TW399107B - Pulling-up device for a single crystal - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接近 直 角 〇 流 通 部 的 半 導 體 融 液也 因 而 被 抑 制 。此外 於 半導 體 融 液 液 面 下 之 磁 場 方 向 爲水 平 方 向 > 可 以抑制 半 導 體融 液 在 垂 直 方 向 的 對 流 〇 其 結果 爲 提 升 半 導 體單結 晶 之 品質 » 特 別 是 能 夠 期 待 本 發 明 抑制 空 孔 發 生 0 圖面 之 簡 單 說 明 圖1 係 本 發 明 之 單 結 晶 提 拉 裝 置之 -- 實 施 形 態 0 元件 符 號 之 說 明 10 單 結 晶 提 拉 裝 置 12 氣 室 13 坩 堝 13a 外 坩 堝 13b 內 坩 堝 13c 連 通 部 14 電 熱 器 15 原 料 供 應管 16a、 16b 線 圈 17 半 導 體 融液 20 升 降 桿 2 1 支 撐 物 本發 明 之 較 佳 實 施 例 以 下 參 照 圖 面 資 料 > 說 明 本發 明 之 單 結 晶 提拉裝 置 之 實施 例 〇 本 單 結 晶 提 拉 裝 置 1 0 係具 有 • 氣 密 容 器氣室 1 2 ，及 設 於 氣 室 1 2 內 之 坩 堝 1 3， 及 加 熱 坩 堝 1 3內 之 半 導體 融 液 1 7 用 之 電 熱 器 1 4 ，及 設 於 前 述 氣 室1 2 外 側 具有 兩 個 線 圈 1 6 a 、 1 6 b 的尖 頭 ( C U S P )磁 場 施 加裝 置 0 前 述 坩 堝 1 3 係 由 接 近半 球 狀 的 石 英 (Si 0 9 "^ 訂 I I 〆， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) )質外坩堝1 3 a ，及設於此外坩堝1 3 a內側領域的石 英質圓筒狀隔間體之內坩堝13b所構成。坩堝13係載 置於垂直設置在氣室1 2的中央下方的升降桿2 0上的支 撐物2 1之上。 連通內坩堝之外側領域及內側領域之連通部1 3 c設 於前述坩堝1 3 b之底部。此連通部1 3 c係由內坩堝 1 3 b底面的切割掉一部份形成一個缺口部而成。 _在前述線圈1 6 a 、1 6 b上流動的電流互爲逆向。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 6 (修正頁）38739 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 ) 發明背景 發明所靥之技術分野 本發明係關於利用雙重構造之坩鍋儲存半導體融液而 自該融液提拉半導體單結晶之單結晶提拉裝置。 先行技術 以往，CZ法爲已知的成長矽（S i )或是鎵一砷（ G a A s )半導體等半導體單結晶的方法之一。此法之特 徵爲容易製出無位錯（dislocation)，或是結晶缺陷極 少之大口徑、髙純度的單結晶，因而常用於各種半導體結 晶之結晶成長。 最近數年，成長單結晶走向大口徑化，高純度化，以 及含氧濃度及不純物澳度等的均一化。爲因應此類需求， c Z法亦經種種改良而供實際應用。加磁場之C Z法即爲 改良法之一。此法藉著由外部對坩鍋內部的半導體融液施 加磁場抑制半導體融液內之對流，因而對於含氧濃度之控 制性極高，單結晶化率亦優良之生成單結晶的優良長晶方 法。 另有一改良c Z法是在坩鍋內設筒狀之隔間體，在隔 間體上還設有連通隔間體內外領域的連通部，由隔間體外 側持續供給原料，於隔間體內側提拉半導體單結晶。 然而，在利用透過設置於柑鍋內之隔間體的連通部來 將半導體融液供應至隔間體內側領域之改良式c Z法時， 如果在連通部流動的半導體融液流速過大時，於原料投入 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐) —K------ύ------IT------//- ' - - * (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) -4 - 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 B7 · 五、發明説明（2 ) 領域所發生的空孔發生源（使v 〇 i d (晶格缺陷）發生 之物質）會透過連通步向內側坩鍋的內側領域擴散，有阻 礙半導體單結晶健全成長之顧慮。此外，抑制因坩鍋內的 對流而導致的空孔發生源擴散亦爲高品質半導體單結晶提 拉裝置上所不可或缺的技術。也就是說，要讓半導體融液 在前述之流通部緩慢流過、且要抑制半導體融液之擴散， 在髙品質的半導體單結晶的提拉上是很重要的。 發明的要旨 本發明係鑑於上述情形，其目的在於提供藉由減低半 導體融液在流通部流動的流速及抑制半導體融液的擴散而 安定半導髖單結晶品質的單結晶提拉裝置。 本發明之單結晶提拉裝置係於氣密容器內部設置的外 坩鍋上儲存半導體融液，在外坩鍋內載置形狀爲筒狀隔間 體的內坩鍋而形成雙重坩鍋構造，由前述內坩鍋的內側領 域的半導體融液來提拉出半導體單結晶之單結晶提拉裝置 ，其特徵爲：於前述內坩鍋上形成連通內坩鍋內側領域及 外側領域之連通部、於前述氣密容器的外側配置可施加尖 頭（c u s P)磁場之裝置、藉由前述磁場施加裝置所施 加之磁場其磁場爲接近水平方向之位置係設於較半導體融 液液面更低之處，而在前述內坩鍋之連通部把磁場控制成 接近垂直方向。 由於採用前述方法，於前述的連通部被施加的磁場其 磁場爲垂直，因此連通部的半導體融液的流動方向與磁場 本紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^^1· ί 1H ί ^^1 n 1 —if I ^^1 ^^1 HI 言 <諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -5 -

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接近 直 角 〇 流 通 部 的 半 導 體 融 液也 因 而 被 抑 制 。此外 於 半導 體 融 液 液 面 下 之 磁 場 方 向 爲水 平 方 向 > 可 以抑制 半 導 體融 液 在 垂 直 方 向 的 對 流 〇 其 結果 爲 提 升 半 導 體單結 晶 之 品質 » 特 別 是 能 夠 期 待 本 發 明 抑制 空 孔 發 生 0 圖面 之 簡 單 說 明 圖1 係 本 發 明 之 單 結 晶 提 拉 裝 置之 -- 實 施 形 態 0 元件 符 號 之 說 明 10 單 結 晶 提 拉 裝 置 12 氣 室 13 坩 堝 13a 外 坩 堝 13b 內 坩 堝 13c 連 通 部 14 電 熱 器 15 原 料 供 應管 16a、 16b 線 圈 17 半 導 體 融液 20 升 降 桿 2 1 支 撐 物 本發 明 之 較 佳 實 施 例 以 下 參 照 圖 面 資 料 > 說 明 本發 明 之 單 結 晶 提拉裝 置 之 實施 例 〇 本 單 結 晶 提 拉 裝 置 1 0 係具 有 • 氣 密 容 器氣室 1 2 ，及 設 於 氣 室 1 2 內 之 坩 堝 1 3， 及 加 熱 坩 堝 1 3內 之 半 導體 融 液 1 7 用 之 電 熱 器 1 4 ，及 設 於 前 述 氣 室1 2 外 側 具有 兩 個 線 圈 1 6 a 、 1 6 b 的尖 頭 ( C U S P )磁 場 施 加裝 置 0 前 述 坩 堝 1 3 係 由 接 近半 球 狀 的 石 英 (Si 0 9 "^ 訂 I I 〆， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) )質外坩堝1 3 a ，及設於此外坩堝1 3 a內側領域的石 英質圓筒狀隔間體之內坩堝13b所構成。坩堝13係載 置於垂直設置在氣室1 2的中央下方的升降桿2 0上的支 撐物2 1之上。 連通內坩堝之外側領域及內側領域之連通部1 3 c設 於前述坩堝1 3 b之底部。此連通部1 3 c係由內坩堝 1 3 b底面的切割掉一部份形成一個缺口部而成。 _在前述線圈1 6 a 、1 6 b上流動的電流互爲逆向。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 6 (修正頁）38739 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 A7 _B7 五、發明説明（4 ) 因此磁場方向如圖1中之點線所示。也就是說，所施加的 磁場方向由垂直方向逐淅變成水平方向。 於前述氣室1 2內，設有供給原料至內坩鍋1 3 b外 側領域的原料供應管1 5。供應的原料有多結晶矽錠經由 粉碎機粉碎後的薄片，或是由氣體材料經由熱解法析出之 多結晶矽顆粒，如有需要，還會添加硼（B)，燐（P) 等添加物。此外於鎵砷半導體的場合則是添加鋅（Ζ η ) 或是矽（Si)等添加物。 此處，前述線圈1 6 a、1 6 b所形成的磁場其磁力 線爲幾乎垂直的位置被控制於與盡量與前述內坩鍋1 3 b 的連通部1 3 c —致的位置上。施加的磁場其磁力線成水 平的位置則被控制於半導體融液液面之下的位置•舉例說 明可以藉調整前述線圈1 6 a、1 6 b上所流動的電流值 或是利用移動兩個線圏之一來達到控制磁場的目的。 由此，於前述連通部13c，連通部13的半導體融 液的流動方向受到幾乎成垂直方向相交的磁場的影響，而 使得在該處流動的半導體融液受到抑制。因此，連通部 1 3 c處所流動的半導體融液流速可望減緩下來。此外， 於半導體融液液面下側因磁場方向爲水平，因此液面下的 半導髖融液的鉛直方向的對流受到抑制。其結果爲，空孔 發生源之類的缺陷發生源在半導體融液內的擴散受到抑制 ，使半導體單結晶的品質得以提升，特別是可以期待抑制 空孔的發生。 另外，坩鍋1 3在進行上升及下降時，因應其移動而 本紙張尺度逍用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ . 裝 Μ訂^ (請先聞讀背面之注意^項再填寫本頁) -7 - B7 五、發明説明（5 ) 調整線圈16a 、16b的電流值，或是移動線圈16a 、1 6 b的位置使磁場的水平方向維持在半導體液面下， 且將磁場的垂直方向維持著與連通部1 3 c方向一致。 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如上述所說明的，本發明的單結晶提拉裝置，係於氣 密容器內部設置的外坩鍋上儲存半導體融液，在外坩鍋內 載置形狀爲筒狀隔間體的內坩鍋而形成雙重坩鍋構造，由 前述內坩鍋的內側領域的半導體融液來提拉出半導體單結 晶之單結晶提拉裝置。其特徵爲：於前述內坩鍋上形成連 通內坩鍋內側領域及外側領域之連通部、於前述氣密容器 的外側配置可施加尖頭（c U S P )磁場之裝置。而後， 因爲前述尖頭（c U S P )磁場施加裝置所施加之磁場其 磁場接近水平方向之位置係設於較半導髖融液液面更低之 處半導體融液在鉛直方向的對流被抑制下來。而且，因爲 前述尖頭（c u s P )磁場施加裝置所施加之磁場其磁場 接近垂直方向之位置係位於前述內坩鍋之連通部，因此可 以讓連通部內的半導體融液的流速減低下來。其結果爲， 含在原料中的空孔發生源在半導體融液內的擴散受到抑制 ，而可獲得高品質的半導體單結晶。 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4规格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 第85Π3558號專利申請案 申請專利範圍修正本 (88年12月4日） 1. 一種單結晶提拉裝置，係具有： 覆蓋單結晶材料溶融部的氣密容器（12);將配置 於氣密容器（12)內，以儲存半導體融液（17)的雙重坩姆 (13) 構造，且在外坩堝（13a)內載置形狀爲筒狀隔間體 的內坩堝（13b)，於雙重坩堝（13)的外側領域及內側領 域間設置連通之連通部（13c)的雙重坩堝（I3);配置前 述氣密容器（12)的內側及該雙重坩堝（13)的外側，用於 加熱前述雙重坩堝（13)以形成半導體融液（17)之加熱器 (14) ，及配置於前述氣密容器（12)外側，可施加尖頭 (cups)磁場的尖頭磁場施加裝置，藉由前述磁場施加裝 置所施加之磁場，使其磁場爲接近水平方向之位置， 且係於較半導體融液液面更低之處，同時，在前述內 坩堝（13b)之連通部（13 c)把磁場控制成接近於垂直方向 者。 經濟部中央標準局貝工福利委員會印製 2. 如申請專利範圍第1項之單結晶提拉裝置，其中，係 於前述雙重坩堝（13)的外側領域配置投置半導體原料 的原料供應管（15)，以雙重坩堝（13>的外側領域作爲半 導體融液（17)的儲存領域，而將雙重坩堝（I3)內側領域 內的融液（17)，以半導體結晶予以提拉者。 3. 如申請專利範圍第2項之單結晶提拉裝置，其中，前 38739 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4规格（210 X 297公董）

   第85Π3558號專利申請案 申請專利範圍修正本 (88年12月4日） 1. 一種單結晶提拉裝置，係具有： 覆蓋單結晶材料溶融部的氣密容器（12);將配置 於氣密容器（12)內，以儲存半導體融液（17)的雙重坩姆 (13) 構造，且在外坩堝（13a)內載置形狀爲筒狀隔間體 的內坩堝（13b)，於雙重坩堝（13)的外側領域及內側領 域間設置連通之連通部（13c)的雙重坩堝（I3);配置前 述氣密容器（12)的內側及該雙重坩堝（13)的外側，用於 加熱前述雙重坩堝（13)以形成半導體融液（17)之加熱器 (14) ，及配置於前述氣密容器（12)外側，可施加尖頭 (cups)磁場的尖頭磁場施加裝置，藉由前述磁場施加裝 置所施加之磁場，使其磁場爲接近水平方向之位置， 且係於較半導體融液液面更低之處，同時，在前述內 坩堝（13b)之連通部（13 c)把磁場控制成接近於垂直方向 者。 經濟部中央標準局貝工福利委員會印製 2. 如申請專利範圍第1項之單結晶提拉裝置，其中，係 於前述雙重坩堝（13)的外側領域配置投置半導體原料 的原料供應管（15)，以雙重坩堝（13>的外側領域作爲半 導體融液（17)的儲存領域，而將雙重坩堝（I3)內側領域 內的融液（17)，以半導體結晶予以提拉者。 3. 如申請專利範圍第2項之單結晶提拉裝置，其中，前 38739 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4规格（210 X 297公董） H3 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 述雙重坩堝（13)的連通部（13c)，係將隔間體的內坩堝 (13b)底部予以切割，以形成切口部者。 4. 如申請專利範圍第1項之單結晶提拉裝置，其中，施 加前述尖頭磁場的尖頭磁場施加裝置，係由上下兩段 的線圈（16a、16b)所形成，且將上段線圈及下段線圈 之電流控制爲逆向電流，而使該線圈（16a、16 b)可於 半導體融液（17)內形成由垂直方向彎曲爲水平方向之 尖頭磁場者。 5. 如申請專利範圍第4項之單結晶提拉裝置，其中，係 將前述2段線圈配置成可使得由前述尖頭磁場施加裝 置所施加且施加於半導體融液內之垂直方向之磁場位 置係與設於前述內坩堝底部之連通部（13 c)—致，而且 上述水平方向的磁場之位置係位於較半導體融液液面 更低之處者。 6. 如申請專利範圍第5項之單結晶提拉裝置，其中，當 提拉單結晶時坩堝（13)亦隨著升降的情況，爲隨時保 持前述垂直方向的磁場位置與連通部（13c)的位置一致 ’且將水平方向的磁場保持於半導體融液液面下，將 配合坩堝（13)的升降而移動前述2段線圈。 本紙張疋度遑用中國國家揉準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) 2 38739