TW314641B - - Google Patents

Description

314641 經濟部中央標準局β：工消费合作杜印«. A7 B7五、發明説明（1 ) 本發明相两於一種由粒狀原料所製熔體經结晶固化而 膨脹以製備半導體材料晶棒或晶塊之方法及實施該方法之 器具。 通常，製造單晶形-或多晶形晶棒或晶塊係採用：① 左克拉斯基坩堝拉延法，②無坩堝區域拉延法或③熔鏵法 (其中，矽熔體僳縳入石英或石墨之模具内，並在模内之 控制條件下if施固化）。在匾域拉延法中，多晶形料棒， 必須在謹慎監控之情況下，使氣相實施溫和沉積而製得。 雖然，坩堝拉延法或熔鑄法所用之起始原料，可能是以比 較容易之方法所沉積之多晶形矽碎片，但所用坩堝或模具 可導致産品遭受污染及增加成本。在DE-A- 29 2 5 6 7 9或其 相對應之US-A-4,312 ,700之方法中，將另一熔化坩堝内製 得之矽熔體加入一結晶室（該室備有一熔體池，結晶之材 料則由該池向下拉延）内，由於熔融之矽與不同材料之器 壁接觸之時間太久，亦發生類似問題。另在DE-A-35,31 610之方法中，亦復如此，其中，熔體池僳由不與矽起化 學反應之材料製成之滾筒圍撓著，當以前述方法之類似方 式將固化之材料向下拉延時，熔融之矽偽傾倒在其自由表 面内。前述之熔鑄法，主要用以製造太陽能電池之基本原 料，藉坩堝拉延法或區域拉延法製得之晶棒，通常，將其 鋸成晶圓，之後，在大多數案例中，再將其製成電子分件 或電機分件。傕別方法之應用範圍受到限制，例如：熔鏵 法及坩堝拉延法，即不適於製造由區域拉延法製造之材料 (例如：有關類型及雜質比例方面有所不同）。此外，若干 I---.-----( i------訂^---^----. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度逍用中困困家橾準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央揉準局男工消費合作社印装 五 、發明説明（2 ) 1 I 方 法 之 能 量 平 衡 不 盡 理 想 1 — 方 面 » 因 須 製 備 較 大 量 之 熔 1 1 1 體 能 源 消 耗 高 但 % 一 方 面 » 在 結 晶 之 後 9 又 必 須 藉 冷 1 I 卻 作 用 將 幾 乎 同 樣 多 之 能 量 排 除 掉 Ο 請 先 Ί 所 以 » 本 發 明 之 巨 標 在 提 供 一 種 方 法 9 該 方 法 之 用 途 聞 讀 背 1 η ί 極 為 廣 泛 $ 且 可 用 良 好 之 能 量 平 衡 t 以 製 造 I9B 早 晶 體 晶 棒 及 面 之 1 Ι 多 晶 體 晶 塊 之 半 導 體 材 料 (例如 :鍺或持別是矽）。 該 方 法 注 意 事 1 1 之 産 品 可 符 合 最 高 純 度 之 要 求 f 尤 其 在 製 造 ΒΚ» 早 晶 體 時 9 無 項 再 L 需 依 賴 使 用 熔 化 坩 堝 > 即 可 採 用 粒 狀 原 料 0 寫 本 藉 肋 於 一 種 方 法 可 達 成 本 百 標 3 該 方 法 包 括 製 造 半 頁 I 1 導 臞 材 料 之 熔 融 相 以 覆 蓋 該 材 料 之 固 態 相 * 在 固 態 相 之 對 1 ί 面 t 熔 融 相 有 一 白 由 面 9 在 結 晶 過 程 中 9 於 熔 匾 之 表 面 1 1 連 缠 地 或 間 歇 地 供 應 能 量 及 添 加 粒 狀 原 料 » 以 維 持 熔 融 相 1 訂 9 因 此 9 在 熔 體 表 面 之 對 面 » 半 導 體 固 態 相 上 9 半 導 醱 材 1 料 逐 漸 生 長 Ο 1 製 造 並 維 持 半 導 體 材 料 (尤其是矽）熔融相所需 之 能 源 1 I > 以 由 輻 射 能 形 式 供 應 極 為 有 利 0 若 以 電 子 輻 射 能 作 此 用 1 ★ 途 特 別 有 利 » 蓋 因 此 型 能 源 供 應 » 可 毫 無 問 題 地 滿 足 半 導 體 技 術 上 之 一 般 純 度 要 求 » 同 時 9 受 影 m 之 匾 域 及 輻 射 能 1 Ι 之 劑 5 極 易 控 制 及 改 變 Ο 為 確 保 對 熔 融 矽 相 整 値 白 由 面 供 1 1 應 足 夠 之 能 量 t 可 由 一 摑 或 更 多 個 輻 射 源 作 用 在 熔 融 態 内 1 1 或 待 維 持 之 匾 域 〇 在 許 多 案 例 中 » 亦 經 驗 證 ： 用 一 値 或 更 1 多 個 電 子 束 (其 中 » 每 一 値 電 子 束 作 用 在 一 傾 次 匾 $ 該 次 1 1 區 小 於 待 輻 照 之 地 區 ) 掃 描 待 輻 照 之 地 區 較 為 有 利 Ο 原 則 1 I 上 9 使 用 其 他 電 磁 輻 射 源 » 例 如 • 光 輻 射 (利 用 雷 射 源 導 1 1 1 - 4 - 1 1 本纸張尺度逋用中國B家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央揉準局属工消费合作杜印装 〇14641 五、發明説明（3 ) 至待輻照地區）或高能光源（例如：水銀蒸氣燈）亦羼可行 。必要時，為使整値地匾之輻照均勻，亦可能藉適當之反 射器實施掃描或聚焦。在另一具醴實施例中，維持半導體 材料熔融相所需之能量，偽藉一感應加熱線圈供應。舉例 言之，適當之感應線圈由浮動區域晶腥生長而公開者。 基本上，凡固化時顯示體積膨脹現象之所有半導體材 料（亦邸其固態之密度小於其液態者），其結晶作用均適用 本方法。該等材料主要係元素型半導體鍺及尤其是矽，乃 當今電子及太陽能電池技術界最重要之半導體材料，其固 化之體積膨脹約為10S；。為簡化計，下列諸具體實施例僅 涉及矽，但亦同樣可應用於緒或其他材料，尤其固化時體 積膨脹之半導體材料。 第一步，本方法開始時，先製得一熔融矽相，該熔融 矽相覆蓋著一固態矽相，且具有一自由表面對著其與固相 之界面。將一具有預期横斷面及預期晶體结構（亦即圓形 、矩形或方形）之單晶形-或多晶形矽晶體（該晶體可同時 具有晶種之功能）從其表面開始加以熔化，直至一己達預 期深度之熔體池在剩餘未熔晶匾上面形成為止，此種現象 即可發生。必要時，該熔體池之周圍可用支撑或固形之元 件予以穩定。另一種可能是：一碟形或扁平矽Η缓缓熔化 後，形成一熔醱透鏡，其四周則圍以熔固態矽之圓環。 — ____ ——— 轜照面之大小（缩小或放大）可影繼透鏡形熔體池之直 徑，最後可测定所得晶體之横斷面。熔體透鏡之表面，其 對著吸收輻射能表面者，適於放置晶種或作支持用之晶體 本纸張尺度適用中國困家梂準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I---,-----~ ^------訂^---=----绛 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局β:工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) ，藉以穩定該表面，結晶作用得以開始。製造熔體池之另 一可能性是：①覆蓋一扁平、碟狀或塊狀之基本晶醱，( 必要時設置一適當之窪穴或凹槽）②其朝向輻射源之表面 置以粒原料，③將該粒狀材料加以熔化，此外，亦可能在 所成熔體池之周圍，另外放置若干矽塊作為支撑之用。粒 狀原料可能不會完全熔化；尤其所製造者並非單晶形産品 時，基本晶體與實際熔體池之間可能生成一粒狀原料燒結 之中間層。在此情況下，該中間層亦可直接敷在可以冷卻 且包括金屬或陶瓷材料而無矽基本晶體之基板上。 在該方法中，所進給之粒狀原料，其粒徑以0.1至10 公厘為佳，尤以1至6公厘更佳，在毎値案例中，該等粒 徑數字像指：該原料完全通過一値篩孔大小對應於粒徑上 限之篩子，但不能通過一値篩孔大小對應於粒徑下限之篩 子。若粒狀原料之粒徑較小，經驗顯示：容器内有産生泷 流之危險，而大型顆粒則可能浸入熔體池之部分太厚，可 能干擾结晶鋒面。具有適當粒徑之部分，可用傳統分類法 ，例如：篩分法，從習知、市售、含有較多種粒徑之粒狀 原料中分離出來。舉例言之，細粒部分可用篩孔0.1公厘 之篩子分離出來，粗粒部分可用篩孔10公厘之篩子分離出 來，最後剩下之粒狀原料部分，其粒徑介於上、下限之間 。但，尤其在生長單晶體或大部分自動化之方法中，將選 擇較窄之範圍，以介於1至6公厘為佳，所以，進給之粒 狀原料得以相當均勻地熔化。粗粒徑原料另有一優點：因 其表面積較小，經由環繞顆粒之氧化物表皮帶入該条統之 本纸張尺度適用中國國家#準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） I---------- ^------訂^---„----^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局属工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（5 ) 氧較少。舉例言之，粒狀原料可能曾用機械法將沉積在加 熱載體上之多晶形矽磨粹而製得。由流動床體沉積法所製 幾乎呈球形之粒狀原料亦同樣適用。 當熔體池達到預定寬度及深度且熔融相及固態相間之 ,________ ——............ 相界穩定在固定位置時，本方法之第一個步驟邸行結束。 在理想情況下，為維持此一熔體與晶體間之熱平衡狀態， 經由熔體自由表面，供應熔體所失能量（例如：輻射損失 及其他類似損失）給熔體即足夠。所以，實際上，在吸收 輻射能而溫度較高之自由表面及對面溫度較低之固/熔相 界面（該處之溫度相當於矽之熔點）間之熔體内有一溫度梯 g存在。經由自由表面，熔融相内再添加粒狀原料（因該 粒狀原料之密度較小，所以一直保持漂浮在表面上），平 衡狀態遭到干擾，首先影響溫度情況之變化，因而，在連 接固態相之對面相界上，原料開始從熔體中結晶出來：固 態相向前移動且熔融相所覆蓋之晶醱開始生長。隨著粒狀 原料不斷進入熔融狀態，結晶作用則不斷在對面之相界處 不斷進行。當粒狀原料完全熔化且熔融相與覆蓋下之固態 相間再度達到平衡狀態時，生長則完全終止。 於本方法第一階段所製熔融相之自由表面内進給粒狀 矽原料，正式晶體製造工作即可開始並饞缠進行。粒狀原 料之進給可採用連鑲式或間欧式，由於可獲致較一致之結 晶速率及恒常不受之拉延或下降速率，所以，以採用連缠 式進給較佳。粒狀原料之進給可藉助於習知之進給及計量 裝置，例如：搖動導管或振動或轉動輸送帶。在每値案例 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） I,—：-----「ά — (請先閱讀背面之注意ί項再填寫本頁) *1Τ "

經濟部中央揉準局贝工消费合作社印I 314641_B7_五、發明説明（6 ) 中，有待保持之進給速率，最好由計算予以估計及/或由 預備實驗測定，除待供應之自由面之大小外，必須纳入考 量之主要因素是：熔匾内能量之多寡及通往固態矽相（自 由表面對面）之過渡區内之生長或結晶速率。若半導體材 料之熔融相僳由一感應加熱線圈來維持，粒狀原料之進給 ,最好經由感應加熱線圈之圓孔或經由感應加熱線圈與熔 融相表面間之縫隙。 為確保矽熔匾有一足夠之厚度及一足夠之熱容量，在 自由表面區内熔匾之溫度，最好保持在超過矽熔點（約1420 1C)以上高達200Ό,尤以超過矽熔點以上50至150t：更佳。 自由熔體表面之過熱，同時更可確保後缠進給粒狀原料之 顆粒得以預期之速率而熔化。因此可確保熔融相之能含量 可足以使熔化速率大於結晶速率，另一方面容許低缺點或 零缺點之晶棒或晶塊生長。將本方法之各參數作一適當之 匹配，使熔體之體稹遠大於隨後毎次進給、以未熔態漂浮 在熔體上面之粒狀原料之體積，則可支持上述之狀況，必 要時，所用之粒狀原料亦可予以預熱。 在自由表面之熔體溫度，可藉助於坩堝拉延法或匾域 拉延法所習知之測溫器具加以監控。該種適當器具之實例 ，可藉高溫計予以說明。 當粒狀原料加入熔融相之自由表面並逐漸熔化時，固 相自對面之液/固相界開始生長，因而，後者依照生長之 速率朝向熔體往前移動。原則上，可能使晶棒或晶塊停留 在固定位置（必要時可以轉動），熔融相則更向上移動。此 I--.------ ^------訂^---^----炙 (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央揉準局負工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 一不同方法所具備之先決條件是：輻射源及進給設備與該 熔體之遷移蓮動有所關聯，並且随著生長之晶體同樣向上 移動。但該方法所用之器具較為複雜。所以，較合意之不 同方法是：在該方法中，當固相以對應於矽生長速率之速 率下降時，輻射源、進給設備及熔融相均停留在固定位置 。該生長速率得依照預期産品之類型不同加以改受；所以 ,舉例而言，用作太陽能電池基本原料之多晶形矽塊，其 製造時之生長速率較用以製造電子分件所需晶圓之單晶形 晶棒為快。關於多晶形材料之製造，典型生長速率，亦即 下降速率，為0.5至5公厘/分鐘，關於單晶形材料之製造 ,通常為0.2至3公厘/分鐘。在每一値具體案例中，由所 定下降速率及從熔融相移除之固體矽數量，亦可能測定每 齒案例中必須進給之粒狀原料數量。反之，若進給之粒狀 原料數量確定，亦可匹配以對應之下降速率。 可向下移動，必要時，亦可轉動，並可約束及控制生 長中之矽棒或矽塊作垂直蓮動之基板，業經公開並於前言 中所述專利文獻中述及。舉例言之，適當之基板係連接於 一拉延軸上，且必要時可以冷卻之薄板，初始階段所用之 矽即置於該薄板上，且該薄板偽用作熔融相之基板，矽之 生長程序乃自該基板開始進行。舉例言之，無坩堝區域拉 延法中習知之晶棒盛裝及晶棒支撑裝置或接纳裝置（在該 等装置中，容器内固定置有一小晶種，該容器具有一具有 較大直徑之圓形支撑設備以供生長中之晶體使用）等容器 ，亦可加以使用。 本纸張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I---.-----* ^------訂"---„----坟 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 314641 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（8 ) 本方法通常在若干容器内進行，該等容器容許設立並 維持一適當之工作環境。該等容器，可依照每痼案例中所 用能源及/或預期之添補或純化效果，以其他晶體生長方 法所習用之方式加以選擇。原則上，本方法可在：真空、 高逹超高及超大氣等壓力範圍内進行。 藉助於實例及兩份示意圖，現將本方法及實施該方法 之適當器具加以説明。圖1顯示單晶體圓棒之製造，圖2 顯示具有方形横斷面之多晶形晶塊之製造。 圖1顯示一進給及熔化室2(為了清晰易於判謓，僅以 示意圄表示之），外面圍以鈍材（以矽為佳）護蓋1,該室 底部用一密封及支撑之矽板3圍著，在本方法開始時，該 -、·. _ ---------- 矽板仍係十足固體。該室内之電子束源4像指向支撑板3。 此外，另有一進給導管5之孔口，經由該孔口，粒狀原料 6從一矽庫（未顯示，位於外面，且必要時可予以加熱）進 給至由支撑板形成之底部表面上。 於密封及支撑板下方，有一結晶室7 ,其中，裝有一 可垂直蓮動及轉動之晶體容器8,其中，固定放置一晶種9 ，對該容器8另有位置適當之支架10,用以接纳並穩定形 成之晶棒。 結晶作用開始時，使晶種向上移至其初始位置，該位 置最好在密封及支撑板3之中心之正下方，該板仍舊是完 全封閉而且十足固體。藉助於電子束4 ,該矽板由中間缓 .. .--------- 慢i彳直至一熔體透鏡形成，起初該熔體透鏡甚小，藉肋 於g熔體透鏡，得使晶種自下方發生接觭。以坩堝拉延法 -10 _ 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4*i格（210X297公釐） (請先閾讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局員工消费合作杜印装 314641 A7 B7五、發明説明（9 ) 習知之方式除去位錯，首先製得一緊缩體11 (所諝之「細 頸J ),隨後擴大輻照之表面，使熔體透鏡之直徑逐漸加 大，最後達到晶體之指定直徑。在此過程中，最好令晶種 轉動並缓慢下降，同時必須將粒狀原料加入熔融相受輻照 之自由表面内，以維持熔體之液面。 起始階段完成後，正式拉延工作隨後展開。粒狀原料 6偽經由進給導管5連缠地或間歌地加入熔融相13之自由 表面12,並藉助於輻射能使該自由表面之溫度維持在超過 矽熔體高達2 0 0 t：,尤以超過矽熔點5 0至1 5 Ο Ί0更佳。同時 ,在對面熔融相13與固態相（晶體15)之界面14處，原料由 熔融態轉變成固態，並在晶體15上生長。將生長之晶體從 熔體向下拉延時，同時將轉動之晶體容器8降至適當位置 ，原料得以進給並在晶體上生長，熔融相之液面則保持在 密封及支撑板3之高度且恆常不變。此處亦須注意以確保 熔融相13之彎液面16 (該彎液面形成於支撑板3與晶體15 之間且使轉動可能）自由侧之長度不超過容許之極限值（ 達到該極限值時，鸞液面即行破裂，熔匾將流失）。根據 經驗，對矽而言，此極限值係約8公厘。 在結晶室7内，可能提供進一步之加熱裝置17,使晶 體實施在控制下之冷卻作用，以免發生熱應力。在此處所 舉具體實施例中，因熔化室2及結晶室7可用氣密之方式 以彼此相對地固定起來，不同之工作壓力亦可加以設定。 舉例言之，假若為了電子輻射，雖然熔化室2可設定一個 甚佳之真空《以1〇_1至1〇_5毫巴較有利 > ,但，假若需要一値含 -1 1 - 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） I---,-----( t------訂^---=----故 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) 314641 A7 B7 經濟部中央揉準局負工消费合作社印装 五、 發明説明（10) 1 I 有 特 殊 氣 體 之 大 氣 環 境 時 t 结 晶 室 7 内 亦 可 維 持 —— 較 高 之 1 1 1 壓 力 (以 1至50毫巴為佳） 0 舉 例 言 之 9 沖 洗 氣 匾 (例 如 1 I 惰 性 氣 體 氬 ) 可 減 少 雜 質 擴 散 進 入 熱 晶 體 内 • 或 添 加 添 補 請 先 1 氣 匾 可 達 成 經 由 熔 融 相 之 添 補 作 用 • 即 靨 此 種 案 例 0 壓 力 閲 讀 背 1 Ί 差 異 之 另 一 優 點 是 ： 熔 融 相 之 彎 液 面 1 6之 白 由 側 業 經 加 以 之 1 支 撑 及 穩 定 〇 注 意 事 1 1 到 達 預 ή 晶 體 長 度 時 t 最 好 將 輻 照 面 積 逐 漸 減 小 使 拉 項 再 L 延 工 作 終 止 9 晶 體 直 徑 亦 相 應 減 小 9 最 後 9 原 已 向 下 拉 至 填 寫 本 Ψ- 某 一 位 置 之 晶 體 9 則 從 剩 餘 熔 體 透 鏡 昇 起 〇 舉 例 言 之 再 頁 1 1 進 一 步 減 低 輻 射 之 能 量 * 剩 餘 之 熔 體 随 後 可 兀 全 固 化 0 如 1 | 同 本 方 法 開 始 時 一 樣 9 熔 化 室 及 结 晶 室 再 度 由 — 固 體 密 封 I 1 及 支 撑 板 隔 開 9 所 以 » 取 出 製 妥 之 晶 體 後 » 必 要 時 $ 換 上 1 訂 支 撑 板 並 放 置 一 晶 種 9 下 一 次 拉 延 工 作 可 依 照 同 樣 方 式 重 新 開 始 〇 1 圖 2 偽 顯 示 一 適 於 製 造 塊 狀 晶 髏 之 方 法 之 具 體 實 施 例 1 I 及 適 於 實 施 該 方 法 之 器 具 0 1 1 成 於 一 氣 密 或 可 油 成 真 空 之 容 器 (為 了 清 晰 易 於 判 讀 9 未 曾 顯 示 ) 内 9 裝 有 一 傾 或 更 多 傾 (例如 兩艏）電 子 束 熱 1 1 源 20 t 21及 — 進 給 導 管 22 9 藉 助 於 該 等 裝 置 9 可 均 勻 地 加 1 1 熱 熔 融 相 24之 白 由 表 面 23並 供 應 粒 狀 原 料 25 0 在 對 面 之 表 1 I 面 處 9 熔 融 相 經 由 界 面 26進入 晶 體 27 9 該 晶 體 置 於 支 撑 板 1 1 28上 t 支 撑 板 可 以 下 降 加 熱 或 冷 卻 〇 1 1 在 結 晶 過 程 中 » 利 用 與 圖 1 所 述 者 相 似 之 程 序 9 於 供 1 I 應 能 置 時 » 將 粒 狀 原 料 25進 給 在 熔 體 白 由 表 面 23上 » 該 粒 1 1 1 - 12 - ί 1 本纸浪尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（11 ) 狀原料即在該處熔化，同時引發晶體27在對面之液/固界 面處生長。支撑板28下降之速率與生長速率相對應，所以 ,當逐漸生長之晶體向下拉延時，最後，熔融相仍保持在 同樣液面高度。 結晶工作開始時，在第一階段，將支撑板28向上移至 起始位置。該支撑板可覆以一晶種片29 (如圔2左半邊所 示），該晶種片包括一單晶體，單晶匾部分熔化産生熔融 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印«. 方塊片曰HB柱 在始率首料右 其案34最 之晶種 Γ之 。起功料材2 及値面， 同等晶單成 得在射原形圖. }毎表以 不該之由組 製停輻狀晶如 U在之所 該，形、} 法仍而粒多，al，段， 杉 。塊晶形向 方至度該之法 定片佳 角 料晶大晶方 同給厚，得方 Μ決等為 原體粗多之 不進夠前製之 π先此展 狀晶用一意 之料足之所同 t 預。擴 粒單使有合 單原到成晶不F33列向 給成若具上 簡狀達生結一 Μ段排方 進生。塊學 較粒層相式此 片狀延 _ 始要區晶晶 比將結融正。 > 動形拉 1 開主晶等結 一即燒熔。池r活之沿 -即中多該有 另，在之31電 方之期以 親用有，具 照段，層層能(βι卻預且 步作具塊區 依階面結間陽 面冷按 ， 此晶處晶體 可始上燒中太 斷經均觸 在結30干晶 亦初28蓋一造 横由段接 ，步域若I 塊於板覆成製 之好片體 時一區得 晶，撑及形於。27最等熔 要進緣製 。等中支前結適示體，該矽 必許邊可(-構該法之以燒別所晶32，與 ，容在亦區結 方置昇經待邊 邊中將 相法僅，髏狀 該位提先，半 各例因 、1Τ (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度逍用中國國家標率（CNS ) Α4规格（210X297公釐） 明説明發 減 以 成 製 矽 由 好未射

7 7 A B 險 風 之 染 污 並輻蓮 相量地 融能分 熔之部 ，段料 地片原 奇等狀 驚該粒 。自之 出給 於進 由將 : 撞 是流 受因之 遭原上 低其面 ，表 面， 表果 等效 該卻 濕冷 潤及 對 S3 以 層 結。 燒觸 一 接 成接 形直 處體 該熔 在與 料段 原片 狀該 粒止 此阻 ，層 緣結 邊燒 之該 相， 融段 熔片 至冷 送抗 如 來 起 圍J包 例 («體 5 3 3 晶 器之 熱域 加區 一 晶 裝結 安式 再正 ，開 是離 的將 利器 有熱 加 該 板 熱 加 阻 tyal 冷 保 確 以 産 之 態 狀 终 最 力 應 干基 若之 成池 居 置 塊能 晶陽 得太 所作 將供 低 ，， 有後圓 具之晶 得區成 製綠鋸 後邊鋸 最裂復 ，破往 慢去或 缓除鋸 而，線 致時以 1 要再 用必， lit. ϊί ft 。境 卻品小 0 »9Q 導 半 之 脹 膨 積 體 時 化 固 造 製 以 用 可 法 方 之 明 。發 料本 材 本 如 例 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 矽}為 意Γ :合者 ，形sS t: 曰s U其 PJ Θ但. 材ί 體 形晶 角Μ 多所 或。 形面 圓斷 1 横 ， 有之即 具形亦 體角 ， 晶六大 等或積 該形面 ，角斷 鍺四横 或 、： 達 高 徑 直 堝晶 坩結 要， 需外 不此 既。 :現 是實 點以 優得 要長 主生 其1 HOD 〇 晶 厘之 公染 Ο 污 5 免 達， 高具 長模 邊要 或需 厘不 公亦 訂卜 氧 經濟部中央揉準局負工消費合作社印製 材。 晶勻 多均 致為 導極 而配 因分 ，之 上劑 面補 鋒添 晶及 結致 之一 面別 平待 呈向 乎位 幾之 在區 生體 發晶 係單 用内 作料 産本 之在 淨以 純所 別. 持用 致不 獲去 可省 果以 效可 析多 凝大 ，剤 法助 製輔 精或 域料 區原 於磺 似含 類於 , 由 者。 再品 與可沉 需亦之 無，雜 相行複 融進由 熔下用 因況使 ，情需 外之無 此壓： 。氧是 量無點 帶在優 夾可一 之法 硪方 低該 降且 幅， 大觸量 可接含 ,壁氣 中器低 法英到 方石達 另 ο 的 0 之 本纸張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210X29*7公釐） % 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印裝 u A7 B7五、發明説明（1 3 ) 積法製成之晶棒作為起始原料，但可代之以粒狀原料，該 粒狀原料極易再行進給而且亦可由移動床反應器内之沉積 法製得。最後，值得再度一提的是：可達成的高結晶速率 ,低應力晶體之冷卻及零故障之程序控制，該程序控制傺 經由易於控制之程序參數以達成。重要的一點是：本方法 之能量平衡甚佳，在整個過程中，僅須提供少量熔融原料 ,而且固化時回收之結晶熱可用以熔化添加之粒狀原料。 藉下列實驗例可對本方法作進一步之解釋： 實驗例1 : 在一對應於圔1之配置中，一電子束源係排成垂直位 置，因此，一垂直電子束可以指向相距100公分之密封及 支撑板之中間部分。該支撑板包括一厚逹約7.5公厘之矽 碟並構成直徑約20公分之熔化室之下界及直徑約30公分之 结晶室之上界。熔化室僳油成壓力為1〇_β毫巴之真空，而結晶室内 則藉助於一流量恒定不變之氬氣流將壓力定在約1毫巴。 於中心之下方，將置有一單-晶體矽晶種〔直徑約3公厘， (100)定向〕之晶醱容器向上移動至支撑板附近，並留有 —狹缝。 之後，能之輻射開始，且在支撑碟之中心産生一熔體 透鏡，該熔醴透鏡之上部直徑約為12公厘，其下部直徑約 為4公厘。現在，晶種可以連接起來，並使其以約10轉/ 分鐘之速率轉動。當晶體容器逐漸下降時，熔體透鏡開始 收縮直至所諝之「細頸J形成及零位錯生長完成。然後， 於圓錐形拉延階段，經由細心監控及匹配晶體容器之下降 -15 - I I-----^ ------訂—r---成 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公漦） 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印裂 〇14641 A7 B7五、發明説明（14) 速率，熔體透鏡之直徑穩定地擴大，直至待拉延之晶體之 預期標稱直徑逹到約150公厘為止。若裝設一支掙板，該 支撑板有一加厚之中心區，該中心與一較厚之過渡區（其 範圍約高逹晶體之預期標稱直徑）相連，該過渡區則圍以 具有原有厚度之外區，本階段之實施過程將可變得比較容 易。在圓錐形拉延之最後階段，為保持熔融相之厚度恒常 不變，在本階段須藉粒狀原料進給器，將粒狀原料（粒徑 1至5公厘，電阻傺數約1歐姆公分）加入熔體之自由表 面。 於隨後之生長階段，像以功率約為40瓦/平方公分之 輻照使自由表面之溫度保持在約1 5 40至1 5 5 0 ¾。熔融相之 厚度約為12公厘，自由侧彎液面之長度約為7公厘。具有 上述規格之粒狀材料，其進給速率約為41公克/分鐘，所 以，晶體生長速率及拉延速率約為1公厘/分鐘。晶體容 器之轉速約為10轉/分鐘。為消除熱應力，使結晶後之晶 體再通過另一約5公分長之加熱區，該區偽一環狀加熱裝 置，其直徑約為1 8公分且溫度保持在約1 0 0 0 C。 長度到逹約30公分時，經輻照之面積連缠縮小，粒狀 原料之進給則停止，因此，晶體之直徑逐漸縮成圓錐形， 直至最後，晶體尖端與剩餘熔體透鏡間之連接部分斷裂。 之後，將能量供應停掉，使支撑板完全固化，最後取出晶 匾。 所得晶體係一單晶體且無位錯。所得材料係P -型導體 ，晶體全長之電導係數約為1歐姆公分。 -16 - IJI.-----^-------訂------故 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局属工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（1 5 ) 實驗例2 : 如團2中之配置，一方形銅質支撑板，其每邊長度約 為3 0 0公厘，且内部裝有供水之冷卻条统。起初，將支撑 板儘量向上移動，利用類似水冷片段之内壁（向外傾斜， 並覆以矽片）圍成一約5公分深之空空間。 粒狀原料開始進給，並將粒狀原料（規格如實驗例1) 添加在支撑板上。深度達到約3公分後，經由兩痼電子束 源（初始功率約為27仟瓦）開始供鼴能量，因而粒狀原料即 行燒結，粒狀原料逋缠進給，隨後輻射功率提高，直至粒 狀原料自上方開始熔化。同時，缓缓降低支撑板，以保持 熔體表面高度恒常不變。最後，得以形成一中間約50公厘 深之熔融相，但在與片段表面之接觸區内，粒狀原料業已 聚集並形成一燒結薄層，該薄層保護熔融相以防外溢。 然後，正式生長階段開始，其中，在能量輻射恒常不 變之情況下，以約24公克/分鐘之速率，將粒狀原料（已 預熱至約1201)加入熔融相之自由表面内。如此在對面液 /固相界處形成一約2公厘/分鐘之生長速率，此時，支 撑板亦以同樣之速率向下移動。該晶體生長僳柱狀多晶形 ，晶體尺寸高達約5公厘。 於晶塊厚度達到約40公分時，粒狀原料之進給停止， 能量輻射亦逐漸減低，令晶塊完全固化。經過約6小時之 冷卻階段，使垂直方向之溫差缓缓縮小，之後，取出晶塊 ，使其冷卻至室溫，再將含有燒結粒狀原料之邊緣區除去 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ιτ -17 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（l6) 經將所得材料加以檢査，測得位錯密度之最佳值：1〇3至1〇5/ 平方公分。磺含量為1016個碩原子/立方公分，僳在起始原料之含 磺量範圍内，此乃顯示，在晶塊之製造過程中亦未遭受污 染。與起始值相較，氣含量大幅減低，約為5 Χ 1(^5個氧原子/立 陽能電池之起始原料。 圖式簡單説明： 圖1像顯示一進給及熔化室2 ,外面圍以鈍材護蓋1,該 室底部用一密封及支撑之矽板3圍著。 画2僳顯示一適於製造塊狀晶體之方法之具體實施例及適 於實施該方法之器具。 一 18 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. <k〇41 A8 B8 C8 D8 修正 申請專利範圍 經濟部中央揉準局男工消费合作社印製 該中之且面面 射 半 過料 之。之厚兩 之 狀。 {其料並表表 輻 之 晶材 相定相此之 相 粒佳 料，材，由體 由 用 結體 融穩融，度 融 用為 材法體面自熔 係 所 在導 熔以熔以深 熔 所厘 體方導表對在 量 ， ，半 ，予，所没 ， ，公 導之半由地， 能 中 中於 中上中，浸 中 中 6 半塊該自歇時 ， 其 其應。其邊其配大 其 其至 造晶蓋 一間同 中 ， ，對動，各，匹最 ， ，1 製或覆有或， 其 法 法要移法在法以内 法 法以 以棒以相地相。， 方 方主下方料方加相 方 方尤 -晶相融缠融長法 之 之以向之材之經融 之 之， 晶}融熔連熔生方 項 項偽相項醴項業熔 項 項厘 結脹熔，及該面之 2 2 相融 2 導 2 徑在 2 2公 之膨之面量持上項 或 或態熔或半或粒粒 或 或10 體積料對能維相 1 1 1 固於 1 態 1 之顆 1 1至 熔體材之應以態第。第 第，對第固第料料 第 第 1 料時體相供料固圍應圍 圍否相圍之圍原原 圍。圍 G 原化導態藉原在範供範 範與，範繞範狀狀 範厘範為 狀固半固，體髏利ί)利。利動率利圍利粒粒 利公利徑 粒於一該中導導專^專矽專轉速專由專給於 專50專粒 由料造於程半半請 請傺請論之請僳請進應 請為請均 種材製，過狀，申 申料申無率申面申所對 申少申平 一體：相晶粒面如 如原如，速如表如及少 如至如之 導括態結給對 髏 中長 由 度至。 度 料 1.半包固在進之2.{3.導4.程生5.自6.厚度倍7.厚〇〇 原 ---------1------訂'—/----α - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家椹準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 314641六、申請專利範圍 内 器 熔，繞 體 偽 相 之 體相圍 熔 ， 融 法 導態上 至 動 熔 方 半固邊 給 轉 , 項 一體各 進 可 中 2 持導在 料 不 其 或 保半件 原 或 ， 1 及一另 狀 動。 法 第 造蓋·體 粒 轉相 方 圍 製覆固 將 可態 之 範 以並等 以 器固 項 利 用面該 用 容之 2 專 可表， 係 該料 或 請 源由件 置 ，材 1 申 能自另 裝 器醱 第 如 該一體，該 容導 圍TCO施 ，有固面， 之半 範 ο 實 源具之表置及動融 利20以：能相料由裝，移熔 專為用括個融材自種内下有 請多可包一熔體之一面向覆 申最種中少該導相少表可裝 如差 一其至-半融至由一盛 溫.， 相 熔 自 以 9 之 1 具 a 融 b 著 C 之 d 用 —--------~-------訂-—；----良- .(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局負工消費合作社印I 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ?3Ι053Ί3 314641

   圖 1

   圖 2