TW211045B - - Google Patents

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2ΐ1〇4ϋ Α6 Β6 五、發明說明（i ) 發明範固 本發明係有闞於以EFG C定邊胰饋法生長晶體）之遇 程由溶液生長晶質體用的用具，更係有開於一種供此種用 具用的新式模具。 發明背景 .装. •打_ 在定邊膜饋晶體生長技術C EFG遇程）裡，管狀的晶 質想C例如具有圓横斷面或多角形横斷面的中空晶質體） 係以一來自原料物質液膜的籽晶進行生長。上述原料物料 液摸係藉著毛細作用，由一熔化矽的坩鋦經過模具内的— 傣或多條毛細管而來至模具端或模具的顶面。晶質體的外 形，係由模具的最上側或頂端面的外部形狀或邊沿外形所 決定。由EFG所生長之多角形〔誓如：九角形或十角形〕 中空晶質體，在它們的角落處被分成—復數之平基序；這 些平基片，則被用來形成太陽能光電池。 在泰勒先生4,230，674號美國專利内所闡述的已知 EFG模具，典型地包括了 一個上端表面、至少一條與上述 上端面相交的毛細管以夂以一個65度之角度（意卽，與棋 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 具垂S軸成25度的角度）與上端面相交的内側邊面與外側 逢面。 '1〆、 利用已知的EFG楔具，為著至少兩個原因，開' ^晶體 的生長C意郎為晶體生長用具形成籽晶），册頻得固難。 上述至少兩個原因之一是，晶體的生長必須在一個較窄的 棋具溫度範固C卽、、生長窗内開始；上述至少兩個原 因之二是，棋具周邊容易存有重大的这度差異。

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經濟部中央標半局員工消t?合作.!£印製 五、發明説明（2 )上述的原因之一，會封上述的原因之二造 的影響。在一很於迕占窀 <成某種程度 氐於生長由的度，册不會發生晶體奋名 …即軒晶會凝固於模具。當欲在—=， 晶體生長為可能的）作晶體生長，在: = /長晶艘）之間的液膜，很容易破裂；： 將由液膜脱離。其結果是，液你經常會織麗到^的抒时 邊面與/或模具的外側邊面。此溢流出的#、、、内側 形成沈積在模具邊面上的碳化石夕。 ’傾向於反應 :外’在正常的晶體成長過程内，…’ ，在模具的邊面上。這些破切沈積物與模具邊面= 反應的W ’ Μ㈣改變摸具的熱傳導能力與熱輕射能力 ，。这種傳導能力與㈣能料改變，时引起局部 流失率的改變，進而使得模具周邊的溫度不㈣。…、 模具周邊的熱料性，將會進—夕地受到模具製成材 料石墨的孔隙度、密度與^/或導電能力的無可 〜疋*左·吳的 員面…這些石墨特性内的差異，f造成局部的熱流差 異，也會造成溢流矽穿透進入模具表面之深度的差異^而 此深度差異，將會影響模具的溫度。 、， 模具周邊熱力稱性的差異，會引起生長中晶質體厚度 的局部改變。此種厚度的差異，傾向於減少可由中空多^ 形晶質體製成的太陽C D電池的數目，因為，由晶質體 切割下來的较薄基片，傾向於斷裂。尤有甚者，由晶質體 上切割下來的基片的表面，因為厚度的差異而傾向於不平 。這種不平度，將使得執行某些太陽c能〕電池的加工工 本紙張尺度適用中S國家標準（CNS) 規格（2】0χ297公泣） 請先«讀背面之注意事項再填4.<页) •装· .打. 4 Γ ----------- 1條ot A6 B6 友、發叨說明（3 ) 作C譬如：將電極附接至基片的表面）更形固難。 請先聞讀背面之注意事項再填44頁) ^稍則已曾提及的一樣，在已知的咖晶體生長用具 裡，當半月板破裂時c意卽固體/液體界面被端接時）， ^傾向於溢流出模具；而此種溢流，可㈣起晶體生長 具鄰近模具之一些部分的汜滥，此種熔矽的汜濫，會造 如上所述的熱不—致性；而當此種熱不_致性過度時， 喜ϋ模具與其鄰近之生長用具機械零㈣融含而摧敦生 生長用也可能污染坩鋦内的熔矽以及以其他方式破壞晶體 為避免生長管月形的破裂或中斷，作業員以高度的細 心與勤勉操作生長用具是重要的。而作業員隨時都保持高 度二勤魁與細心是有其困難的，因此不幸事件乃不可 ，發生了。終使EFG模的平均有效壽命，為不—致潤濕與 又難性他滥的機構所大幅地縮短。 ' 經濟部中央標:"局員工"费合作ft,:p^ 已知的EFG模具在晶體生長期間内，在位於模具項部 的生長彎月形與坩鍋内較生長攣月形内熔液；度高出甚夕 的散裝熔液之間，存有—個很大的溫差或溫梯。為了維= 晶體生長過程内的穩定性，在生長彎月形本身内 7 B a — v八卿·梯 疋口且的。在已知的EFg模内，由於熱流經由模具持續、 入管月形以及由於模具的高熱阻，在生長彎月形 ,,w ,a ^ 3 〜個 大孤梯，會在生長彎月形與坩鍋内熔液之間的模具毛知營 内办成〜個類似的大溫梯。 掛麵内必需高溫的一個不合宜結果，可以是坩網材料 過量地兹解進入熔液内。當熔液由坩鍋順著模具毛处 本紙张尺度適ΐϊΓΐ囚因家標準（CNS)T 4規格（210x297公沒） ~ 5—— .Β 1% ϋ〇4ό Α6 Β6 五'發明説明（4) * , 犄先閱讀背面之注意聿項¾窝本頁 上來至棋C具）頂，熔液溫度將告滅低並且變得超跑和， 溶解的與起反應的坩鋦材料將沈澱在模具的毛細管内與棋 C具）頂。這些沈澱物可以使毛細管通路堵塞，而阻止燦 液到逄模C具）頂，進而阻止晶體進一步成長。這些沈嚴 物亦可改變模C具）頂與模c頂）邊沿的形狀，因此以— 種祁所欲的方法改變了模具所生長出之晶體的形狀。 發明之目的與發明概述 本發明目的一是供應一種供EFG晶體生長系統用的改 良式坩鍋/棋具組件，以模具周邊温度不因後述兩個原因 而顯著改變為其特色：⑴模具與生長中晶質體之間液膜的 斷裂以及熔矽在模具外表面上的溢流；⑵晶體生長用具的 正常運作。 •打. 本發明的目的之二是在不發生後述兩種情形的狀沉下 ，增加模具溫變的容限：⑴晶質體凝結在模具上；⑵晶質 雜、、放出，，，意卽由將其連接至模具的液膜脱離。 經濟部中央標爷局8工消费合作社印製 •線· 本發明的目的之三是供應一種供EFG晶體生長用具用 的一種坩鋦/模具單元，此單元係設計來預防生長用具鄰 近模具的區域的熔矽汜滥。上述熔矽係於模具與生長中晶 質體之間的f月形破裂時放出。 本發明的目的之四是供應一種較易形成籽晶的EFG晶 體生長用具。 本發明的目的之五是供應一種具有一可達成上述目的 之四之坩鋦模具的EFG晶體生長用具。 本發明的目的之五是減低棋C具）頂與坩鍋内熔液之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公贽） Ο ® -濟部中夬標肀局β工""合作，ΐ :¾ Α6 Β6 A、明（5 ) 間的菡差，以及減少模具内熔液的溫梯，俾可滅低熔液的 超飽和’進而滅少毛細管内與模C具）頂溶解與反應坩鍋 材料的沈殿。 本發明的目的之六是供應—種由熔液生長管形晶質體 的改良方法。 則述的本發明各項目的與其他目的，可藉供應一種以 EFG過程生長管形晶質體的生長用具而達成。此用具應包 括了一個新式的E FG模與—個擁有界定容納熔矽空間之一 邊壁與一底壁的坩鍋C \、熔液槽。模具包括了 一個直 立的多角截面模〔具）&’模〔具）尖包括了—個頂端面 以及與模具頂端面相交的内側邊面與外側邊面。模〔具） 尖包括了一條或多條的饋進毛細管〔卽毛細管大小的通路 )，而每一條皆以有' 终止於上述模具項端面的上端與一 和…炫液相速的下端為其待色。模具亦包括了同心的 第-C内们環形溝槽與第二〔外側）環形㈣。内側環 形溝槽乃鄭近於棋（具）突的内側邊面 具〕炎内側邊面接觸的㈣而設計。外侧環形溝槽乃鄰近 於模C具）尖的外側邊面，係爲交缺& 帒為今納與杈C具）尖外側邊 面接觸的炫总而設計。内側環形邊接命 , 側衣氷溝槽與外側環形溝槽藉著 —條或多條毛細管大小的通路，接至 土彡甘竭内的熔液。作為 〜種可供選擇的方法，可以配置—環繞 、弟—〔外側）溝槽 。模具的設計可便得模具的總高較短 積 、丹无則技衡的模具 相较），如此可使位於模〔具）尖頂部的^ 、具 液溫度之間的溫差縮小。 U甘網I内炫 1证尺度適丨丨]中囚國家標芈（CNS) f «υΐ格（2i〇X297公 請先K1讀背面之注意事項再填<1 .頁) ♦裝. 211045 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 A6 __ B6 五、發明說明（6 ) 熔矽係藉著毛鈿作用，由坩鋦經遏毛鈿營來至模c具 )尖的頂端面。熔敕係贛著毛細作用，由坩鏑經過毛細管 通路來至内側溝槽與外側溝横。内側溝褙與外側溝櫝内的 溶总，分別地為表面張力沿著内側邊棋具面與外側邊摸具 面向上地拉引，形成了幾乎完金遮農那些表面的彎月形。 這些、、溝槽液體面就在模C具）尖的形狀界定角落下， 附於模〔具）尖的邊上；而分立的生長弩月形，則附於模 C具）尖頂面的邊沿上。當生長彆月形破裂或是液矽相對 於模具向内地或向外地溢流時，液矽將被戴留在内側溝槽 或外側溝槽内c由此液矽可田至坩鍋内的熔液）；液矽亦 可被截留而保存在第三徑向外側的溝槽内。 本發明的其他特徵與優點，在稍後的發明敍述與申請 專利範困内有所敍述。 附圏概述 為對本發明有更詳盡的了解，應請麥閲參照附圏作的 詳細説明。附圏計有： 圏1是一傳統式EFG晶體生長爐用具以部分横裁面作出的 正祝圖，圖元了本發明坩鍋/毛細管模組件是如何地被利 用著。 囷2是先前技衡之㈣/毛細管模單元的一個横戴面固。 圓3是本發明坤钱/毛細管模單元的部分橫戴面圏。 囷4是囡1、3與圓5_7所示坩鋦/毛細管模的平面禺。 圏5是沿著圖4内5-5線作出的横戴面圖。 囷6是沿著囷4内6彳線作出的放大横截面固。 本紙張尺度適用中準(CNS)甲4麵(210x297公發)—-------— 請先聞讀背面之注意Ϋ項'寫本页 •3^· •打· .綠· Ο 1104〇 A6 B6 蛵濟部中央標準局員工消費合作枉印製 五、發明説明（7 ) 圈7是沿著圏4内7_7線作出的放大横裁面圏，圏中顯示 了生長中晶質體、生長彆月形、溝褙弩月形典棋具。 上也各圖裡的相同數字，乃表示著相同的元件。 較隹實施例之説明 圈1與圖3至7圏示了本發明的一個較佳實施例’其 中，包括了一個坩鋦/毛細管模的組合。圖2圏示了根拣 本發明所作裝置在一 EFG晶體生長用具2〇内的一個坩錢/ 毛細管模單元18.。前者乃類似於核給史托蒙先生〔stormont et Si )之4,544,528號美國專利所囷示的生長用具。坩 錢/毛細管模單元18.的設計，可於整個生長過程内保持模 C具）尖外表面的潤源。 生長用具2(X包含了 一個以數字22所示的爐園遮物，对 錢/模具單元18.以及内中空後熱器26·與外中空後熱器2&卽 置於其内。坩鋦/模具單元包含了一個坩鋦24,此坩鋦24 ，此坩鋦24·係以定中地置於團遮物22内的一個短、中空、 開頂的秦直破柱ft或圓柱想的形式出現。对媒24.包括了一 個直立的邊壁25·與一個底壁27.，二者界定了包容熔體29.的 空間。毛細管模19.最佺是附接至邊壁25.上端地整體成形。 内後熱器26·是中空的，界定了 一個内部空間30.。内後 熱器26·最好是一個具有囷柱形或多角形橫裁面的管狀構件 。内後熱器苏包含了一個邊壁31.與一個頂端壁32.。内後熱 器26·的底端是開通的，艚此，内後熱器2d的内部與坩鋦24. 的内部相速。 坩鏑24.尚包含了 一個具有一中心通徑3ά的中心轂35.。 請 先 閲 讀 背 Si 之 注 意 事 項 if % 本 頁 装 打 線 本紙張尺度適州中國囤家標準（CNS)f 4規格(210X297公浼） A6 _________B6_ 五、發明説明（8 ) 中心轂35.乃整體地附於坩鎬的底壁π，且由此底壁向上地 延伸。轂35·延伸出邊壁25.，俾可突出於坩鎢内熔液的液面 。典盤地，一個中空的導管苁（圏i )與中心轂35相接。 導管37.與一合適的熔液補充系統见相接，後者係為經由中 心轂35·内的通徑览將矽原料的固體粒子送入坩鋦上的医域 内而設計；由此區域，上述的固體粒子將落入熔液沒内。 並不構成本發明一部分的矽熔液補充系統见，可以以核給 辛克先生C Sink et对）之4,66i，324號美國專利所示的晶 片推顶裝置的形式出現。 生長用具20.尚包含了一軒晶組件4〇[。抒晶組件俎係置 於園遮物22.之内，包括了一個符晶持定器42與一個好晶44. 。籽晶組件4(1乃附接至一個拔取機構46.，後者可以軸向地 將耔晶抟定器42移向模具18.與移離模具18.。 生長用具2Q尚包括了 一個熱戚受器47.與一個圍繞鄰近 坩鋦24.之圍遮物22的加熱線團48.。熱戚受器47.是一個短體 ，乃侈於模具/坩鋦組18.的下方，且作為模具/坩鍋的支 件？雖然圖中並未圖示一個置於爐圍遮物22内的軸架，但 應了解它乃是熱戚受器47.與坩鋦/棋具單元18.的支件。熱 戚受器41係由石墨或其他合通材料製成，而且是由為加熱 線图4&產生的電磁能所加熱。熱戚受器47.將它的熱發射至 坩鋦，憑以將坩鋦内的矽維持在熔液狀態。 如囷2所示，一種先前使用在EFG生長用具内的傳统 式坩鏑/毛細管棋組件，包含了一個株有一個頂面52的棋 C具）尖50·，中空的品質體54.印由此頂面生長。模（：具） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) ψ4規格(210x297公釐） ' * 請先聞讀背面之注意事項為本頁 •装· •訂· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 •線· 2110^〇 Α6 Β6 經濟部中央標準局興工消費合作社印製 五、發明説明（9 ) 尖50.郎一體成形在坩鎢24之邊壁25.的上端。模c具）尖包 含了内外部邊面％與外外部邊面5&，此二外部遣面由顶面 52向下地逐漸變細，與晶質體M的生長軸之間形成—個銳 角C最好不超過30.度）。模具頂面52透過—個垂波的毛細 管槽6α，與坩鋦24.内的熔液28·相接。此毛細管槽犯由撰具 现面向下地延伸，來至一與坩鋦的内部相通的室釔。 現請麥閲圖3至圏7，廣義的本發明包含了—個eFG 毛細管模19.，後者可使模c具）尖的外側面在整個生長過 程内，為液矽所覆蓋。在圖3内概略圖示而在圏4至圏7 内更詳盡圖示的模具，包含了一個與邊壁25_上端一體成形 的ϋ[立模C具）尖10〇。雖然模C具）尖100亦可有著一 個圓形、t線形或其他形狀的横裁面，但它卻有一個c諸 如十角形或九肖形）多角形的横截面。更特別地，模〔具 )尖100的内側面與外側面，各有著一個〔諸如十角形或 九角形）多角形的横截面。由圖3最易看出，模C具）尖 100有一個顶端面10 2、一個多角形的内外部邊面1〇4以 及一個相同多角形的外外部邊面i 06。上述的頂端面1 〇2 最好是平的，而且平行於坩鋦24.内熔液面地延伸。因此如 囷4所示，邊面1 〇4實際上包含了八個小刻面似的面區 104汰至104h。邊面106亦包含了八個對應於面區104在至 104h的小刻面似的面區。面1〇4與1 〇6乃泰ii於頂面1〇2 地延伸，且與項面102相交具）尖1〇〇亦包括了一 個中心溝108，後者有一個毛細管大小〔祝材料與各種狀 沉而定，由〇·0;ι吋至〇·ι9吋不等）的寬度C徑向規格） 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)甲4規格(210X297公釐) ___ 5 1 —-. - . 請先聞讀背面之注意事項*^爲本頁 •裝· •訂· .線. A6 B6 五、發明说明（10) 如销後配合SI yl « ϋΐ 4〜7所示本發明較佳實施例説明所作 的更詳細説明，坩鎢/棋具單元诋於棋〔具）尖相對邊之 邊璧25·的上端’有兩條濟槽114與116。溝揹114與116 乃别地為邊面104與1 〇6所部分地界定。因為圖4〜7所 的裝置，液你^ 狀7乃了由坩碼24.被導至毛細管溝1〇8 ,然後 進溝構114與溝推116。液矽因毛細作用在溝108内升 起至項面102 ’然後在溝槽114與溝槽116内被表面張刀 作用順著外部表面工〇4與！ 〇6向上地拉引。這些管月形在 ⑽體生長期間被維持着，模〔具〕尖_的内側邊面1叫 與外側邊面1 〇6乃可於整個晶體生長過程裡保持潤濕。弩 月九U 5與弩月形11 7的形成，稍後將作更詳細的説明。 4麥閲囷3，在建立EFG晶艘生長的過程中，—以内生長 弩月沏110A與外生長彎月形11〇B為其特色的生長膜ιΐ〇 ’係形成在頂面1〇2與生長中晶質體1 12度之間。 為保證液敕經由溝108被導引至頂面1〇2以及可藉表 面張力升至面1()4與面1〇6的上端邊沿，坩鋦内的嫁液液 面維持在—逋當的範圍内是重要的。如果燦液液面太低， 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Γ請先《讀背面之注意事項舄本頁) 溝横彎月形115與117如不是不克形成，則就是不能升至 邊面104與106的上邊沿。如果坩鋦内的熔液液面太高，

请横皆月形115與117可能成為生長弩月形11(^與11〇B 的—個延伸，如此會洚沒模C具）尖100的顶面X02 ,並 且使得晶體生長不再是、、邊沿界定，，，意卽，生長中的晶 質想的办狀，不再由上端面1 0 2的内側邊沿外形與外側邊 沿外形所決定。 本紙張尺度適用中國固家標準(CNS)甲4規格(210X297公赞) A6 ________ _B6 五、發明説明（ll) 就此方面而言C麥照圖3 )，阻止溝槽彎月形U5與 液體117變成生長彎月形11 〇A與生長彎月形hob的延伸 部为業經決定。溝槽弩月形工i 5的潤濕角度△〔囷3 )、 生長弩月形U〇A的祠濕角度B C圏3 )以及邊面i 04與上 端面1Q2之以角G〔 ® 3 )的三㈣度總和，應永遠小 於180。。同樣的要求，亦通用於f月形ιι7的潤濕角度、 管月形110B的網濕角度以及角度c的總和。 應可了解’上端面1〇2不须是平的或是角度c不須是 90度C雖然在附圏所示的較佳實施例裡，上端面工〇2是平 的或角度C是9〇度〕。相反地，角度c受著角度A + B + c的總和小於180。的限制；而角度A與角度B又各自大於 或等於模具材料上之溶液的平衝接觸角C液矽在石墨上的 平衡接觸角是30度）。 执要能維持住角度A + B + c小於18〇度的限制，溝 槽114與溝槽U6的寬度、頂端面1〇2在坩鋦内之熔液面 以上的高度、頂端面102的寬度以及熔液在坩鍋別内的液 面，均可予以改變。 很多種嫁液補充系统可應用於利用本發明，祇要它們 被控制得能將坩鋦24.内的熔液面維持在液體面附接角度符 合以上所討論之公式的範圍内印可。一種合用的熔液補充 系統，是揭黎於4,661，324號美国專利内的熔液補充系统 Ο 在開始晶體生長之前，坩鋦24内的熔液枚維持一液面 ，佴可使得液矽為毛細作用引導至溝1〇8的上端以及溝構 本紙張尺度適用中國國家標準(GNS)甲4規格(210^:297^^37-- 請先閑讀背面之注意事項^本頁 •装. •打· 蛵濟部中央標準局負工消費合作社印3i •線· οΧίο4Ο Α6 Β6 五、發明説明（12) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 管月形i i 5與潘槽實月形i i 7得以形成，以便分別地㈣ 圏3所示的棋C具）尖的外側面1〇4與外側面1〇6。 麥閲圖1與圖3，晶嫌生長乃於將軒晶持定器42下降 至奸晶44.接觸模具100之頂面1〇2與杆晶開始嫁化時開始 進行。杆晶被持住不動， 助a主由籽晶熔液形成的液矽接觸 到溝1〇8内的溶液時為止。接著，籽晶料被向上地拉離顶 面102冑可也成一於籽晶與頂面之間擁有内側生長弩月 形11〇A及外側生長管月形_的生長m。在抒晶乘 拉離頂面102 # ’生長膜11()最接近符晶的部分開始晶瓶 化。而在抒晶續被拉離模具〔即距模具愈達）冑，新的嫁 箱將為毛細作用經由中心溝1〇8引上，以行補充生長換 U0 ;而生長膜内的新增熔敕，將開始晶體化並依附在附 於籽晶的晶體化矽，如此乃可形成—長形中空的晶質體 112，而此晶質體112，將可擁有—由頂端面1〇2之邊沿 外形所決定出的横戴面形狀。 較佳實施例 現在請麥閲圖4至圖7，本發明的较佳實施例構成了 一個單件式的㈣/模具單元118。其之模具間置於对 鎬24之邊壁25.的顶端面151〔圖㈠，且突出在坩鋦24.之 邊璧25.的頂端面151之上。如前面配合圏3所示模具19所 作的討論，較佳實施例的模具19•包括了一個s立的棋〔具 )失100 ,後者有—項面1〇2、内側邊面1〇6以及一中心 毛細溝108。 坩钱/模具進〜步地包括了 一條内涛槽ii4與一外溝 本紙張尺度適用中國國家樣準(CNS)甲4規格⑵以挪公龙） ** {請先IVJ讀背面之注意事項為本页 .装· •訂· •線· 4 ο„i. ix s

6 6 A B 經濟部中央標準局員工消費合作社印¾ 五 '發明説明（13 ) 横116以及一溢流溝櫝 、 内溝精114係由一溝152 Γ 国6 )所形成；而溝u ( uu形忐& I μ 系在靠近邊面104但卻離開遑面 104形成的邊壁25的上端 亍，w q上端面151内。如平面圖C圖4)所 不，内溝槽114的外形最好 、狭C具）尖1〇〇的外形— 。因此，举例言之，如果模 具）100有著一個九角形 的外形*那麼·，内邊接*11 横U 4亦有著一個九角形的外形。 除了外溝槽係靠近模C具）尖 〇的&伙、丹j大100的外側邊面1〇6安 置之外，外溝槽i i 6在外形 , Γ〜上冉内遘槽114相近。溝槽116 係由一邊壁152上端面151内的溝155所形成。外溝楊邮 的平面囷外形，亦與模C具〕尖的外形一致。 溢流溝横170固繞著外溝構11β ,且徑向地與外溝構 116相隔開。溝構17〇係由—邊壁乃上端内的空間所 形成。溝槽170最好以一約0·01吋至約〇·25吋的距難與 漠構116相隔開；且最好大約和外溝精116 —樣地深。如 圖6所示，溝櫝114、溝槽116與溝槽17〇最好是（惟不 須一疋是）有一個矩形的橫截面。溢流溝横1 7 〇的外形，最 好是如千面圖所示地與棋C具〕尖100的外形一致。 溝槽114與溝構116的徑向寬度，是如毛細管般地相抽 ;而溝槽170的徑向寬度，可以是如毛細管般地粗細，亦 可以更粗〇 摸具18.亦包括了一板數之周邊相满開形成於坩鎢24.之 逢壁25·内的傾置通路ι80。這些通路180最好是C惟不須 一定是）以一與棋具水平軸成約30度的角度C亦郎偏離模 具垂直軸或縱向軸約60度）地傾置。每一通路180皆有一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)肀4規格(210x297公蛩） * 請先閱讀背面之注意事項h寫本瓦 .¾.. •打. .線· Α6 Β6 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（14 ) 毛細管般粗細的橫戴面，最大逋徑最好約是〇·2〇吋。通路 180的設評，應可與⑴溝1 52的底角；⑵中心溝1〇8 ;⑶ 溝155以及⑷邊壁25的内部表面159相交。其結果是，傾 置的通路180 ’將會使内溝櫝114與外溝褙116及中心溝 1〇8和坩鍋24·的内部相接，藉此，可讓毛細作用將液笳由 对錢24.引至内请横與外溝槽以及中心溝内。稍後將再予以 討論。 為最住化本發明的運作，模〔具）尖1〇〇的高度與寬 度以及毛細请108的寬度在某些限制範圍内是重要的。就 此而言’圖4至圖7所示的模〔具）尖ι〇〇 ,最好是⑴其 頂面102的位置，較圖2所示傳統式EFG模具之頂面更靠 近甜錢24.内的熔液表面；⑵在面ι〇4與面ι〇6之間所量取 的頂面1〇2全寬，大於圖2所示傳統EFG模具的寬度。 特別地，模C具）尖的形成最好能使得，模具頂面102 與请槽114另一逢處的對應頂面15iA〔或是溝槽ι16處的 對應顶面151B )之間的距離η〔圖6〕在約吋至(^卯 叶之間’取·好是約為〇.〇7叶。當然，頂面與对蜗内溶 液29·液面間的距離，將有賴於雙鋦況内的熔液液面，而且 將比距離HC囷6)稍大；因為，通常熔液不會溢升至坩 鍋的上邊沿。然而，表面1〇2在坩鎬況.以及溝稽114與溝 糟116内炫液之可容許液面以上的高度，應不大於可允許 捵具毛細溝108與溝槽内熔液籍著毛鈿作用斕著表面1〇6 上升到達模頂而至頂面102邊沿的高度。作為举例説明而 舴于以限制，坩鎬内的熔液液面應維持在〇15 至〇 56 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)肀4規格（210x297公發) 請先聞讀背面之注意事項4越鸾本頁 *装· •打· •綠·

五、發明説明（15) 吋的範圍之内，而且最妊 好是在〇·26叶至〇·34叶之間。絲 面1 〇4與表面1 06之間量取的馆 .* 蜻先1¾¾背面之注意本項h寫本頁 重取的項面102的寬度，较佳地應 在0.02叶至0.20叶之間Λ , ，而0·08吋的寬度，則無寧是最 佳的。 在模具议的較佳货施例裡，毛細溝1〇8有一個〇 〇1叶 至〇。㈣的寬度；而約0.04呀的寬度，則無寧是最佳的。 在下列本發明較佳實施例之模具18的運作説明裡，乃 假設在生長過程開始之前以及生長過程持續期間，㈣24 内的液矽面藉著合宜的熔液補穿 裯无而維持在—預先決定的限 制之内。 •打· —當坤蜗24.容有液勒時q炎者將自毛細作用、經遇斜置 的通路180引至内溝槽114、模（具）尖100内的中心溝 108以及外溝搰116。内溝槽與外溝槽内的液矽面，將可 使得液你接觸内側邊面l04與外側邊面l〇6。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 4. 溝槽U4與溝槽U6内的液矽，將分別地為表面張刀 作用沿著内側邊面1〇4與外侧邊面1〇6上推，因而形成溝 槽f月形115與溝槽腎月形117 c圖7 )。在表面ι〇4與 表面106上升的液矽，將約略升至表面1〇4典表面ι〇6以 及顶面102的交接處；而生長彎月形u〇A與生長彎月形 110B ,則在模具1〇〇顶面1〇2的邊沿與生長晶質體之間延 伸。 晶嫌生長過程係按本發明之説明與圏3所示的方法， 被開始著和維持著。當籽晶被拉離楔具時，一個中空的龄 «卽被生長在秄晶之上。晶體生長的原料，完金地來自由 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)平4規格(210x297公菠） —17 --____________________ ^li〇4

五、 發明說明（16 > 經濟部中央標準局員工消费合作社印裂 毛細作用經遇溝108上送至顶面1〇2的液矽。在生長運作 期間，頂面102與外側面106，—直為液矽所潤濕。 偶而地C典聖地是在生長遇程開始與結束時〕，生長 中贿質嫂可能由生長界面税離，例如：筆因於過高的模具 溫度或是筆因於過速的拉離。此種脱離所造成的結果是， 液你可能由模〔具）尖溢入内溝槽114與外溝槽116。有 時，—些液矽將溢A内溝槽與外溝槽，而進入坩鋦24之内 ’或是溢入溢流溝橫17〇。溢入内溝櫝114與外溝槽116 的液矽，因為這些溝槽内原就容有液矽，所以溢入的液矽 並不會影響生長過程。典型地，溢入溢流溝槽17〇的液石夕 ，册停留在溢流溝槽17〇内；且册於生長過程完成之後，和 模具一齊地被處理。 本發明的優點 如如所述，已知的EFG模具〔例如'5 28號專利所揭示 的模具）傾向於遭受一些問题。其一，有時難以利用傳統 的大尺十的EFG模具C誓如：用於生長具有4吋寬面的十 角形與九角形的模具）來開始與保抟生長過程。其二，難 以生長周邊厚度—致的晶質嫂。其三，在晶瓶生長過程之 開始、結束與過程進行期間，液总溢流在模具與晶體生長 用具與模具鄭近之零件上，並朴是不尋常的現象。本發明 的濕尖模，郎係針對減少或消除這些問題而設計。 更為特别地，—種依照本發明而設計的模具的生長過 程可以| 闽校傳统式EFG模具為寬的这度範固内，令 人滿意地開始與保持下去。使用依照本發明設对的模具與 本紙張尺度適财S Η雜^^贿歡撕^ -<1 Ο 請 先 閑 面 之 注 項 寫 本 頁 Γιΐΐι*»%^ 打 A6 B6

Ii04o 五、發明説明（17) 傳統式EFG模具相較，前者可使坩鎬内的熔液面相對於項 面1〇2時，高於後者。此外頂面1〇2可較傳统EFg模具的 頂面為寬。正因為這些在模〔具〕尖1〇0的外形改變，生 長擘月形11 0A與1 1 〇B傾向高於傳統EFG模具的生長實月 形。因為生長弩月形110A與生長彎月形110B校高，頂面 102與位於生長晶體底部的溶液/固雅界面之間的溫差， 將大於使用傳統式EFG模具時的溫度。這個溫差的增加， 增加了生長晶體在不致凝固於棋具或由弩月形脱離的情沉 下，對模具周逢C長）溫度變異的容忍能刀。 現在請試想一下本發明減小第二個問题的方法，模具 18.的設計在生長過程内，可較傅統的模具更能保持模〔具 )尖100溫度、表面特性與邊沿外形的一致性。在本發明 裡’模C具）尖的内外側邊面1 〇4與外外側逢面1 〇6以及 顶面1 02 ,在整個的生長過程内，均可為液矽所潤濕。而 在另一方面，使用傳統的EFG模具時，模〔具）尖外表面 的一些區域，可能因外溢與其他意外事件而為液矽所覆蓋 ;然而，模具的其他區域，則是乾的〔意卽，未接觸到熔 液。）。因為液矽有著約為石墨兩倍的熱傳導能力以及約 為其一半的熱輻射能力，因此溢出的液矽乃在傳統的efg 模具的邊面上，形成了局部性的熱點。因為這些局部性的 熱點，利用傳统EFG模具生長的晶質體的周邊厚度，乃不 能保持一致。而利用本發明卽可避晃此一問题，因為模〔 具）尖100的整個外表面維抟在澜濕的狀態9卽可避免由 散辍的潤濕医域與乾的區域所造成的溫度變異。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)甲4規格(21〇Χ297公贽) *~~ -- 五、發明説明（18 ) A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 再深究上述第二個問题，因為楔C具）尖1〇0的整個 外表面在明嫌生長過程内為熔矽所網濕，形成在模（具)尖 外表面上與毛鈿管108内的破化矽，乃被顯著地滅少，或 至少是較為一致（均云〕些，因而可較為無害；因為，這 些破化矽大部分都浸溃於熔液内。如所周知，破化矽沈積 物傾向於在已知EFG模C具）尖上與液矽接觸的部位上形 成。因為碳化笳有著不同於石墨的傳導能刀與輻射能力， 已知EFG模具模C具）尖上的局部性濃差，乃由破化你的 沈積物引起。這些局部性的溫差，可逄成由硖化鯓已形沈 積之模具所生長出之晶質頭的周邊厚度差異。 除了影響棋具的熱分佈之外，碳化矽沈積物亦可改變 模C具）尖頂面的表面特性與/或邊沿外形。其結果是， 枚生長的晶質體的外形，册會受到沈積破化矽的影響。 因為破化勒在一多孔的晶質結構髏内生長，它實際上 可形成一可渗透的結構；而此可渗透結構，將可由模（具 )尖吸引矽’並將吸來的矽留住，益以自保特的方式在毛 細管108内積裝。破化矽的積浓會改變模具的幾何形狀， 引起晶瓶厚度的變動，也可能阻止熔液流入生長膜11()内 〇 再深究上述第二個問题，模具18•在已知EFG模具擁有 固It結構物〔卽石墨）的區域内，有著開口、通路以及其 他的抗穴。因為在晶體生長過程内，這些模具18内的坑穴 容藏的是液你而朴石墨，由於液矽有著高於石墨熱俾導能 力兩倍的熱傳等能力，因此熱移轉乃可獲致改善。而且由 本紙張尺度適用中國國家標準（qjs)甲4規格(210x297公赞） ............................................ ίΥΛ· ...... .............. 請 先 聞 讀 背 面 之 注 意 事 項 % 本 頁 装 打 線 A6 B6 五、發明説明（19) 於液好在其特性方面较石墨為一致，因此，利用棋具單元 18.時繞•著模〔具）尖1〇〇周邊的溫度，校利用傳统EFG模 具時的為一致。 模具單元18.的設計，可以在不引起生長晶質體厚度的 局部性改變或是祆引起最小局部性改變的情況下，包容形 成的破化你沈積物。特别之處是，因為毛細溝1 〇 8與膜具 頂面102較寬，因此，樸〔具）頂可以在不敌改變生長彎 月形的形狀的狀況下，積聚一較大量的破化矽。 模具單元18.的設計，增加了模具议周邊沍度的一致程 度，進而使得晶質體有著更為—致之壁厚。因為模具汉的 高度可以約為4，230，67 4號美國專利所揭示之eFg模具的 三分之一，而寬度則可為後者的兩倍，又因為模〔具）尖 區域所容納的大部分是液矽而#石墨一〜-依、丹j尖 垂直向的熱傳導乃告戲劇性地增加。由於此—加， ，丨甘蜗 經 濟 部 央 標 準 局 貝 工 消 費 合 作 社 印 製 24.内的炫液與模（具）頂面ι〇2之間的温差，乃告減小其 結果是，坩鋦24.内的液矽或與毛細通路18〇接斶的液矽的、 最高液矽溫度減小了。與先前技術的坩鎬/楔具組件相較 ，本發明因為其通路180乃以大體平行於模具内等溫線的 石式斜向模C具）尖100，所以與石墨坩鋦接觸之熔液的 最高溫度，又被進一步地減降。在傳統的EFG模具裡，， 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公發）_ 細通路於其向下穿越進入模具/㈣單元的最熱區域 媒的下方外則）#，乃更為垂^向地進行，且經過更多 的等温線》因為經由通路ISO輸送的液矽平行於等·線地 通遏’在那些通路内與石墨接觸之液料最高溫度二而= 五、發明説明（20) A6 B6 經濟部中央標準局S工消費合作杜印製 低；因此，坩鏑的溶解坩鏑材料在毛細溝槽1〇8内以及在 楔C具）頂面102的沈澱，均枚減少了。因為雜質偏析的 減少，上迷的滅少C坩鋦的溶解與溶解坩鋦材料在毛細溝 椅108以及在棋頂面102的沈澉的減少），可以改進生長 晶體的同質性。 應注意的是，通路180係由模C具）顶向下錢進而形 成。這些通路ISO係斜置前進，通過了棋C具）顶與州鑛 的邊壁，益與溝槽1 04、溝槽11 6以及模具供饋毛細管1〇8 交會。通路180的斜傾性置，提供了数项優點。其中之+ 上所述地是，通路180消除了或阻止了炫液進人模具結構 體溫度較高C因此更有利於破化矽形成）的區域。換句話 說，斜置的通路傾向於熔矽由坩鋦移往棋具之模（具）頂 面之時，滅低熔矽行經區域内石墨/矽界面的最高&度。 其二’通路180可用來将想:液分配給兩條溢流溝槽114 與116以及毛細溝槽108。其三，由於其傾斜的角度，通 路180内流向毛鈿管108的熔液，册較在先前EFG模具内 所經歷的横向流動為少。其四，通路1 8〇與先前技術之棋 具内將熔液由坩鋦供往棋具毛細管的通路相校，前者的製 作較為容易且較不昂贵。綠合上述四项優點，在模具私附 近供應相互靠近的較大量的通路18〇，就經濟層面而言是 可行叫與合乎實際的。因此，不僅是通路18〇可更為平行 於模具内等A線地傾斜佈置，而且，通路18〇的較大數量 與較為靠近的相互間藤距離，將可滅少熔液在毛鈿溝内與 模C具〕頂經歷的横向流動。熔液在棋具内横向流動，將 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)甲4規格(210x297公赞) 一 請先《讀背面之注意事項f寫本页) •裝· •訂· •線· 2ii〇4〇

有利於滅少雜質偏析與雜質沈掇。 請先聞讀背面之注意事項'鸾本页 果呢？本發明的模具不僅可喊些，而且可以更近 乎等&。歸結言之，由以上所列因索逶成的坩鋦與毛細通 路内的液勒溫降，將可減低液你溶解石墨模具之破的傾向 。藉著與液#之反麟低析出料傾m減少沈積在 模c具）尖100上的破切。竣化勒在模（具）尖ι〇〇上 的沈積減少，是一項有意義的利益；因為〔如上所曾討論 過的）碳化你沈積物，會引起模c具）尖的濃差以及改變 模C具）尖的形狀，因而會造成由此模具所生長出之晶質 體的厚度差異。破化於在模c具）尖刚上的沈積破的減 少，尚具有另一個利益，此乃因為破化总沈積物會堵塞傳 統設計模具的通路，繼之阻止燦你流向生長f月形，進而 限制了傳統設計之模具的有用壽命；而結合本發明的模具 ，則有著一個長得多了的有用壽命。 經濟部中央標苹局負工消費合作杜印製 模具19.亦被設計來克服上述的第三個問题，意卽克服 液矽在模具與晶體生長用具鄭近區域上的汜濫。藉著在模 c具）尖100附近提供内溝槽114與外溝槽116 ,來自生 長彆月形110的大部分液矽溢流，枚截留在上述二溝楕之 内’且册被循環供隨後的晶瓶生長之用。如果發生較大量 的外溢*液矽可被截留在最外側的溝槽17〇之内。因此， 與已知EFG模具溢流矽有開的閃题，乃可予以規避。 在不致悖離本專利申請書所述發明的範团的狀況下， 仍可對上述的裝置進行若千改變與修正；因此，举例言之 ，模C具〕尖1〇〇的頂端面祝枒行生長的晶質體的形狀而 本紙張尺/tit ;种㈣家料(卿ψ蝴格(210x297公ϋ ~ 2ii⑹

經濟部中夬標準局員工消費合作社印t 五、發明説明（22 ) 定，可以為圓形、圓形、拒形或是其他的形狀。此外， 模具/对錢組件之不同部分的相對規格，亦可予以改雙。 因為第三溝槽並朴為模具令人滿意地運作所必項，因此亦 可予以省略。然而，因為第三游横可以預防對生^域内 其他構件造成的㈣，因此有著第三#槽來裁留溢流發生 ，的熔液是較佳的選揮。坩钱/棋具組件的尺寸大小與設 «•t，亦可不致悖離本發明的原理地予以改變。因此，举例 吞之，坩鍋與EFG模具可以按兩個分立而不相同的構件予 以形成，而此二構件將可組合在一起，以形成與本專利申 請書附圖所示坩鍋/模具單元相當的功能件。在此種替代 的實施例裡，通路ls〇將成為分離形成的模具的一部分。 其他可能作出的修改，對熟悉本枝衡之人士而言是類 而易見的。因此，以上文字敍述與附圖所示的一切事項， 僅為範例性説明之用，而朴具任何限制之意義n 本專利申請書内所用、、管狀々一詞，乃指一長形中空 物性’此物®有一環团形式的横載面形狀。此横載面形狀 較佳地是一多角形，警如：十角形或九角形；佴亦可是一 圓形或其他的形狀。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)甲4規格(210X297公紫） 請先聞讀背面之注意事項4从考本页 •裝· •訂· .綠·

Claims (1)

1. L —種利用efg過程以〜 用具，包含了： 選材料生長管狀晶質體的 ㈤一個擁有一底 定了-個用於Μ 的㈣，上述底壁與邊壁界 1固用於谷納上述特選材料 違Μ ⑻-個改良式與上述邊壁整為：=部空間； 上述的模具，包含了用於支援換； 以及用控制上述晶質艚My r 知/同態生長界面 山、叫贯體的模c具）尖裝 )尖裝置，包含了 ^ 置，上述的模（具 表面與外外邦矣&、π / 返爲端人會的内外部 卜外崢表面以及⑻的輸送裝 ，可於善彡*從m ，上迷的⑻輸送裝置 了藉著毛細作用將上述特選材料 锍祕ru、 上遗·相錢輸送至上 表面在兮善尖裝置’如此可使上述的内外部表面與外外部 滿。^述晶質體的過程内，不斷地為上述炫液所謂 2. 如申請專利範圍第f項所述之用 内部表面與外部表面，乃大體垂直於上述2面;^的 廷伸。 、1 2 3 4 5 6 7 8 9端面的平面 用於容納上 甲 4 (210X297公釐） 25 — 1 如申請專利範圍第1項所述之用具，装 /、T，上述的 輸送裝置，至少包含了一條與上述項端面相會的毛細管 2 如申請專利範圍第1項所述之用具，包含了維^ ♦ 3 一熔液池及第二熔液池與上述内外部表面夂外外部表= 4 合的第一溝槽及第二溝槽。 5 5·如申請專利範固第1項所述之用具，立 6 r，上迷的 7 輸送裝置，包含了： 8 -V 9 述熔一熔液池而位於上述模c A7 B7 C7 —sttob------- 六、申請專利範因 裝置之上述内外部表面附近的第一溝槽裝置； —用於容納上述熔 一溶液池而位於上述模〔具〕尖 裝置之上述外外部表面附近的第二溝槽裝置。 6. 如申請專利範圍第5項所述之用具，其中/·,上述的 輸送裝置，包含了一條位於上述模〔具）尖裝置之内而與 上述模c具）尖裝置之顶端面相會的第—毛細管通路以及 以液態形式將上述特選材料由上述坩鍋送至上述第一毛細 管通路的裝置。 . 7. 如申請專利範圍第5項所述之用具，進一步地包含 了一條第二溝槽；此第三溝構乃以園繞上述第二溝槽裝置 以及與上述第二溝槽裝置相隔開的闞係佈置，係用以容藏 自上述模C具）尖裝置或上述第二溝槽裝置溢出的熔液。 8·如申請專利範圍第i項所述之用具，其中，於上述 内外部表面及外外部表面與上述頂面交會處之間量出的上 述頂端面的寬度，應在〇·〇2吋至〇·2〇吋之間。 9. 如申請專利範圍$ i項所述之用具，其中，上述的 輸Cυ括了條将嫁矽輸送至上述頂端面的毛細管 以及將上述坩鍋之内部接至上述毛細管的傾斜通路。 10. 種利用EF<3過程生長一特選材料之管狀晶質體的 用具，包含了： 個容納上述待選材料之熔液的坩鍋； 一一用以加溢上述坩鎢之加溫裝置； ——以上述炫液生長上迷材料管狀晶質體的生長裝置，包 含了⑴用以支承许晶的符晶持定裝置，上述晶質潑卽 甲 4 (210X297公釐) ' " ------------ -26 - ........................................^ ......裝..........................訂.................{ 線 (靖先閲讀背面之注意事項再填窝本頁} A7 B7 C7 D7

   於此抒晶上生長；⑵用於册上述管狀晶質體與上述抒 晶持定裝置技離上述坩鎢的拢取裝置； 2ii〇b —— — 六、申請專利範团 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) .訂. —與上述姆鋼整體成形的形成裝置，包含了用以支承上 述特選材料膜以及用於決文上述晶質體横戴面形狀的 模C具）尖裝5 ;上述的中空管狀晶f體，郎由此特 選材料膜生長出；上迷的模（具）尖裝置，包含了一 個頂端表面、内、外外部表面、毛細管裝置、通路裝 置，上述.的内、外外部表面與上述的顶端表面/交會； 上述的毛細管裝置，係用來將處於熔化狀態的上述特 選材料藉著毛細管作用由上述坩鍋輸送至上述的頂端 表面；上述的通路裝置’係用來將處於熔化狀態的上 述特選材料由上述坩鍋輸送至上述内、外外部表面， 如此，上述的内、外外部表面卽可於上述晶質體的生 長期間，為上述待選材料所潤濕。 •線. 11.如申请專利範圍第丨〇項所述之用具，其中，上述的 通路裝置’包含了由上述坩鍋之内部通往上述毛細管的複 數斜置通路。 12依申請專利範圍第u續所述之用具，其中，上述的 斜置通路，係以與水平面成約30度之角度斜傾。 13.如申請專利範固第！2項所述之用具，進一歩地包含 了位於上述模C具）尖相對邊上的第一溝槽與第二溝槽； 而上述内外部表面，構成了上述第一溝槽的部分；而上返 外外部表面，構成了上述第二溝槽的部分。 種生長管狀中空晶質體的方法，得.利用㈤一個Efg 甲 4 (210X297公釐） —27 — 畴—. 六、中請專利範因 模具與⑻用於容納成液態之上迷 將上述特選材料供至上述EFG 慈形式 具有—㈣㈣面、1精％上述的模具， m…。 外外部表面以及以液餞 形式將上迷待選材料供至上述 攸… 通路；上述的方法，包含 的為數至少-條的 迷管狀晶質 端表面支承之液膜所生長時，用 ..处頂 外外部表面和上迷成液、…内外部表面翱 攸心 < 特選材料接觸的 15·如申請專利範㈣㈣所 了’用於維持上迷谓姓“万法，進-步地包含 i項端表面與上述坩鋼 t、 選材料液面間之高度差的_。 上述待 16·如申請專利範固第14項所述之法 模具，包括了鄭折,^戶，上述的 、上述内外部/表面與外外部 槽與第二溝槽，·而且其…’…、卜部表面的第-溝 池，係在每—上返讲 液心之上迷待選材料的熔液 梦_ ·. 溝槽内被維持著；而在上迷笫—1 第一溝槽内成液敢 溝槽與 勺特選材料，則分别地延伸向 外部表面與外外名 向上述的内 .. 衣面；且分別地利用上述内夕k A 外外部表面，形成Ύ<内外部表面與 〜吒了彎月形。 甲 4 (210X297公釐） I 事 項 裝 訂 線 28 —