TW561203B - Seed crystal holder - Google Patents

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561203 A7 ________B7 五、發明説明（彳） 發明背景 發明領域： 本發明係關於根據柴克勞斯基法（Cz〇chralski·)以製 造諸如半導體、介電、·及磁性材料多種晶體材料的拉晶設 備中所用的種晶體固持器之改進。 相關技藝說明： 傳統上，依據柴克勞斯基法（C Z )將諸如半導體矽單 晶之單晶材料製成條件晶體。 c Z法中所使用的拉晶設備之實施例顯示於圖3中。圖 3中所示的拉晶設備2 0包括坩堝3，其係配置於室10 之內及用以包含熔融矽2;坩堝支撐軸4及未顯示的旋轉 機構’用以支撐及旋轉坩渦3 ;種晶體固持器6，用以固 持種晶體5 ;拉線7，用以將種晶體固持器6向上拉；及 未說明的捲繞機構，用以旋轉及捲繞接線7。坩堝3係由 加熱器8所圍繞，加熱器8又由隔熱圓柱體9所圍繞。 接著，將說明使用上述拉晶裝置2 0以生長單晶之方法 。首先，在坩堝3之內，將多晶矽至少加熱至其熔點以便 使其熔化。然後，解繞拉線7，以使種晶體5的漸細尖端 與熔融矽2之中心接觸或浸於其中。接著，以適當方向旋 轉坩堝，並於旋轉時纏繞接線7以將種晶體5向上拉。因 此，開始生長單晶。經由適當地控制熔化的矽之溫度及拉 升的速度，可取得具有實際圓柱形的單晶1。 在C Z法中用以固持種晶體5之種晶體固持器6，已提 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) " 一 4 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 561203 A7 ______________. B7_；__ 五、發明説明（2 ) 出具有不同結構的多種種晶體固持器並於實用化，它們基 本上分類爲二種型式·· 1 )如圖2A所示之夾具型，及2 )如圖2B、2C及2D所示之鎖鑰型。在圖2 A.所示的 夾具型種晶體固持器中、種晶體5係由外套筒2 7旋轉時 開啓及關閉之眾多爪2 2所固持。在圖2 B所示的種晶體 固持器6中，種晶體5會挿入於形成在固持器本體的中心 處的孔中；插入件2 4會從側邊插入本體中以致於插入件 2 4與種晶體5的傾斜切割表面接觸；然後將鑰匙2 5插 入插入件2 4以鎖住插入件。圖2 C中所示的種晶體固持 器6係圖2 B中所示的種晶體固持器之改進型。在圖2 C 中所示的種晶體固持器6中，藉由使用具有推拔內表面之 環2 6以鎖住插入件2 4。亦即，環2 6會從上方接合於 種晶體固持器6的推拔固持器本體中以鎖住插入件。在圖 2 D中所示的種晶體固持器中，種晶體5會插入至形成在 圓柱種晶體固持器6的中心處的孔中；及從相對於種晶體 5的側邊插入插入件（梢）2 4，以致於種晶體5會與種 晶體固持器6嚙合。 好浐部中头«.萆灼卩J·.消抡合作私卬5? (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在上述傳統的種晶體固持器中，種晶體的表面粗糙度並 非總是與種晶體固持器的表面粗糙度一致，特別是插入件 的表面粗糙度。而且，即使當種晶體與種晶體固持器嚙合 並由其固持時，在種晶體的接觸表面與種晶體固持器之間 也可能有輕微的縫隙。因此，無法在整個接觸表面建立接 觸（此後稱爲“全表面接觸”），但可經由單點建立接觸 (此後稱爲“點接觸”），以致於負載集中於一點。在此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 561203 A7 B7 五、發明説明（3 ) 狀態下，非常難以安全地固持及上拉種晶體之下生長及具 有大直徑和重量之單晶。在極端的情形下，可能會於種晶 體固持器中負載應力集中點處產生裂痕，造成種晶體固持 器斷裂，或種晶體本身斷裂，因而造成被上拉的單晶下降 或掉入包含於坩堝中的熔融矽中。而且，在蝕刻及淸潔之 後，重覆地使用相同的種晶體，種晶體斷裂的風險會隨著 重覆次數增加而增加。 發明槪述 本發明可解決上述問題，且本發明的目的係提供種晶體 固持器，其可於整個單晶生長期間在種晶體固持器與種晶 體之間建立完全的表面接觸，以便防止生長的單晶重量所 施加的重負載集中於一點，藉以安全地及可靠地固持種晶 體。 好浐部中头i?.^-^h_T-消合作打卬$ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲取得上述目的，本發明提供種晶體固持器，用於根據 柴克勞斯基法操作的拉晶設備中，其中於種晶表面與固持 器的爪接觸表面之間設置抗熱緩衝材料，或於種晶體的切 割表面與固持器的插入件的接觸表面之間設置抗熱緩衝材 料。 當種晶體固持器爲夾具型時，抗熱緩衝材料會設置於插 入夾具中的種晶體的一部份表面與夾具的眾多爪的內表面 之間。當爪逐漸關閉或緊縮時，可以在種晶體與夾具的爪 的內表面之間建立全表面接觸，以致於作用在種晶體表面 上的應力會分散。而且，由於在壓力之下建立接觸表面， 本紙張尺度適/彳]中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6- 561203 A7 B7 — ----------------- . 五、發明説明（4 ) 所以，接觸面積會增加。因此，可以安全地及可靠地固持 種晶體，並穩定地上拉正在生長的單晶。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在稱爲鎖鑰型的種晶體固持器中，抗熱緩衝材料係設置 於種晶體的切割表面與涸持器的插入件之接觸表面之間。 因此，在插入插入件的鎖之後，可以在種晶體的切割表面 與固持器的插入件的接觸表面之間建立全表面接觸，以致 於作用在種晶體上的應力可分散。而且，由於在壓力下建 立表面接觸，所以，接觸面積增加。因此，可以安全地及 可靠地固持種晶體，及穩定地上接正在生長的單晶。 較佳地，上述抗熱緩衝材料係選自碳纖維氈、玻璃纖維 氈、金屬纖維氈、及陶瓷纖維氈所組成的族群。較佳的是 ’含於陶瓷纖維氈中的陶瓷纖維係選自S i C纖維、BN 纖維、S i 3N4纖維、A1N纖維、A1 2〇3纖維、 硼纖維、及矽化鋁纖維所組成的族群。較佳的是，抗熱緩 衝材料係選自造成塑形變形的材料。 當抗熱緩衝材料選自碳纖維氈、玻璃纖維氈、金屬纖維 氈、及陶瓷纖維氈所組成的族群，及含於陶瓷纖氈中的陶 瓷纖維係選自S i C纖維、BN纖維、S i 3N4纖維、 A 1 N纖維、A 1 2 〇 3纖維、硼纖維、及矽化鋁纖維所 組成的族群時，抗熱緩衝材料會具有高抗熱性，且即使在 種晶體固持器所曝露的高溫環境下也能長時間保持其緩衝 特性。因此，能夠安全地及可靠地固持種晶體，及穩定地 拉動正在生長的單晶。即使當使用諸如A 1等會造成塑形 變形的材料作爲抗熱緩衝材料時，也能取得同於使用上述 本紙張尺度適州中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 561203 A7 B7 五、發明説明（5 ) 氈之情形相同的效果。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在傳統的種晶體固持器中’由於種晶體與種晶體固持器 之間的接觸係爲點接觸的形式’所以’種晶體的支撐不完 整。結果，會在種晶體‘或種晶體固持器中產生斷痕，造成 種晶體或種晶體固持器斷裂，而使得正在生長中的種晶體 掉落β在本發明中，由於抗熱緩衝材料設於種晶體與種晶 體固持器之間以建立全表面接觸，所以’單晶的負載會分 散於整個接觸表面之上且可避免應力集中’以致於可安全 地及可靠地固持種晶體。因此’即使在種晶體下生長具有 大直徑及重量的單晶時，仍能免除種晶體破裂的風險。結 果，可以穩定地及有效率地拉動單晶。而且，傳統上，當 重覆地使用相同的種晶體時，種晶體會隨著重覆使用次數 的增加而增加斷裂的風險。但是，在本發明中，抗熱緩衝 材的設置可增加種晶體重覆使用的安全度。 圖式簡述 圖1 Α - 1 D係垂直剖面視圖，顯示本發明的種晶體固 持器之實施例，其中圖1 A係顯示夾具型、圖1 B係顯示 鎖鑰型、圖1 C係顯示鎖鑰型的另一實施例、及圖1 D係 顯示鎖鑰型的又一實施例； 圖2 A - 2 D係顯示垂直剖面視圖，顯示傳統的種晶體 固持器之實施例，其中圖2A係顯示夾具型、圖2 B係顯 示鎖鑰型、圖2 C係顯示鎖鑰型的另一實施例、及圖2 D 係顯示鎖鑰型的又一實施例；及 本紙張尺度適W中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 561203 經浐部中决i?^-*h_T消合作打卬來 主要元件對照表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 A7 B7 五、發明説明（6 ) 圖3係解釋圖，顯示拉晶設備的實施例，於其中使用本 發明之種晶體固持器。 單晶 熔融矽^ 坩堝 坩堝支撐軸 種晶體 種晶體固持器 拉線 加熱器 隔熱圓柱體 室 拉晶設備 夾具型種晶體固持器 爪 抗熱緩衝材料 插入件 繪 環 外套環 較佳實施例說明 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-9 - 561203 A7 B7 五、發明説明（7 ) 接著，將詳述本發明的實施例，但是，其不應被視爲本 發明的限制。 本發明的發明人硏究種晶體固持器有關的意外形成原因 ，例如拉動單晶時種晶體斷裂，並發現主要原因係種晶體 與種晶體固持器的接觸表面之間的不完全接觸。經由謹慎 的硏究，發現在接觸表面之間建立全表面接觸以取代點接 觸時，可以有效地解決上述問題。本發明係根據這些發現 而完成的。 首先，參考圖式，說明應用本發明之拉晶設備的種晶體 固持器之種晶體固持機構。 圖1 A係垂直剖面視圖，顯示本發明的夾具型種具固持 器之實施例。 好浐部中决«••挲而h.T.消贤合作乜卬^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如圖1 A所示，夾具型種晶體固持器2 1具有之結構爲 抗熱緩衝材料2 3設於種晶體5的表面與圍繞種晶體5的 夾具之眾多爪2 2的接觸表面之間，以在種晶體5與爪2 2之間建立全表面接觸。當夾具的外套筒2 7旋轉以關閉 或緊縮爪2 2時，緩衝材料會壓於種晶體5的表面上。因 此，可以更加可靠地固持種晶體5，以致於可以安全地及 可靠地拉動具有大直徑及重量之單晶。 圖1 B係顯示鎖鑰型種晶體固持器之實施例。圖1 b中 所示的種晶體固持器6具有之結構爲使用插入件2 4以固 持種晶體5。亦即，具有傾斜切割面之種晶體5會插入形 成於固持器本體的中心處之孔中；在前端具有抗熱材料 2 3的插入件2 4會從固持器6的側邊插入，以致於插入 本紙張尺度適川中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 561203 A7 _______ B7___ 五、發明説明（8 ) (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 件2 4會與種晶體5的傾斜切割表面接觸；接著將鑰匙 2 5插入形成於插入件2 4中的鑰匙槽中以鎖住插入件 2 4。在上述結構中，由於抗熱緩衝材料2 3係插入於種 晶體5的傾斜切割表面^與插入件2 4的接觸表面之間，所 以，可在壓力下於種晶體5與插入件2 4之間建立全表面 接觸，以致於單晶的負載會分散且可減輕應力集中。因此 ，即使種晶體固持器固持正生長的重單晶時，也不會從種 晶體部份發生斷裂。 圖1 C係顯示鎖鑰型種晶體固持器6的另一實施例。除 了具有推拔內表面的環2 6係從上方接合於種晶體固持器 6的推拔固持器本體中以鎖住插入件2 4之外，在結構及 效果上，圖1 C中所示的種晶體固持器與圖1 B的種晶體 固持器相同，包括插入抗熱緩衝材料2 3。 圖1 D係顯示鎖鑰型種晶體固持器6的又一實施例。在 圖1 D所不的種晶體固持器中，種晶體5會藉由使用插入 件（梢）2 4而與固持器嚙合。亦即，種晶體5會插入形 成於圓柱形種晶體固持器6的固持器本體中心處的孔中； 及插入件（梢）2 4會從相對於種晶體5之側邊插入以致 於種晶體5會與種晶體固持器6相嚙合。與插入件2 4相 接觸的種晶體5之表面係曲狀接觸表面，曲線表面係以垂 直於種晶體的垂直軸且對應於插入件2 4的圓形剖面之徑 向二分之一部份之方向延伸。抗熱緩衝材料2 3會插入以 至少延伸於曲狀接觸表面之上，藉以建立表面接觸。正生 長的單晶之負載會分散，且消除應力集中。因此，可以安 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規梢「（ 210X297公釐） ' •11 - 561203 A7 B7 五、發明説明（9 ) 全地及可靠地固持種晶體及正生長的單晶。 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 使用本發明的種晶體固持器之拉晶設備的基本結構基本 上與參考圖3之「相關技藝說明」中所述者相同。·但是， 如同上述四實施例中所’述般，使用本發明之種晶體固持器 將能藉由全表面接觸而非點接觸以固持種晶體5，藉以分 散單晶的負載及防止應力集中。因此，可安全地及可靠地 固持具有大直徑及重量之單晶，及較長期穩定地拉動單晶 〇 本發明中所使用的抗熱緩衝材料係選自足以承受高溫環 境之碳纖維氈、玻璃纖維氈、金屬纖維氈、及陶瓷纖維氈 所組成的族群，會在此高溫環境下使用緩衝材料及維持生 長中的重單晶負載。 包含於陶瓷纖維氈中的陶瓷纖維係選自S i C纖維、 BN纖維、S i 3N4纖維、A1N纖維、A1 2〇3纖 維、硼纖維、及矽化鋁纖維所組成的族群。 包含於金屬纖維氈中的金屬纖維之實施例包含鋁纖維、 鋁合金纖維、鋼纖維、及不銹鋼纖維。 選自上述抗熱纖維氈之抗熱緩衝材料即使在種晶體固持 器所曝露的高溫環境下仍然能夠長時間地保持其緩衝特性 。因此，能夠安全地及可靠地固持種晶體，及穩定地拉動 生長中的單晶。 本發明中所使用的抗熱緩衝材料可依據目的而適當地選 自上述抗熱纖維氈。但是，當拉動矽單晶時，較佳地選擇 碳纖維氈、S i C纖維氈、或S i 3N4纖維氈以避免生 本紙張尺度適刖中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12· 561203 A7 ________B7 五、發明説明（10 ) 長中的單晶及熔融矽受污染。 此處所使用的“氈” 一詞係指編結數微米至數釐米長度 的短纖維，然後將其壓縮而取得的不織物。或者，.可使用 由短纖維紡成紗並由其織成之織物。 可自容易造成塑形變形及足以承受高溫環境之諸如A 1 等軟材料中選取抗熱緩衝材料，在此高溫環境使用緩衝材 料及維持生長中的重單晶負載。 本發明不侷限於上述實施例。上述實施例僅係舉例說明 ，與申請專利範圍中所述的結構實際相同及提供類似動作 和效果者係包含於本發明的範圍中。 舉例而言，在上述實施例中，已說明本發明的種晶體固 持器用於C Z法中的情形。但是，無須多言，本發明的種 晶體固持器也可用於所謂的施加磁場柴克勞斯基法。 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 好浐部中央^:挲^“-T消贤合作；^卬^; -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 5612

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種種晶體固持器，該種晶體固持器係用於依據 柴克勞斯基法操作的拉晶設備中，其中會於種晶體表面與 固持器的爪之接觸表面之間或者種晶體的切割表面與固持 器的插入件接觸表面之間，設置抗熱緩衝材料。i 2 ·如申請專利範圍第1項之種晶體固持器，其中該抗 熱緩衝材料係選自碳纖維氈、玻璃纖維氈、&、 及陶瓷纖維氈所組成的族群。 3 ·如申請專利範圍第2項之種晶體固持器，其中包# 於陶瓷纖維氈中的該陶瓷纖維係選自S i c織I!、BN_ 維、S i 3N4纖維、A1N纖維、A1 2〇3纖維、碳 纖維、及矽化鋁纖維所組成的族群。 4 ·如申請專利範圍第1項之種晶體固持^， 熱緩衝材料係選自會造成塑形變形之材料。 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉率局貝工消费合作社印裝 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS > A4規格（210X297公釐） -14-