部容積，底板(1a)之頂表面包括一界定一第一水平平面(H)之平面部分，諸側壁(1b)則各包括一內表面，其具有一大致成垂直之平面部分，界定一大致成垂直之平面(V)，且垂直於第一水平平面(H)，而此諸側壁(1b)藉由形成一至少1 mm之曲率半徑R1而在底板(1a)之周圍處與此底板相接合，其特徵為：在第一水平平面(H)與由各側壁(1b)之諸大致成垂直的平面部分所界定之諸大致成垂直之平面(V)間形成相交之相交線(hv)係完全地位於諸側壁(1b)上、底板(1a)上、或在坩堝之內部容積中。
Description
本發明概括地關於諸如矽之半導體晶體的製造，其可供使用在許多光伏應用中。具體而言，本發明係關於一尤其適合用於生產單晶或類單晶半導體晶錠之特別坩堝，而此晶錠則用於藉由使用晶化晶種來製造半導體晶圓。
半導體晶圓(諸如矽)被廣泛地用於光伏應用中以便將光子能轉換成電能。理想上係使用如單晶矽(MCS)之單晶半導體，藉而產出大約18-19%之電轉換比。然而，典型使用柴可斯基(Czochralski)拉伸工法所進行之半導體單晶體的生產頗慢且昂貴。此被說明於例如US2008/053368、US2011/214603及WO2011/083529中之柴可斯基拉伸工法包括拉伸並晶化一由熔融半導體池所出之晶錠。此拉伸工法必須被嚴格地控制以便將缺陷減到最少；具體而言，此晶錠之拉伸比必須非常低，而此所增加之生產成本將超過光伏產業界所願支付者。由柴可斯基拉伸工法所生產之半導體因此通常被用於電子應用上，而很少用於光伏應用上。
如US2007/227189案中所述，通常使用布里奇曼(Bridgman)生長技術來生產一如多晶矽(PCS)之較便宜類型的半導體晶圓，其中一被包含在一坩堝中之熔融半導體材料池係以一經管控之方式被冷卻，以便可固化來自此坩堝底部處之材料，並將呈晶體液態狀之前沿向上
推至此坩堝的頂部。為了進行此工序，一坩堝被安置在一爐內並被充滿半導體原料。此爐被起動以便熔化整個原料量。熱接著利用一被安置在此坩堝下方之散熱器而經由底板被抽出；此散熱器通常包括一流動於管路中之氣體。藉由改變此氣體之流動速率，將可控制由此原料處抽出熱之速率。當與該板相接觸之原料層內的溫度達到晶化溫度時，結晶體將從底板處開始生長並隨著結晶前沿持繼續進行而延伸向上。相較於用柴可斯基拉伸工序所產之大約100kg批量，可用布里奇曼技術生產高達500kg之批量。當用布里奇曼技術生產之多晶半導體晶錠所需成本係大約為用柴可斯基技術生產之單晶半導體晶錠所需成本的三分之一時，用多晶晶圓所得之大約14-16%的轉換率相較於用單晶晶圓所得者係相當低的。
最近的研究已顯示，可運用布里奇曼技術藉由在坩堝之底板上鋪瓦而以單晶晶種來生產單晶或類單晶半導體晶錠，其係由例如柴可斯基技術所生產之具有幾公釐至公分厚度的單晶半導體材料平板。此諸結果被呈現在例如FR2175594、WO2010/005705、US2011/0146566、及US2010/0003183案中。諸晶種與原料相接觸之頂面應與該原料一起熔化。熱必須在諸晶種之底面開始熔化之前先從坩堝之底部處被抽出，以便使得一單晶晶錠可從已被部分熔化之晶種處生長，而在晶化持續進行之際務必要維持一穩定固化前沿。在坩堝內之溫度分布因此必須被非常精準地控制。
用於生長一結晶體晶錠之坩堝通常係呈一敞開盒體
之形狀，其具有一底板即通常有四個用以界定一內部容積且係以氧化矽基耐火材料所製成之側壁。此類坩堝之生產及使用條件要求不能存在任何銳利邊緣，以免高應力集中在製造期間或當坩堝荷載並經嚴峻溫度循環時會導致裂縫之形成及擴展。為此原因，此坩堝之底板藉由形成一曲率半徑而接合諸垂直側壁。同樣地，兩相鄰側壁亦藉由形成一曲率半徑而相接合。
利用布里奇曼工序來進行半導體晶錠之(類)單晶生長的限制在於：除了多個從底板處生長之單向晶體Xu之外，多個橫向晶體Xt係從坩堝之諸側壁處朝一與該單晶之通常生長方向成橫切之方向生長，如第5(a)圖中所顯示者。具體而言，當使用一單晶晶種時，有必要在該底板與該等側壁間之相交處形成一曲率半徑來避免該底板被諸晶種完全覆蓋。因此有必要在諸坩堝壁與該垂直生長晶錠之間有一間隙。多個從諸側壁處生長之橫向晶體將主要在此階段中發展。一類似之情況亦將盛行在一從該底板處垂直地生長之多晶晶體中。這些橫向晶體之長度t1可達到數公分長，且其侵入相鄰單向晶體內之情形可能造成在其晶體晶格上之缺陷且必須從晶錠處被修整掉並再度被熔化，因為這些並不適用於光伏應用，這將對該工序之效力造成損害。
本發明提出一用於生產(類)單晶半導體晶錠之解決方法，其係藉由一布里奇曼工序而被達成，而在此工序中有多個橫向晶體生長自該坩堝之諸側壁，其具有大致上較小於此後所完成者之厚度。本發明之此一及其他優
點將在下文中被進一步敘述。
本發明係由後附之申請專利範圍中之諸獨立項所界定。諸附屬項則界定多個較佳實施例。具體而言，本發明係有關於一種用於生產結晶半導體晶錠之坩堝，其包括一由一個底板(1a)及多個周圍側壁所界定之內部容積，而此底板之頂表面包括一界定一第一水平平面之平面部分，此諸側壁則各包括一內表面，其具有一大致成垂直之平面部分，界定一大致成垂直之平面(V)，且垂直於該第一水平平面，而諸側壁藉由形成一至少1 mm之曲率半徑R1而在底板之周圍處與此底板接合，其特徵在於：在該第一水平平面與由各側壁之諸大致成垂直的平面部分所界定之諸大致成垂直之平面(V)間形成相交之相交線係完全地位於該等側壁上、該底板上、或在該坩堝之內部容積中。
在一較佳實施例中，沿著底板與諸側壁間之接合處的半徑R1係藉由一寬度為L1及深度為d1且沿著此底板之周圍延伸並被形成於此底板及/或此諸側壁上之溝槽所界定。此溝槽半徑R1較佳地在5至25mm間，更佳地在10至17mm間，最較佳地在12至15mm間。此溝槽寬度L1較佳地在5至30mm間，更佳地在10至20mm間，最較佳地在12至17mm間。此溝槽深度d1較佳地在1至8mm間，更佳地在2至6mm間，最較佳地在3至5mm間。
在一實施例中，一底板溝槽被設置在底板上，其沿
著此底板之周圍而延伸，且較佳地以一曲率半徑R2接合此底板與該水平平面共面之部分。在一可替代實施例中，一些或所有側壁(1b)包括一側溝槽，其沿著此底板之周圍而延伸，且較佳地係以一曲率半徑R3接合各側壁與該垂直平面共面之部分。在另一第三實施例中，坩堝同時包括此底板溝槽及此諸側溝槽。
如前所討論，此坩堝之兩相鄰側壁通常形成一具有一大約5至25 mm之半徑R4的隅角，以便可防止在此形成應力集中。為有助於以若干矩形之晶化晶種大致鋪砌底板之整個面積，有利地此被形成於兩相鄰側壁間之半徑R4係由一被形成於此諸相鄰側壁中之一或兩者上的隅角溝槽所界定，此隅角溝槽係沿著位於該兩相鄰側壁間之隅角從底板處向上伸展。為了簡化此類坩堝之製造，此隅角溝槽較佳地係從底板處伸展至諸側壁之頂部。此諸延伸於諸側壁上之隅角溝槽可為與上述有關延伸於底板周圍處之底板溝槽或側溝槽者相同之類型。
底板及諸側壁可係以一塗層材料塗布。在一較佳實施例中，此底板包括一沿著其周圍延伸之底板溝槽，其係以一填充材料填充，以便使此填充材料可與該水平平面齊平。此填充材料可藉由使用一選自由下列者所構成之群組中之材料而獲得：氮化矽(Si3N4)、賽綸(sialon)陶瓷、氮氧化矽、熔融石英或熔融矽石、合成矽石、金屬矽、石墨、氧化鋁、天然或合成CaO基、SiO2基、Al2O3基、MgO基、ZrO2基陶瓷材料或其前驅物(例如矽氧烷、矽氮烷、或類似者)，其係呈下列形狀：
- 一低密度層，類似一泡沫體，其密度較佳地在0.3至1.6 g/cm3間，更佳地在0.8至1.3 g/cm3間，或- 微粒物質，諸如纖維、空心殼體、奈米顆粒、中球狀顆粒、及其等之混合物，前述材料中之每一者較佳地具有小於20 ppm之Fe含量，更佳地小於5 ppm，最佳地小於1 ppm。如果底板被塗層以一塗層材料，則此塗層材料可相同於填充該底板溝槽之填充材料。
為了生長(類)單晶晶錠，底板較佳地係以至少一個晶化晶種鋪蓋。事實上較佳地，此底板之大致整個面積係以超過一個之晶化晶種鋪蓋。一根據本發明所實施之坩堝的優點在於：諸晶化晶種可藉由延伸跨過底板溝槽之一部分或藉由部分地接合在一側溝槽中而大致地伸展達到各側壁。再者，此底板溝槽較佳地係以一填充材料填充，以便在結晶化過程中可產生一跨越此坩堝底板的整個面積(包括溝槽面積)之大致均勻熱流。
本發明亦有關於一種如前所界定之坩堝的用途，其可供生產一結晶半導體晶錠，較佳地一類單晶矽晶錠。
一結晶半導體晶圓可用下列步驟生產：(a)提供一如上所述之坩堝；(b)藉布里奇曼技術在坩堝中形成一結晶半導體晶錠；(c)將此晶錠從坩堝處抽出並修剪掉任何缺陷層；及(d)將被如此修剪之晶錠切成薄片以形成半導體晶圓。
此半導體材料較佳地是矽。結晶晶圓接著可從因此被產生之晶錠處被提取出，且此類結晶晶圓可進一步被
加工以形成一光伏電池。
如經由將第1(a)圖所示之傳統坩堝與第1(b)圖所示之本發明坩堝範例相比較後可見的，一根據本發明所實施之坩堝(1)十分類似於本藝中利用布里奇曼技術生長例如矽之(類)單晶晶錠時所使用之坩堝。此坩堝包括一底板(1a)及若干由一諸如石英或熔融矽石之矽氧基耐火材料所製成之側壁(1b)。此坩堝可具有一圓形基部，但其通常具有一方形或矩形基部。此底板及此諸側壁可包括一塗層，其係如在本藝中所經常使用之例如幾微米厚的氮化矽層。此坩堝之底板(1a)可以許多晶化晶種(3)鋪蓋，其較佳地大致覆蓋住此底板之整個面積。在此兩種類型之坩堝中，底板(1a)藉由形成一曲率半徑R1而接合諸側壁，以便防止應力集中形成在隅角及邊緣處。一根據本發明所實施之坩堝使其有別於習用坩堝處在於底板(1a)與諸側壁(1b)中之一者間之接合的幾何形狀。此接合的幾何形狀係使在一第一或水平之平面(H)與各側壁(1b)之垂直部分的延長部分(V)間形成相交的每一相交線(hv)之主要部分係位在此坩堝之諸側壁(1b)上、在其底板(1a)上、或在其內部容積中。水平平面(H)係由底板(1a)之頂表面的平面部分所界定。
此幾何形狀具有之優點在於：用於生長(類)單晶晶錠之晶種可大致覆蓋底板(1a)的整個面積，此可經由將第1(a)及5(a)圖所示之習知坩堝與第1(b)及5(b)圖所示之本發明坩堝相比較後而明顯看到。在傳統之坩堝(參照
第1(a)及5(a)圖)中，必須水平地放置在底板上以確保與此坩堝的底板(1a)有良好熱接觸之諸晶種可僅覆蓋此底板之水平部分並就在半徑R之前面停止。確實，在傳統之坩堝中，此底板在與諸側壁接合處開始上升以形成一曲率半徑R。諸晶種因此必須與諸側壁(1b)相隔一至少R(R通常大約5至20 mm)之距離。另一方面，在一根據本發明所實施之坩堝中，諸晶種(3)可伸展達到很接近側壁處，如第1(b)及5(b)圖中可見的。此顯然很小的差異卻對生產(類)單晶晶錠的功效有著重大的影響。如第5(a)圖中所示意顯示的，當熱經由底板而被消除時，單向晶體Xu將從諸晶種(3)之熔融表面起開始向上生長，而諸橫向晶體Xt亦將從諸側壁(1b)起向側面生長。此行進中的熱前沿被控制成可具有一平坦或較佳成凸起之形狀(參照第1(a)及(b)圖)，其促進垂直晶體Xu的生長，而這將對橫向晶體Xt造成損害，但後者可能仍再生長一段幾公分之距離t1，因而在一些距離上破壞了晶錠中之單向晶體晶格。接著，一晶錠之各橫側面在從其上切割晶圓之前先必須被修剪幾公分，此代表對該工序之效力的嚴格限制。
如果水平平面(H)與各側壁(1b)內表面之垂直部分的延長部分(V)彼此相交於坩堝(1)內部容積之內或於該底板或對應側壁上，則諸晶種(3)可大致覆蓋底板(1a)之整個面積；若如第5(b)圖所示般地並不與諸側壁(1b)接觸，那也會是非常靠近的。在這些狀況中，已發現諸橫向晶體Xt之大小t2係大致小於以習用坩堝所得之晶體
大小t1(比較第5(a)及(b)圖)。諸橫向晶體Xt之大小縮減代表實質上比習用工序更加經濟，因為一晶錠為了生產光伏品質之晶圓所須修剪之厚度係由諸橫向晶體Xt中之最大者所控制，且高價值之刮去材料的量因此被減少。此外，較大尺寸之橫向晶體將會破壞單向晶體之晶格達一比小尺寸橫向晶體更大之深度。刮去之材料明顯地可被重新使用作為原料並再度被熔化，但此工序卻是頗耗費能源的。
介於由底板(1a)頂表面之平面部分所界定的水平平面(H)與各側壁(1b)內表面之垂直部分(V)的延長部分之間的相交線(hv)可藉由沿著底板(1a)與諸側壁(1b)間之接合處界定半徑R1而被包含在坩堝(1)的內部容積內或在該底板或相對應側壁上，而此半徑則係由一寬度為L1(L1a,L1b)及深度為d1(d1a,d1b)且沿著底板(1a)之周圍延伸並被形成於底板(1a)上及/或諸側壁(1b)上之溝槽(8a,8b)所界定。此諸溝槽之不同實施例被顯示在第2(b)(e)圖中，其對照於一被顯示於第2(a)圖中之傳統坩堝。一溝槽半徑R1之典型值係在5至25 mm之間，較佳在10至17 mm之間，更佳在12至15 mm之間。溝槽可具有一寬度L1，其係在5至30 mm之間，較佳在10至20 mm之間，更佳在12至17 mm之間。一典型溝槽之深度d1係在1至8 mm之間，更佳在2至6 mm之間，最佳在3至5 mm之間。
如第2(c)及(d)圖所示，底板(1a)可包括一沿著底板之周圍延伸的底板溝槽(8a)。在一較佳之實施例中，底
板溝槽(8a)以一曲率半徑R2接合底板(1a)與水平平面(H)共面之部分。在一如第2(b)圖所示之可替代實施例中，所有側壁(1b)包括一沿著底板(1a)之周圍延伸的側溝槽(8b)。與底板溝槽(8a)類似地，各側溝槽(8b)以一曲率半徑R3接合各側壁(1b)與垂直平面(V)共面之部分。最終，底板(1a)與諸側壁(1b)中之每一者可分別地配備有一底板溝槽(8a)及一側溝槽(8b)，其均如第2(e)圖所示般地沿著底板(1a)之周圍延伸。
因為多個位於兩相鄰側壁間之隅角通常形成一如第4(a)圖所俯視顯示之半徑R4，故一覆蓋住一包含此隅角之底板部分的方形或矩形晶化晶種應與諸側壁分隔一至少R4之距離。此問題可藉切割此諸晶種之(諸)隅角而被解決，而此經切割之(諸)隅角將以一相匹配之半徑R4覆蓋住底板之一隅角部分，以便使此類隅角晶種可鋪砌整個隅角面積。一可替代之解決方法被顯示於第4(b)圖中，其中該坩堝之諸側壁(1b)可配備有一與上述底板溝槽(8a)及/或側溝槽(8b)類似之溝槽，但其則係從底板處沿著兩相鄰側壁(1b)間之相交處向上伸展。為了作業容易，此類溝槽較佳地係從底板處延伸至諸側壁之頂部，但這並非強制的，只要其等可伸展達到一比一個晶化晶種之厚度還大之高度便可。
已習知的是一坩堝之底板及諸側壁可以一層諸如氮化矽之塗層材料塗布，以便可降低在坩堝材料與高度反應性熔融原料間之相互作用。為了控制行進中之結晶體前沿的形狀與速度(參照第1圖)，很重要的是熱必須經
由底板(1a)以一受控且均一之方式被排出。因為空氣是一種良好之絕緣體，從一晶化晶種(3)處流經底板(1a)之熱流在此底板之平面部分中將處於一較高之速率下，在此處可確保與晶種(3)間有一比在溝槽處良好之熱接觸，其中一氣穴會將此晶種下表面與此底板頂表面相隔開(參照第5(b)圖)。為此緣故，有利的是將一底板溝槽(8a)以一種填充材料填充，以便可均一化自此晶化晶種處流經底板並遍及此底板之整個面積的熱流。此填充材料應與此底板之平面部分齊平，以確保在整個底板面積上與此晶化晶種間有良好且均勻之熱接觸。此填充材料或其前驅物可為氮化矽(Si3N4)、賽綸(sialon)陶瓷、氮氧化矽、矽氧烷、矽氮烷、熔融石英或熔融矽石、合成矽石、金屬矽、石墨、氧化鋁、天然或合成CaO基、SiO2基、Al2O3基、MgO基、ZrO2基陶瓷材料中之一或多者，其係呈下列形狀：-一低密度層，類似一泡沫體，其密度較佳地在0.3至1.6 g/cm3之間，更佳地在0.8至1.3 g/cm3之間，或-微粒物質，諸如纖維、空心殼體、奈米顆粒、中球狀顆粒、及其等之混合物，前述材料中之每一者較佳地具有小於20 ppm之Fe含量，更佳地小於5 ppm，最佳地小於1 ppm。如果底板或諸側壁係以一塗層材料塗布，則該填充材料較佳地係相同或類似於該塗層材料。
本坩堝係有利於與一晶化晶種(3)配合使用。一晶化晶種(3)係一大約5至25 mm厚的結晶板，較佳地係8至15 mm厚，更佳地係10至12 mm厚。一較薄之晶種在
成本上(尤其如果其係為單晶的)及在抽熱速率上係有利的。然而，更大的問題在於控制以下之情況：當晶種之厚度減小時，被熔化的是此晶種的上表面而非底部。此晶化晶種在一特定應用上的最佳厚度因此取決於操作者的技術以及所用的設備。此類晶化晶種較佳地係一用於生長(類)單晶半導體晶錠之單晶半導體。一根據本發所實施之坩堝在當此晶化晶種(3)或較佳地複數個被並列安置之此類晶化晶種(3)大體上鋪蓋與諸側壁大致相接觸或非常靠近之坩堝底板(1a)的整個面積時係最有利的。在一底板溝槽(8a)被設置在底板上(參照第2(c)及(d)圖)之情形中，一晶化晶種(3)可藉由延伸過底板溝槽(8a)而到達一側壁(參照第5(b)圖)。在一側溝槽(8b)被設置在一側壁上之情形中，一晶化晶種可向上伸展並甚至超過由該側壁之平面部分所界定之垂直平面(V)(條件是此晶化晶種係比該側溝槽(8b)之長度(L1b)還薄)。如第5圖中所示，此將使得生長自諸側壁(1b)處之諸橫向晶體Xt的大小t2在當熔融原料(5a)結晶時可實質地減小。
一根據本發明所實施之坩堝係適合用於生產結晶半導體晶錠。因為此坩堝可有較大之底板部分被覆蓋以將晶化晶種(3)，所以其特別適合用於生產(類)單晶晶錠。尤其，此坩堝可被用以生產矽晶錠。
因此可有利地以下列步驟生產(類)單晶晶錠：(a)提供一如上所述之坩堝，並將至少一晶化晶種(3)鋪設至底板(1a)上(參照第1(b)圖)；較佳地，大致此坩堝底板(1a)之整個面積係以至少兩個被並列安置之
晶化晶種鋪蓋，使得其等之頂表面較佳地大致彼此成平行，且更佳地係共面並大致覆蓋住靠近或抵住諸側壁(1b)之底板的整個面積；(b)將此坩堝填充以一由半導體材料原料所構成之裝載物；(c)控制此坩堝內之溫度，以便確保此原料被完全地熔化(5a)，及該至少一晶化晶種只有其頂表面也被熔化；被特別設計用於布里奇曼工序並配備有散熱器與精確溫控系統之爐可在市場上取得；(d)熱經由此坩堝之底板被抽出以防止該至少一晶化晶種之底部被熔化並起動原料之定向結晶(5b)(參照第1(b)圖)。
一因此被晶化之晶錠接著可自此坩堝處被抽出。此坩堝可能必須被破壞，如果此晶錠在一側溝槽(8b)中橫向地伸展，但此並非一缺失，因為此類坩堝係很少被再度使用的。一缺陷層必須自此晶錠之諸側邊處被修剪掉。此類缺陷層之厚度相當於諸橫向晶體Xt的長度與單向晶體Xu被諸侵入橫向晶體破壞晶格之區段的長度。幸虧本發明之原始設計，僅憑藉一根據本發明所實施之坩堝，此類破裂層之厚度將從傳統坩堝所遭遇之數公分被減小至幾公釐到兩公分之間。被如此修整過之晶錠已備妥再被切成許多薄片以便製造晶圓。由於有矽，此類晶圓將適合用作光伏電池。
一根據本發明所實施之坩堝可如同傳統上對標準坩堝所執行者一樣地藉由提供一母凹穴模子及一界定坩堝
內部容積之公柱塞。當被引入此母凹穴內時，此公柱塞留下一相當於此坩堝之所要厚度的間隔。通常是諸如熔融矽石之氧化矽基耐火材料被倒入該介於器械之母與公部件間之間隔內。此器械及耐火物質被加熱並接著被燒烤以固化該耐火材料。公柱塞接著被抽出，且坩堝被從母凹穴中被取出。在坩堝只包含一底板溝槽(8a)之情形中，此柱塞將可毫無困難地被抽出。在坩堝包含一側溝槽(8b)之情形中，該柱塞之抽出需要特別之措施。例如，此柱塞形成該側溝槽之部分可由一種在燒烤時會降解之材料所製成。依此方式，此柱塞在燒烤後仍保留之稜柱部分可如本藝中所熟知班地被抽出。在另一實施例中，公柱塞可為一由一中心稜柱部件及若干共同界定此坩堝內部容積的周圍部件所組合之總成。在脫模時，此已被組合之柱塞可被拆卸，且該中心稜柱部件可先被抽出。各周圍部件可先被移至底板之中央，然後被垂直地抽離此坩堝。
1‧‧‧坩堝
1a‧‧‧底板
1b‧‧‧側壁
3‧‧‧晶種
8a/8b‧‧‧溝槽
d1/d1a/d1b‧‧‧深度
H‧‧‧水平平面
hv‧‧‧相交線
L1/L1a/L1b‧‧‧寬度
R/R1/R2‧‧‧曲率半徑
R4‧‧‧半徑
t1‧‧‧距離
t2‧‧‧大小
V‧‧‧垂直平面
Xt‧‧‧橫向晶體
Xu‧‧‧垂直晶體
本發明之多個不同實施例被顯示說明於下列諸圖式中：第1圖示意地顯示從熔融原料處之結晶生長，其係使用多個晶種藉由一(a)習知及(b)根據本發明所實施之坩堝而達成。
第2圖示意地顯示(a)習知坩堝及(b)本發明之諸不同實施例在底板與一側壁間之接合處的剖切圖。
第3圖示意地顯示一根據本發明所實施之坩堝的切
除部立體圖。
第4圖示意地顯示本發明坩堝之兩個實施例的俯視圖。
第5圖示意地顯示諸生長自(a)習知及(b)根據本發明所實施之坩堝的一側壁處之橫向晶體的厚度。
1a‧‧‧底板
1b‧‧‧側壁
H‧‧‧水平平面
hv‧‧‧相交線
R1‧‧‧曲率半徑
Claims (12)
- 一種用於生產結晶半導體晶錠之坩堝(1)，其包括一由一底板(1a)及複數個周圍側壁(1b)所界定之內部容積，而該底板(1a)之頂表面包括一界定一第一水平平面(H)之平面部分，該等側壁(1b)則各包括一內表面，其具有一大致成垂直之平面部分，界定一大致成垂直之平面(V)，且垂直於該第一水平平面(H)，而該等側壁(1b)藉由形成一至少1 mm之曲率半徑R1而在該底板(1a)之周圍處與該底板(1a)相接合，其特徵在於：在該第一水平平面(H)與由各側壁(1b)之該等大致成垂直的平面部分所界定之該等大致成垂直之平面(V)間形成相交之相交線(hv)係完全地位於該等側壁(1b)上、該底板(1a)上、或在該坩堝之該內部容積中。
- 如申請專利範圍第1項之坩堝，其中沿該底板(1a)與該等側壁(1b)間之接合處的半徑R1係藉由一寬度為L1(L1a,L1b)及深度為d1(d1a,d1b)且沿該底板(1a)之周圍延伸並被形成於該底板(1a)及/或該等側壁(1b)上之溝槽(8a,8b)所界定，且其中該溝槽半徑R1較佳地在5至25mm之間，該溝槽寬度L1較佳地在5至30mm之間，及/或該溝槽深度d1較佳地在1至8mm之間。
- 如申請專利範圍第1或2項之坩堝，其中該底板(1a)包括一底板溝槽(8a)，其沿著該底板之周圍延伸，且較佳地係以一曲率半徑R2接合該底板(1a)與該水平平面(H)共面之部分。
- 如申請專利範圍第2或3項之坩堝，其中所有該等側 壁(1b)包括一側溝槽(8b)，其沿著該底板(1a)之周圍延伸，且較佳地係以一曲率半徑R3接合各側壁(1b)與該垂直平面(V)共面之部分。
- 如前述申請專利範圍中任一項之坩堝，其中兩相鄰側壁(1b)形成一具有一半徑R4之隅角，其係由一被形成於該等相鄰側壁(1b)中之一或兩者上的隅角溝槽所界定，該隅角溝槽係沿著位於該兩相鄰側壁間之該隅角從該底板處向上伸展，而該隅角溝槽較佳地係從該底板伸展至該等側壁(1b)之頂部。
- 如前述申請專利範圍中任一項之坩堝，其中該底板(1a)及/或該等側壁(1b)係以一塗層材料塗布。
- 如申請專利範圍第2至6項中任一項之坩堝，其中該底板(1a)包括一沿著該底板(1a)之周圍而延伸之底板溝槽(8a)，其係以一填充材料填充，以便使該填充材料可與該水平平面(H)齊平，其中該填充材料較佳地係選自由下列者所構成之群組：氮化矽(Si3N4)、賽綸(sialon)陶瓷、氮氧化矽、熔融石英或熔融矽石、合成矽石、金屬矽、石墨、氧化鋁、天然或合成CaO基、SiO2基、Al2O3基、MgO基、ZrO2基陶瓷材料，其係呈下列形狀：- 一低密度層，類似一泡沫體，其密度較佳地在0.3至1.6 g/cm3間，更佳地在0.8至1.3 g/cm3間，或- 微粒物質，諸如纖維、空心殼體、奈米顆粒、中球狀(meso-sphereous)顆粒、及其等之混合物，前述材料中之每一者較佳地具有小於20 ppm之Fe含 量，更佳地小於5 ppm，最佳地小於1 ppm。
- 如申請專利範圍第6或7項之坩堝，其中該底板(1a)係以一塗層材料塗布，而該塗層材料係相同於填充該底板溝槽(8a)之該填充材料。
- 如前述申請專利範圍中任一項之坩堝，其中該底板(1a)係以至少一個晶化晶種(3)鋪蓋；較佳地，該底板(1a)之大致整個面積係以超過一個之晶化晶種(3)鋪蓋。
- 如前述申請專利範圍中任一項之坩堝，其中該等晶化晶種(3)伸展跨過該底板溝槽(8a)的一部分。
- 一種如前述申請專利範圍中任一項之坩堝的用途，用於生產一結晶半導體晶錠，較佳地一矽晶錠，更佳地一類單晶矽晶錠。
- 一種用於製造結晶半導體晶圓之方法，其包括下列步驟：(a)提供一如申請專利範圍第1至10項中任一項之坩堝；(b)藉布里奇曼技術在該坩堝中形成一結晶半導體晶錠，其中該半導體較佳地是矽；(c)將該晶錠從該坩堝處抽出並修剪掉任何缺陷層；及(d)將該因此被修剪之晶錠切成薄片以便形成半導體晶圓。
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