TW561203B - Seed crystal holder - Google Patents
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Description
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)
- 5612A8 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-
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