TW202307291A - 用於生產單晶矽棒的裝置及方法 - Google Patents
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Abstract
提供用於根據切克勞斯基法生產晶體的裝置及方法。裝置包括包含表面的抽拉軸、適用於在晶體提拉期間固持晶種的晶種固持器及建構開口的呈中空截錐體形式的盤，所述盤包含頂部半徑
R
2 、高度
h、材料厚度
b及基板，所述基板具有半徑
R
1 及具有直徑
d的孔，其中所述盤固定在晶種固持器與抽拉軸之間，使得開口面朝抽拉軸。
Description
本發明提供一裝置，其允許透過切克勞斯基法生產單晶矽棒，並達到較高無差排（dislocation）產生率之目的。
單晶矽（其是大多數半導體電子裝置製程的起始材料）通常透過所謂的切克勞斯基（“CZ”）法生產。在該方法中，將多晶矽（“多晶體矽”）放置在坩堝中並且熔化，使晶種與熔化的矽接觸，並且透過緩慢萃取使單晶生長。
在晶體生長期間產生且進入熔體的顆粒會使生長的晶體產生差排，從而造成期望的晶體品質的損失。這進而導致產率的顯著損失，並且從而導致增加的成本。
因此，必須避免來自晶體生長系統的顆粒與熔體或晶體-熔體介面接觸。
在
WO 2020 074 285 A1中提出一種特殊的隔熱罩，以防止來自氣相的顆粒落至熔體上而使正在生長的晶體產生缺陷。
發明人認識到，該措施有幫助，但遠不足以實現期望的產率。
因此，本發明的任務在於提供一種裝置，所述裝置可以生產單晶棒，而無需在抽拉裝備中經歷所描述的粉塵及顆粒的負面影響。
該任務透過申請專利範圍中描述的裝置來解決。
在CZ提拉法期間，顆粒（摻雜劑諸如P、Sb、As、SiO、SiO
2、Si等）沉積在切克勞斯基系統的水冷抽拉軸上。這些顆粒可以分離，落向熔體，並且在晶體中引起差排。
本發明包括用於根據切克勞斯基提拉晶體的裝置，所述裝置可以使顆粒對所提拉的晶體的完整性的負面影響最小化。特別地，其降低晶體在生長期間由於顆粒而形成差排的可能性。
較佳的裝置包含抽拉軸，所述抽拉軸在晶體生長期間用於使晶體保持直立位置、旋轉及提拉晶體。例如，
WO 2020 074 285A1中示出抽拉軸的使用。
WO 18 142 541A1中示出一種改進的抽拉軸。所述改進的抽拉軸也可用於本發明。
較佳的裝置還包含適用於在晶體提拉期間固持晶種的晶種固持器。例如，
WO 2020 074 285A1中示出適合的晶種固持器的實例。
較佳的裝置還包含呈中空截錐體形式的盤。
圖 2中示出該裝置的較佳實施態樣。
更佳地，盤由材料厚度
b大於1 mm且小於5 mm的碳纖維增強碳（CFC）製成。
較佳地，盤的形狀具有中空截錐體的形式，所述中空截錐體具有高度
h、半徑
R
1 的基板（
201）以及頂部半徑
R
2 。基板包含具有孔直徑
d的孔（
202）。
最佳地，高度
h小於半徑
R
2 與半徑
R
1 的差。
盤的基板的孔用於將盤固定在抽拉軸與晶種固持器之間。
圖 1為較佳實施態樣的圖。
在較佳實施態樣中，如
圖 2中所示，使用螺紋將盤固定在晶種固持器與抽拉軸之間。
發明人認識到，如果盤的開口指向抽拉軸，則實現最佳效果。因此，較佳地係盤的開口被固定成面朝抽拉軸。
此外，發明人認識到，為了防止顆粒落入熔體中，用油潤濕抽拉軸是非常有益的。較佳地，使用真空泵油。據信，抽拉軸的經塗覆的表面為顆粒提供黏性表面，並且因此防止顆粒落下所導致顆粒被包進（enfold）的有害行為。
在所進行的實驗中，使用S2 R100型真空泵油（殼牌）。然而，該油不適用於高溫（高於100℃），並且抽拉軸面向用該設置生長的超過600℃的晶體，所述晶體表現出較低的差排率。不過，能夠非常明顯地看出效果。
更佳地，非常佳另外使用所述油來完全潤濕盤。
此外，本發明包括用於根據切克勞斯基提拉矽晶體的方法。較佳地，所述方法包含以下步驟：
（a）在切克勞斯基晶體提拉設備的抽拉軸上安裝晶種固持器，其中呈中空截錐體形式的盤固定在晶種固持器與抽拉軸之間，使得盤的開口面向抽拉軸，
（b）將晶種安裝至晶種固持器中，
（c）在坩堝中熔化多晶矽，
（d）降低抽拉軸，直至晶種與熔體接觸，以及
（e）提拉晶體。
更佳地，該方法包含用油潤濕抽拉軸及盤。最佳地，使用適合作為真空泵油的油。
例示性實施態樣的上述描述應當被理解為例示性的。一方面，公開內容使本領域技術人員能夠理解本發明及其相關優勢，並且另一方面，本領域技術人員的理解中還包括所描述的結構及方法的顯而易見的變化及修改。因此，全部此類變化及修改以及等同物均應當被申請專利範圍的保護範圍涵蓋。
100:抽拉軸
101:盤
102:晶種固持器
103:螺紋
104:用於晶種的固持構件
200:盤
201:基板
202:基板中的孔
R
1:半徑
R
2:半徑
h:高度
d:孔的直徑
b:所使用的材料的厚度
圖 1描繪本發明的較佳實施態樣。晶種固持器（
102）透過螺紋（
103）安裝在抽拉軸（
100）的下部，並且盤（
101）（圖2中所示）夾持在晶種固持器與抽拉軸之間。在操作時，晶種可以藉由固持構件（
104）夾持至晶種固持器中。
圖 2示出
圖 1中使用的盤（
200）的較佳實施態樣。較佳地，所述盤由材料厚度
b大於1 mm且小於5 mm的碳纖維增強碳（CFC）製成。
較佳地，盤的形狀具有中空截錐體的形式，所述中空截錐體具有高度
h並且具有基板（
201）及頂部半徑
R
2 ，基板（
201）具有半徑
R
1 。基板包含具有孔直徑
d的孔（
202）。
100:抽拉軸
101:盤
102:晶種固持器
103:螺紋
104:用於晶種的固持構件
Claims (5)
- 一種用於根據切克勞斯基法生產矽晶體的裝置，該裝置包含： 包含表面的抽拉軸， 適用於在晶體提拉期間固持晶種的晶種固持器（seed holder），以及 建構開口（opening）的呈中空截錐體形式的盤，該盤包含： 頂部半徑 R 2 、高度 h， 材料厚度 b，以及 基板，該基板具有半徑 R 1 及具有直徑 d的孔（bore）， 其中該盤固定在該晶種固持器與該抽拉軸之間，使得該開口面朝該抽拉軸，其特徵在於該抽拉軸的該表面用油完全潤濕，並且該盤用油完全潤濕。
- 如請求項1所述的裝置，其中，該厚度 b不小於1 mm且不大於5 mm。
- 如請求項1所述的裝置，其中，該盤由碳纖維增強碳（CFC）製成。
- 如請求項1所述的裝置，其中，該高度 h小於半徑 R 2 與半徑 R 1 的差。
- 一種用於提拉單晶的方法，該方法包含以下步驟： 在切克勞斯基晶體提拉設備中的抽拉軸上安裝晶種固持器，其中呈中空截錐體形式的盤固定在該晶種固持器與該抽拉軸之間，使得該盤的開口面向該抽拉軸， 將晶種安裝至該晶種固持器中， 在坩堝中熔化多晶矽， 降低該抽拉軸，直至該晶種與熔體接觸，以及 提拉該晶體，其特徵在於該抽拉軸及該盤用油潤濕。
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