TWI250134B - Apparatus for silica crucible manufacture - Google Patents

Description

1 五、發明説明（ 發明背景 本發明係有關石英（又稱作氧切）掛禍，以及特別係有 關:種形絲凝石英掛禍之裝置，該石英㈣用於半導體 產業用以生長單晶碎物件。 、製切晶體時，㈣用柴克拉斯基（CZGehrayd)方法，該 万法中多晶矽首先於么英坩堝内部熔化。於多晶矽熔化 後，，種晶浸泡於㈣内，以及隨後取出，同時旋轉掛褐而 形成早晶碎轉鍵。 重要地’用於製備單晶梦特別用於半導體產業之掛瑪須 大致上不含雜質。此外，石英㈣龍大半*含有包涵氣 泡以及其它結構瑕疵。 ，此，高度希望有一種形成氧化矽坩堝之方法，其具有 低氣/包3 1及/或含有氣體的氣泡對⑦晶體的生長 無負面影響。 ' 、傳統上為了生產此種㈣’將原料石英引進旋轉中的中 2模具内’該模具於側部及底部具有可透氣壁區。於導引 入石英原料後，將熱源引進模具内而溶化石英。加散期 間，對旋轉中的模具外側施加真空俾抽取出間隙氣體。、雖 ;二此種過程可降低氣泡含量，但雖言如此仍然保留有氣泡 。此外，雖然曾經試圖控制氣—壓，但未存在有令人滿意的 裝置可充分符合石英坩堝製造上的獨特需求。 因此’半導體業界仍然存在需要有一種低氣泡含量的坩 堝及/或含有氣體的氣泡對多晶熔體以及抽取晶體極少 造成破壞影響的㈣。此項目的可經由減少氣泡數目達 1250134 A7 B7 五、發明説明（2 ) 成，以及經由控制被捕捉於氣泡内部的氣體組成俾減少對 晶體生長造成衝擊達成。此外，氣泡中的氣體組成可經控 制成讓包涵氣體高度可溶於矽熔體或由矽熔體中逸出。達 成此項目的之一大要求為可取得坩堝製造裝置而該裝置有 助於製造具有較少氣泡數目，以及帶有經過控制的氣泡氣 體組成的坩堝。 發明概要 根據本發明之具體實施例，提供一種製造石英坩堝之裝 置。該裝置包括一個中空模具具有底壁部及側壁部界限中 空空間於其中。壁面包括多條通道，該等通道可於真空下 抽取氣體通過模具避免。此種特色可抽取石英粒子朝向壁 面以及去除氣體。 也設置模具的旋轉支架俾輔助模具以垂直軸為軸旋轉 。此項特色也有助於透過離心力保有石英砂於模具壁面 上。 護罩環繞中空模具之至少一部分，以及設置至少一個進 氣口俾供給氣體至護罩與模具間的空間。通常護罩將包圍 模具外底壁及外側壁，以及中空模具頂部外周邊。 殼體或罩斗包圍護罩及模具之至少一部分，殼體至少有 個出氣口設置用以通風氣體。4交佳殼體將建立坩堝形成環 境，該環境係a)由周圍氣壓密封或b)形成足夠緊密的公差 (例如罩斗），該公差經由維持預定流動入環境而維持相對 於外側空氣的正壓。如此確保有控制氣體流出，以及並無 周圍氣壓流入殼體内部。 _- 5 -_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1250134 五、發明説明（ 幸乂佳關真n统設置壓縮空氣來源俾讓模具的開口曝 露於反向壓力，俾於溶化及燒結後允許掛場的排出。 較佳使用旋轉真空聯#節來轉連真空管線至中空模具 允許模具的旋轉。 〃 式之簡單說明 圖1為本發明之用以製造坩堝之裝置之示意圖。 趁.佳具體實施例之詳細纷明 熔凝石英坩堝由半導體產業用以根據柴克拉斯基方法而 由多晶矽生長單晶矽鑄錠。進行該方法時，多晶矽置於石 英坩堝内且於約1500。。熔化。結果所得熔體接觸種晶。當 種晶拉出時，生長單晶矽鑄錠。 田 八鑄錠生長過程中，熔融矽與熔凝石英坩堝反應，溶解部 刀坩堝壁。若洛解的坩堝壁含有氣體，則溶解過程可能造 成氣泡周圍材料斷裂。如此，可能釋放㈣凝石英片段小 晶片。斷裂的片段可能多重生長而干擾晶體生長過程的平 衡，如此限制晶體生長的良率。此外，任何含於氣泡内部 的氣體將落解於被抽取的矽，若不可溶則將變成夾帶於其 中如此，希望控制掛場氣泡的數量、大小及氣體含量。 坩堝本身係經由將石英砂置於旋轉中的石墨盆形成。離 心力造成石英砂黏附於盆側壁馮具有碗形。電弧供熱而熔 化石英砂。當電弧插入時，電弧溫度約為6000°C ,而壁面 溫度約為200(TC。石墨盆底部的一系統開口供給真空而由 石英砂去除殘餘氣體。 石英砂g曰粒間的氣體並未全部藉真空去除。此外，石英 6- 本紙張尺度適用中g g *標準(CNs) A视格⑽X挪公爱） 1250134 A7 B7 五、發明説明（6 ) 混合物如氦加氧、氦加氮、氮加氧、氦加氧，三元混合物 如氦加氧加氮、氖加氧加氮等。 於石英砂床後方的真空系統對盆造成負壓。經過控制的 氣體被抽取入盆内，然後通過石英砂床對盆造成負壓。真 空較佳低於7 5，0 0 0帕，更佳低於1 5，0 0 0帕，及最佳低於 5,000 帕。 希望由此區流出的全部出流經過控制而讓入流係大於全 部出流之和。如此確保該區將處於正壓下，因此更可建立 一區經過控制的預定氣體化學計算學。氣體通過石英砂床 後，氣體通風入石墨模具.，且被抽取經真空管線朝向真空 幫浦。 恰在熔化盆通風口的真空幫浦測得管路構成監測氣體組 成的較佳所在位置。例如可於此位置使用氣體光譜儀。此 外於該位置，可監測實際被抽取通過石英砂床的氣體組 成。當經過控制的氣體被抽取通過石英砂床時，該氣體開 始置換正常周圍空氣，若使用的氣體與空氣不同，則可監 測空氣組成逐漸轉變成選用的氣體組成。此種氣壓轉變依 據真空幫浦速率、來源流動速率以及其它流動速率而定可 由數分鐘至數小時。當全部因素皆滿足時例如純氮氣可於 約1至1.5分鐘以内置換空氣，淤約2至3分鐘以内殘存的正 常空氣低於剩餘量之1 0 %至低於2 %。由於來自經過控制 氣壓的氣體被抽取入且通過石英砂床，因此經由控制經過 控制的空氣容積，其為石英砂床之氣體供應源，可控制於 砂粒間間隙的氣體。 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 1250134 A7 B7 五、發明説明（ 較佳，全部相關入流與出流皆係處在平衡狀態。此外， 進氣流較佳超過真空泵送流速以及護罩通風流速。如此於 盆開口上方建立預定控制氣體的預定正壓區域。 較佳徹底密封的罩蓋組態用於熔化盆上。未徹底密封的 罩盖顯示變遷成為經過控制的氣壓遠較慢，且無法達到相 等最終數值。 一旦獲得氣壓的預定控制程度，插入電弧且供給電源給 黾51 ’造成砂床被加熱而開始溶化。一旦砂床内面開始熔 化，則開始形成阻擋氣體連續流動的密封。 此外’本裝置可減少蒸氣局部沉積於坩堝内面上。此 外，先前技藝經由噴槍使用氣壓控制氣體，會形成蒸氣污 潰而破壞形成的坩堝表面。經由提供氣體空間侷限以及相 對低速的氣流，本裝置可減少蒸氣污潰。 除了電弧效應外，氣體擴散能力也可經由選擇已知具有 问度擴散性的氣體控制。如此讓真空系統於特定鎖定目標 區域降低坩堝的氣泡密度變成更有效。 經由控制熔化周圍氣壓，至少可獲得下列優點。 1 .可消除空氣溫度及濕度的季節性變化。 2·可通當維持電弧。可選擇存在的氣體的電漿化學。已 知氮氣或大部分為氮氣會抑制―電狐。而其它氣體例如氯氣 或虱氣由、於第一游離電位較低，故可提升電弧安定性。如 此，可視需要迅速調整電弧氣壓。 3.可選擇氣體混合物活動性(擴散性）。由於氣體係被抽 取通過多孔砂床，故具有通過砂床的較高活動性的氣體就 1250134 A7

^何和疋—組條件而言較可能獲得具有較低氣泡密度的炫 疋床且或#具有較小的氣泡大小（容積）。高度活動性氣 體比於較低活動性氣體下讀化時，可獲得具有較少氣泡 以及較小氣泡的㈣石英。例如經由選擇氦氣，將獲得比 正常2氣具有遠更高擴散性的氣體。 4·氣體的氧化電位可藉化學計算學選擇。如此，氧的存 在可經控制而讓氣相或多或少具有氧化能力。如此對於來 粒内或砂粒上的有機氣體生成劑的氣泡結構部分具有 …、著w a也會矽響電極的耗用速率以及坩堝表面的氧 化。 …5.可選擇氣體混合氣體來滿足消f者的請求及/或需求， 讓選用的氣壓對於生長切晶體上任何微小缺陷最有利。 例如可藉去除氮氣製造坩堝。了解帶有矽熔體的晶體抽取 系統將形成矽氮化物或矽氧氮化物，而其將攙混於生長中 的矽晶體，製備不含氮化物或氧氮化物的晶體將有利於晶 體的抽取以及有利用於晶體產物。 實例 於圖1製置於氮氣加氧氣含極少氬氣之經過控制的氣壓 下製造坩堝（22吋及24吋）。於氮氣加氧氣混合物（不含氬 氣）下方製造的坩堝（22吋）對22吋試驗坩堝達成氬氣的殘 餘分量為0·352至0.014。此種殘餘分量為試驗件氣體環境中 的氬氣濃度相對於正常空氣環境的氬氣濃度的分量。坩堝 (24吋）係於類似的氮氣加氧氣混合物含極少或不含氬氣存 在下製造，測定氬氣殘餘分量。發現氬氣殘餘分量為〇·117 — *11-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

1. ο 52 1X490 月 5 年 3 案(9 請和 申換 利替 號範 6利 8 7 3專 主月 、=& 中 文 中 8 8 8 8 A B c D

   申請專利範圍 Λ\ ^ tJt 煩 ΛΊ r'T.) "Vi 太 正 1. 一種用於製造石英坩堝之裝置（1〇)，包含： 一個中空模具（14),其具有一底壁部以及一側壁部， 且内部界足一個中分pH| Orr ^ y 甲丄二間，琢寺壁四包括多開口而輔耳 氣體通過其中； 個模具（1 4)之旋轉支架，以使模具繞著一垂直軸系 轉該模具（14)，中空模具（14)之壁面及底部施加真空， 俾抽取石英粒子朝向壁面以及去除氣體； 瘦罩（26) ’其包圍該中空模具（14)之至少一奇 分； 土少一個進氣口，其係設置成提供氣體至護罩（2 6)病 中玄模具（1 4)間的空間； 個豉fa，其套住護罩（2 6)以及中空模具（丨4)之至 少一部分；以及 至少一個出氣口，其係設置成通風由護罩（2 6 )與中空 模具（1 4)間的空間送出的氣體。 2·如申請專利範圍第1項之裝置（i 〇) 壓縮空氣來源連結於模具（1 4)開口 炫化且燒結後排出掛禍。 3. 如申凊專利範圍第1項之裝置（1 〇) 真2聯軸節俾耦連真空管線至中空模具（丨4) 4. 如申請專利範圍第1項之裝置（1 0 )，其中該真空仴 7 5，0 〇 〇 帕。 1如申請專利範圍第1項之裝置（丨〇 )，其中該真空係 1 5，0 〇 〇 帕。 其進一步包括一 俾允許於坩堝（2其包括一個旋轉 O:\74\74118-930511.DOC 6 1250134 as Β8 C8 ______ D8 六、申請專利範圍 6.如申請專利範圍第1項之裝置（丨〇 )，其中該真空係低 5,000 帕。 7·如申請專利範圍第丨項之裝置（丨〇 )，其係包括一種氣體 組成分析裝置與真空管線聯通。 8·如申凊專利範圍第1項之裝置（1 〇 )，其中該護罩（2 6 )環 繞中空模具（1 4)之外底壁及外侧壁以及頂部之外周邊。 9·如申請專利範圍第1項之裝置（1 0 )，其進一步包括至少 一個電熱元件。 1〇·如申請專利範圍第i項之裝置（10)，其中該殼體係與護 罩（26)形成氣密封（36)。 11. 如申請專利範圍第！項之裝置（丨〇)，其中該殼包含一個 罩斗。 12. 如申請專利範圍第1 1項之裝置（1 〇 )，其中該罩斗係充 分緊密鄰近護罩（2 6 )，俾輔助相對於外界氣壓建立正壓 控制大氣（3 8 )。 13·如申請專利範圍第丨項之裝置（1 〇)，其中至少一個出氣 體口包含一根導管該殼體。 τ 14.如申請專利範圍第1 2項之裝置（1 〇)，其中該至少一個 出氣口包含一個介於罩斗與護罩（2 6)間的空間。 O:\74\74118-930511.DOC6 -2-