TWI360590B - Electromagnetic pumping of liquid silicon in a cry - Google Patents

Description

1360590 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於產生可用於製造電子組件及其類 似物之半導體級單晶矽。更特定言之，本發明係關於一種 藉由使用時變磁場在熔體中產生泵唧力來控制熔體流動之 系統及方法。 【先前技術】

單晶妙在大部分製造半導體電子組件之製程中為起始材 料’其通常根據稱為柴氏法（Czochraiski)的製程加以製備。 在此製程中，多晶矽被裝入坩堝並熔化，將晶種與熔融矽 接觸，並藉由相對慢之萃取而生長單晶晶錠。在頸部形成 元後，降低提拉速率及/或熔體溫度將擴大晶體直徑直至達 到所要直徑或目標直徑。接著，藉由在補償降低之熔體位 準的同時控制提拉速率及熔體溫度而使晶體之大體上呈圓 柱形的、直徑幾乎恆定的主體得以生長。將近生長製程之 結尾但在㈣中溶时用盡之冑，晶冑直㈣漸地減小而 形成尾錐《通常，增加晶體提拉速率及提供至坩堝之熱量 可形成錐體端。當直徑變得足夠小時，晶體將自熔體分離。 如此項技術中已知，熔融矽（在約1420攝氏度rc))將溶阁 裝有該熔體之二氧化矽（Si〇2)坩堝的表面。一些被溶解之二 氧化矽作為SiO(—氧化矽）自熔體之表面蒸發，而—些溶觸 之二氧切被併人正生長之晶體中。其餘的溶解二氧切 留在溶體中。以此方式，裝有料體之㈣成為習知柴氏 法技術所生長之矽晶體中出現的氧來源。 106928.doc 1360590 矽日曰體中之氡可具有正面及負面 偌欢果在製造各種電設 備期間的各種熱處理製程中，晶 m 中之虱可引起諸如沉 氣、錯位迴路及疊差等之晶體缺陷，或其 備效能特徵降低之電活性缺陷。然而，晶體中氧之固體容 液增加了石夕晶圓之機械強度’且藉由誘陷重金屬污染物， 该等晶體缺陷可改良合格產品 人 座羊。因此，矽晶體中所 :產品質量的一項重要因素，應根據石夕晶圓之最終 應用而加以仔細控制。 柴氏法條件下生長之習知石夕晶體，工業中所盛行的 乳濃又沿晶體長度而有所不同。舉例而言，通常晶種端之 =度局於晶體之中間及/或底部或尾端（tang端）。另外，氧 濃度通常沿著晶體之橫截面切面的半徑而有所不同。 為了解決氧的控制問題’已開始注重使用磁場來穩定金 屬及半導體熔體中的對流，以控制氧濃度及徑向分佈，移 除捧雜條紋等。嚴你丨而*w 增& h ’導電_中可產生的作為感應 電流及外加磁場之函數的勞命兹（Lor—力可用於減緩自 然對流及擾流。對流意指液體中藉由液體自身運動之熱傳 遞過程。 叙而。#在兩種對流：自然對流與強制對流。當熔 體之運動歸因於（例如）加熱器之存在所引起的密度梯度 發生自然㈣°當«之運動歸因於諸如掛禍及/或晶 。之疋轉等的外作用時’發生強制對流。在常規柴氏製 %中⑮體机動跫坩堝及正生長之晶體的運動所控制，且 系先中之,"、抓動的控制。因為熔體處於高溫（> 14丨2。匸） 106928.doc 1360590 且可存在較大熱通量，故熔體中之溫度梯度可較大，因此 熱對流在確定溶體流動中起重要作用。軸對稱拉晶機中之 炼體流動可使用圓柱座標系統之分量（例如Γ、θ、z)加以描 述。舉例而言，由旋轉坩堝3所引起的強制對流通常產生在 β方位角方向上的熔體運動（見圖1A)，而自然對流通常產生 球體熱對流圈’其中熔體在r徑向方向上及z垂直方向上運 動（見圖1B)。如此項技術中已知，且如以下更詳盡之描述， 導電液態（意即溶體）之運動方向及施加至炫體之磁場形狀 將決定熔體中所感應之磁場及/或電流的方向。當裝料（例如 電流）於磁場中移動時，一力將作用於移動裝料上（意即 疋律）。鑒於s亥等原則，已於晶體生長製程中使用各種磁場 組態在矽熔體中產生力，以穩定對流、控制氧濃度及移除 摻雜條紋等。 有三種習知之磁場組態用於穩定導電熔體中之對流，即 軸向、水平及會切磁場。 軸向（或垂直）磁場組態（例如，見圖2A)具有平行於晶體生 ^方向之磁場。在此組態中，熔體在0方向上之運動將感應 方向之電％，但其為最小-若任何電流可在炼體中流動。 ；如圖1 B中所說明，熔體在r-z平面之運動將感應Θ方 向上之電流’該電流在接近熔體頂部處按反時針方向而在 ，近溶體底部處按順時針方向流動（例如，見圖2B)。請注 意，出現於坩堝右側的”x"及對應之左側的表明自坩堝 頂部觀看為反時針方向，且出現於掛禍左側之"X"及右側之 對應，，.”表明自料頂部觀看為順時針方向。由於溶體以 106928.doc 1360590 向上之運動導致感應了最小電流，因此炼體中產生了最小 力（若有的話）來阻滯0方向上之熔體流動。然而，由於平 面上之對流而於熔體中所感應之電流，在熔體中產生了力 來阻滯產生該電流之熔體流動。 在水平（横向）磁場組態中（見圖3)，兩個磁極（未圖示）相對 置放以產生一垂直於晶體生長方向之磁場。水平組態之優 勢為能有效抑制熔體表面之對流。但當在較大直徑柴氏生 長製程中應用水平磁場組態時，其在軸向及徑向上之不均 勻性及複雜而龐大的設定將引入額外之設計考慮。在此組 I中’阻滞力非轴對稱，因此將失去系統之方位角對稱。 會切磁場組態（例如，見圖4Α)提供一些比軸向及水平磁 %組態有利之優點。一對線圈（未圖示）同軸放置於熔體固體 界面之上方與下方並在反相電流模式下運作，其產生一磁 %，该磁場在接近熔體表面處具有純徑向場分量且在接近 熔體中心處具有純軸向場分量之。以此方式，會切磁場組 態試圖保留熔體與晶體間之界面上的方位角對稱。如本文 所使用，方位角對稱意指具有獨立於方位角位置之相同值 而在不同徑向位置上具有不同值之特性。在此組態中，熔 體在Θ方向上之運動感應了一使電流在熔體邊緣向下流動 而在中心向上流動之電場（見圖4Β)，且如圖1Β中所說明的 熔體在r-Z平面上的運動感應了在接近溶體頂部處反時針方 向流動而在接近溶體底部處順時針方向流動的β方向上的 電流(見圖4C)。由於0方向上與Γ·ζ平面上之熔體流動而在熔 體中所感應的電流各自在炼體中產生力。由各感應電流產 106928.doc 1360590 生之力將阻滯產生各電流的熔體流動。 由於該等習知電場通常受限於阻滯熔體流動，需要改良 對晶體生長製程之控制，以解決該等習知磁場組態不能夠 選擇性地在熔體中產生力以加速熔體流動的問題。 【發明内容】 本發明將滿足以上需求，且藉由提供一種在生長製程中 短期及長期將時變磁場施加至熔體以在熔體中產生泵唧力 來控制熔體流動的系統及方法，本發明將克服先前技術中 的一或多個不足。藉由影響柴氏（Cz)晶體生長製程中液態 矽之流動，熔體中之熱量及物質轉移階可得到控制，藉此 決定自熔體生長之晶體的組成及特性，以及生長製程自 身。另外，本發明提供所要之熔體流動控制，其具有改良 之效率、靈活性性及綜合了三種習知磁場組態之優勢的性 能’並提供了額外的優勢。 根據本發明之一態樣，提供一種控制晶體生長裝置中之 晶體生長的方法。晶體生長裝置具有一裝有半導體熔體的 加熱坩堝，單晶晶錠根據柴氏製程自該半導體熔體生長。 晶錠生長於一提拉自熔體之晶種上。該方法包括將一會影 響溶體中之對流的磁場施加至熔體。該方法亦包括感測提 拉自熔體之晶錠的生長參數。該方法亦包括將所感測之生 長參數與一目標生長參數比較以確定功率調整參數。該方 法進一步包括在自熔體提拉晶錠的同時將磁場作為所確定 之功率調整參數的函數而加以改變，以在熔體中產生一泵 唧力來改變熔體中之對流速度。 106928.doc ，據本發明之另-"態樣，提供-種控制晶體生長裝置中 曰體生長的方法。晶體生長裝置具有一裝有半導體熔體 的加熱掛禍’單晶晶錠根據柴氏製程自該半導體炫體生 體±長裝置亦具有經通電以產生施加至炫體之磁場 的第及第一線圈。晶錠生長於提拉自熔體之晶種上。該 方法包括儲存一電流分佈。該電流分佈將對第一及第二線 圈進仃通電之電流定義為晶錠長度之函數。該方法亦包括 使用由該電机分佈所定義之第一及第二電流分別通電第— 及第二線圈以產生施加至溶體之磁場。該方法進—步包括 根據所儲存之電流分佈改變第一及第二電流。改變第一及 第二電流使得施加至熔體之磁場在熔體中產生泵唧力。泵 唧力改變熔體中的對流速度。 根據本發明之另一態樣，提供一種校正晶體生長裝置中 生長之矽曰曰體中之零錯位生長損失的方法。晶體生長裝置 具有一裝有半導體熔體的加熱坩堝，#晶晶錠根據柴氏製 程自該半導體㈣生長。晶體生長裝置亦具有經通電以產 生施加至熔體之磁場的第一及第二線圈。晶錠生長於提拉 自熔體之晶種上。該方法包括儲存一電流分佈。該電流分 佈將一具有第一相、用於通電第一線圈之第一電流及—具 有第二相、用於通電第二線圈之第二電流定義為晶錠長度 之函數。第一電流之第一相與第二電流之第二相為異相。 該方法亦包括使用由電流分佈所定義之第一及該第二電流 分別通電第一及該第二線圈以產生施加至熔體之磁場。該 方法亦包括根據所儲存之電流分佈而第一及該第二電流。 106928.doc -10· 1360590 改變第一及第二電流將使得施加至該熔體之磁場在炫體中 產生泵唧力，且泵唧力改變熔體中之對流速度。 或者’本發明可包含各種其它方法及裝置。 其它特徵之一部分將不言自明而一部分將於下文指出。 【實施方式】 本發明之實施例提供一種可改良柴氏晶體生長製程期間 矽熔體中之球體熔體流動模式的控制系統。更特定言之， 向熔體施加時變（即動態）磁場以在熔體中產生向上或向下 之泵唧力。有利地，可使用該等泵唧力按需要增加或減小 熔體流動速度。根據本發明之一個實施例，控制系統具有 兩種運作模式，其中熔體中可產生泵唧力以對熔體流動速 度產生所要之效果（意即增加或減小）。在第一種運作模式 中，施加至熔體之磁場在時間期間内改變並響應諸如直徑 之控制參數，以於熔體中產生可增加或減小熔體流動速度 之泵唧力。在第二種運作模式中，施加至熔體之磁場可在 整個晶體生長製程中改變，以於熔體中產生可增加或減小 熔體流動速度之泵唧力直至達到穩態速度。 晶體生長裝置包括一内裝坩堝3之

13自晶種 106928.doc 現參看圖5’其展示根據本發明之實施例的用於柴氏晶體 生長裝置的系統。通常，。日α艘4且壯SE A p ^ . 一 由一滑車（未圖示）連接至一轉鼓而另 用；固持日日種15之夾盤（未圖示），晶體13自晶 ⑧ 15生長。 =電阻加熱器5之加熱構件圍繞掛禍3。在加熱及晶體 期間’㈣驅動單元（例如馬達）7(例如）在箭頭指示之 力’針方向上旋轉坩堝3。坩堝驅動單元7在生長製程中亦 可按需要抬升及/或降低坩堝3。 左堝3及單日日體13具有共同對稱軸19。坩堝驅動單元7可 隨者溶體9之耗盡而抬升㈣3，以將其位準u保持於所要 高度》類似地，晶體驅動單元21在與坩堝驅動單元7旋轉坩 堝3之方向相反的方向上（例如逆向旋轉）旋轉提拉轴或纜索 17。在使用等向旋轉之實施例中，晶體驅動單元以可在與 坩堝單元7旋轉坩堝3相同之方向上（例如順時針方向上）旋 轉提拉軸或纜索17。另外，晶體驅動單元21可於生長製程 期間按需要相對於熔體位準丨丨抬升或降低晶體13。 根據柴氏單晶體生長製程，一些多晶矽被裝入坩堝3。加 熱器電源23通電電阻加熱器5，且絕緣物25呈線形排列於真 空腔室1之内壁。隨著真空泵31自真空腔室1中移除氣體， 供氣站（例如一瓶子）27經由氣流控制器29將氬氣饋入真空 腔室1。來自儲集器35之冷卻水被饋入腔室冷卻水套33中， 腔室冷卻水套33圍繞真空腔室1 β接著冷卻水被排至冷卻水 回流歧管37 »通常’ 一諸如光電管39(或高溫計）之溫度感測 器可量測熔體表面之溫度，且直徑傳感器41量測單晶體13 之直徑。一諸如控制單元43之處理器可處理由光電管3 9及 直徑傳感器4 1產生之訊號。控制單元43可為程式化之數位 或類比電腦；其控制坩堝及單晶體驅動單元7與2 1、加熱器 i06928.doc •12- 1360590 電源23、泵3 1及氬流量控制器29。 一諸如電磁線圈45之上磁鐵及一諸如電磁線圈47之下磁 鐵分別位於碎炫體位準丨丨之上方與下方。在所說明之實施 例十，以橫截面展示之線圈45、47圍繞真空腔室並與對： 轴19共用軸。上、下線圈45、47具有獨立之電源即，上 線圈電源49及下線圈電源51，其每—者由控制單元“控 制。電流於兩個電磁線圈45、47中流動並產生磁場…呈 由冷卻水回流歧管37排水之前，儲集器53對上、下線圈45、 47提供冷卻^所說明之實施例中，鐵屏蔽罩邱繞上、 下線圈以減少雜散磁場並增強所產生之場的強度。線圈 45、47中電流之方向及振幅決定了磁場之形狀。舉例而言， 當電流以相同方向（即相同極性）提供至每―線圈時，轴向^ 磁場被施加线體（見圖2A)。相反，當電流以相反方向⑽ 相反極性)提供至線圈日夺，會切形場被施加至熔體 4A)。 在晶體提拉製程中’電流流經線圈45、47而將具有預定 強度之磁場施加於带熔體9及_3上。該預定強度可按· 要加以改變。舉例而言’強度可作為晶體13之直徑、掛= 之直偟、裝料量及所要氧含量的函數而加以改變。通常， 磁場之最大預定強度小於幾千高斯且最大預定強度可在約 至麵高斯之間。隨著晶體13的長度增加（意即，隨著 炼融裝料被凝固的部分增加），控制單元43藉由改變流經線 圈之電流量（例如’藉由控制上、下線圈電源49及51)、藉由 相對於㈣3移動線圈或藉由移動或去除磁屏蔽而 106928.doc 1360590 強度》 可於熔體9上施加會切形磁場，為直徑相對較大之單晶體 桿調節軸向及徑向方向上之氧濃度，尤其在氧濃度相對較

低時。電流如圖示指示流出本頁之電流而"X"指示流進 本頁之電流）穿過上、下線圈45、47,藉此使得磁場被施加 於坩堝3及矽熔體9上《磁場具有與坩堝3之底部及側壁垂直 相交的轴向及徑向。另夕卜’磁場可具有與石夕溶體表面

11垂直相交之軸向分量。與熔融矽表面1丨相交的平均磁分 里相對於與接觸熔融矽之坩堝3的底部及侧壁垂直相交的 平均磁分量可較小。

具有中央處理單元(CPU)71及記憶體73之控制單元43連 接至-或多個輸入/輸出(1/0)設備(例如39、41)以用於接收 -輸入訊號，該輸入訊號代表所感測之生長參數諸如熔體9 之溫度及/或晶體13之直徑。本文以參考方式併入了美國專 利第5，178,720號之整個揭示案’該共同讓渡之專利案揭示 -種將晶體及掛堝旋轉速率作為晶體直徑之函數控制的方 法。本文以參考方式併人了美目專利第5,882，術號、美國 專利第5,846,318號、^國專利第5,665，159號及美國專利第 M53,799號之整個揭示案’該等共同讓渡之專利案提供對 許多晶體生長參數（包括晶體直徑）之精確可靠之量測。在兮 等專利巾，-f彡料判處料㈣料面之 ^ 直徑。當直徑變得以小時，晶體13即自㈣9分離。 3己憶體⑽存目標生長參數㈣（諸如目 標分佈資料。舉例而言，目標分佈資料包括作為I體= 106928.doc 14 1360590

之函數的用於磁鐵電源49、51之每一者的輸出電流設定 點。上、下線圈45、47經由磁鐵電源49、51通電以產生具 有會切形磁場之磁場。理想會切磁場之徑向分量在熔體表 面處近似水平而其轴向分量在拉晶機之軸上近似垂直（見 圖4A)。藉由控制單元43控制電源49、51將電流分別提供至 大體上量值相等而極性相反之上、下線圈45、47，而產生 會切形磁場。舉例而言，控制單元43藉由控制電源49將量 值為-loo安培之電流提供至上線圈45並控制電源5ι將量值 為+1〇〇安培之電流提供至下線圈47而產生會切形磁場。值 得注意地及”用於指示上、下線圈中之電流以相反方 向流動。應理解為了清楚起見圖7八中拉晶機之細節，包括 加熱器線圈45、47及直徑感測器41被放大而圖5中展示之拉 日日機之其它細節被省略。

上下線圈45及47係如此以使得當其以相同功率分佈（例 如，兩者均以最大功率輸出之相同百分比上）上運作時，會 切位置保持在熔體位準!【(例如熔體固體界面中央處理單 疋（CPU)71可響應戶斤產生之、經由鍵路716、而接收之產 生之訊號及/或所儲存之目標資料，以修改在上、下線圏 中之更改功率分佈以將會切^立置向i或向下移動及 文1％之軸向或徑向分量的相對量值。舉例而言，為了 將磁：之仅向分量調整至熔體位準"⑼如熔體固體界面) 或之下控制單元43控制功率分佈以分別增大或減小 磁場之軸向分量。拖__ b 換5之，控制單元43控制自電源49及51 提供至上、下始, 4圈之€ k ’以施加具有緩變（例如增大或減 •06928.doc 1360590 小）之轴向磁場的會切形磁場。 現參看圖6A，其展不根據本發明之一較佳實施例之在熔 體中產生泵唧力之系統600的組件。控制單元43控制電源 49、51來改變以相同代數方向提供至上、下線圈45、^之 電机以獲得一具有增大之軸向場分量的會切形磁場。舉例 而言，控制單元43控制上電源49以將提供至上線圈45之電 流量自約-100安培（amp)增加至約·95 amp(意即負值更少） 並控制電源51以將提供至下線圈47之電流量自約+1〇〇 amp 增加至約+105 amp。作為一替代性實例，為了獲得一具有 減小之軸向場分量的會切形磁場，控制單元43控制電源49 以將提供至上線圈45之電流量自約_1〇〇 amp減小至約·1〇5 amp(意即負值更多）並控制電源5丨以將提供至下線圈47之 電加·量自約+100 amp減小至約+95 amp。如以下將描述，增 加或減小磁場之軸向分量將在熔體9中感應電流。感應電流 與提供至熔體9之磁場相互作用而在熔體9中產生促進或對 抗常規由球體熱對流引起之熔體之整體滾動運動的力。 圖6B-6D說明一會切形磁場及當該所施加之會切形磁場 具有增大之軸向分量時熔體中之感應電流及力的方向。如 熟習此項技術者已知，導體中之感應電流的量值及方向均 可作為感應電場之函數而得以確定，且感應電場可作為由 穿過坩堝區域A之改變磁場B(例如增大之軸向分量）所導致 之變化磁通量的函數而得以確定（見圖6Β)β儘管軸向分量 可被增加或減小，然而為了說明之目的，以下對電磁原則 之描述中假設磁場具有增大之軸向分量。 I06928.doc -16 · ⑧ ^〇υ^9〇 如熟备此項技術者已知，對於半徑為r具有均勻磁場之圓 盤（其中4均勻磁場垂直於該圓盤之表面），其磁通量可由以 下等式確定： Φ = π r2B » ^ ⑴ 且§磁％ Bz之軸向分量改變時通過區域A之通量變化可由 以下等式確定： d Φ /dt=A dBz/dt > ^ (2) ，、中dBz/dt為磁場之軸向分量的變化速率。 圍繞炼體位準士 平 之千面中之一路徑而感應電動勢 (emf)，且其可由以下等式確定： J=-dd)/dt=-；r r2 dBz/dt。 ⑺ 請注意出現於坩堝3右側之，，χ，，及左側之對應表明自坩 禍3頂部觀看為反時針方向，而出現於_3左側之"χ, •及右 側之對應”·"表明自掛禍頂部觀看為順時針方向。在此情況 下Lmf產生順時針方向之電流（見圖6〇。圍繞一圓盤 之圓周27ΓΓ的磁場可由以下等式確定：

Ee =- r/2 dBz/dt。 生 (4) 橫截面區域Ac之輪狀環中感應之雷战 4l電流可由以下等式確 定： I=J.AC， (5) 用以下等式計算： (6) 其中J為電流密度。電流密度可使 J=a·E > 下等式並用於計算 其中σ為導電材料（例如石夕）之電導率。 藉由組合等式（4)、（5)及（6)，可得出以 106928.doc 17 1360590 由於淨磁％之增大之轴向分量而感應至炫體9之電流： 1=0 Ac (r/2) dBz/dt 〇 ⑺ 當電流經過一磁場φ + η士 劳τ之導體時，一力被施加於導體上且

可由以下等式計算： F=I(1xB)； (8) 其中10為Θ方向上之感應電流而1為導體在電流方向上之 長度。相應地，當磁場之徑向分量&與環中之感應電流相 互作用時’壤上將產生軸向方向之力匕及徑向方向之力厂 且可自以下等式確定： ' ρζ=-2 π r Is Br . (9)

Fr=2 π rIsBz。 (10) 將右手定則原則應用至等式（9)及⑽可預期產生於炼體 9中之力的方向（見圖6D)e自_可見，在環上點ρι處產生 一向上力。藉由產生溶體9中該等力並控制其方向，本發明 提供改良之用於控制熔體9中球體之溶體流動模式從而在 矽晶錠製造製程中控制生長參數(例如直徑 ' .氧含量 法。 在此第-運作模式中，炫體9之速度改變不能持續較長時 間。為了說明之㈣’認為由於會切形磁場之增大之軸向 場分量而產生之力導致了熔體9中點匕處產生之向上速 度。如熟習此項技術者已知，作為掛哕6 卞两對该向上速度之響應Pi 處亦將產生反emf。事實上，p虚將吝序 丨题將產生方位角電場且其可 由以下等式計算：

Eback = V X Br， 106928.doc ⑧ (11) 1360590 其中v為P|處炫體之向上速度。 場能平衡由dBz/dt產生之電場時 係可由以下等式表示： v Br=r/2 dBz/dt » 或 v = (r/2) (dBz/dt)/Br。 (13)

如自附件續述實例可見，為了在炫體9中獲得由於❹ 電場所致之穩態速度所需要的時間t與磁場之徑向分量的 平方(即B’)成反比例。穩態速度與磁場關於時間之軸向分 量Bz的導數成正比而Br與成反比例。由 J田附件A可見達到穩態 速度所需要之時間可由以下等式確定： Δ t=v/a= p /{〇 Br2)。 (14) 相應地，可很快達到穩態速度。因此，增加會切形磁場之 轴向分量將產生溶體流動速度之變化，但新的穩態速度將 相對快速地達到。

當此與反emf相關之第二電 ，將達到穩態速度v。此關 (12) 再參看圖6A，在此實施例中，控制單元43經配置以開放 一迴路控制系統並在有限之時期内於熔體中產生泵唧力， 以獲得對生長晶體13中之一或多個生長參數的所要影響。 在運作期間，I/O設備4 1感測一諸如矽晶體直徑之生長參 數並產生一表示所感測之直控的輸出訊號。控制單元4 3 將接收之輸出訊號轉換為一感測直徑值並計算感測直徑值 及目標直徑值之間的差。若計算出之差超過一臨限值（例如 5%)’則控制單元43將按一預定數量改變提供至上、下線圈 C、47之電流的每一者的相對量值，以增加或減小由球體 106928.doc 丨9 … ⑧ 1360590 熱對流引起之溶體流動的速度，從而增大或減小 徑。舉例而言，若感測直徑大於目標直徑且計算出之 過臨限值，則控制單元43控制電源49、51來將提供至上。 下線圈45、47之每-者的電流量值增加一預定數量⑽㈣ 安培）以獲得具有增大之軸向場分量的會切形磁場。如以上 所描述，具有增大之軸向場分量的會切形磁場將在炫體中 產生可增大熔體流向晶體熔體界面之速度因此減小晶體熔 體界面上之晶體直徑的力。作為一替代性實例，若感測直 徑小於目標直徑且計算出之差超過臨限值，則控制單元“ 控制電源49、51來將提供至上、下線圈化' 47之每—者的 電流量值減小-預定數量（例如·5安培）以獲得具有減小之 軸向場分量的會切形磁場。具有減小之轴向場分量的會切 形磁場將在溶體中產生可減小炼體流向晶體溶體界面之速 度因此增加晶體熔體界面上之晶體直徑的力。儘管以上將 生長參數作為直徑描述，應瞭解，本發明係關於在炼體中 產生泵唧力來影響處理期間中可被感測之其它的生長參數 (例如溫度及界面高度）。 在-個實施射’㈣單元43在晶體此長度上按預定 間隔計算感測直徑值與目標直徑值間之差，且必要時將提 供至上、下線圈45、47之t流的每一者的量值增加或減小 :預定數量。換言之…旦當所計算出之感測直徑值與目 軚直！值間之差指示一 A於臨限值之實際差日夺，都將在提 拉製程中將重複該製程。 >看圖7 A其展示了根據本發明另一較佳實施例之用 106928.doc

:在熔體中產生穩態泵唧力之系統7〇〇的組件。在此實施例 中:不再改變提供至上、下線圈45、47之電流的相對量值， 而是控制單元43控制電源49、51來改變提供至上、下線圈 45 47之父流電流訊號之間的相對相差以獲得具有循環之

會切及軸向場分量的會切形磁場》值得注意地，提供至線 圈45、47之電流可增加或減小的量係有限的自交流電之 相邊化若需要可為不定的。如以下所解釋，循環磁場之會 切及軸向場分量將纽體中感應電流，該感應電流與提供 至熔體9之磁場相互作用而在熔體9中產生時間平均之穩態 录哪力，卩力可促進或對抗常規由球體熱對流所弓^ 之熔體之-般旋轉運動。舉例而言，提供至上、下線圈45、 47之電流之間的第一相差在炼體中產生有助於整體滾動運 動之力，而提供至上、下線圈45、47之電流之間的第二相 差在熔體中產生對抗整體滾動運動之力。

圖7B-7D說明一會切形磁場及當該所施加之會切形磁場 具有增大之徑向分量時熔體中之感應電流及力之方向。儘 管徑向分量可被增大或減小，然而為了說明之目的，以下 對電磁原則之描述中假設磁場具有增大之徑向分量。 根據以上之等式（1)可見，當磁場之徑向分量Br改變時， 通量之變化可由以下等式確定： d Φ /dt=A dBr/dt 〇 , (15) 為了簡化刀析，假设Br通過高度自切點705至溶體9之 表面11線性地改變（見圖7B)。因此通過距離△ 比平均值 為Br/2，且總通量可由以下等式確定： 106928.doc •21 · 丄的〇59〇 ①=2 π r △ h Br/2。 …、 (1 6) 根據以上等式（3)可見所感應之總的emf為： J=- d〇)/dt=-7r r △ h dBr/dt。 （17)

此總emf在封閉了變化通量之表面之周邊上產生。因為在 表面之邊緣邊界（意即切點705)上，場平行於坩堝壁，故該 邊界上通量無變化因此圍繞底部邊界之emf為零（〇)。坩堝3 之側壁上無淨emf ’因此必須在頂部表面上感應總_。如 以上所描述，感應emf在導體中產生電流。在此情況下，該 電流以反時針方向產生（見圖7C卜由於emf係感應於周邊2 π r上，電場可由以下等式確定： =(Δ h/2) dBr/dt ° _1〇. (18) 磁場之徑向分量Br與環中之感應電流相互作用而在環上 Pl處產生一向下力，該力可自以下等式確定： F 尸2 ;rrlxBr。 (19)

應用右手定則原則至等式（19),可預期熔體中產生之力的 方向U®7D)。比較等式⑷及⑽可揭㈣於同樣之會切 場的背景磁場轴向分量變化所導致之電場（即Ee =_r/2dBz/dt) 與磁場徑向分量變化所導致之電場（即Ee=(Ah/2) dBJdt) 之間的相似性。另外，因為1<與^11約為相同值，故力將非 常相似。 若場之徑向及軸向分量同時改變，則反時針方向之總（淨） 電場可由以下等式確定：

Ee=-(r/2) dBz/dt+(A h/2) dBr/dt 〇 藉由結合等式（5)、（6)及（9)可得出以下之力等式 106928.doc -22-

Fz=- 2 π rcj E. AcBr， 且併入等式（20)可產生以下等式· （21) F〜“cBr[r.dBz/dt_Ah.dB斗 因此’若兩個場均變化， 如P )卜沾她^ 則產生於熔體9令之特定點（例 丨）上的〜力對應於藉由 由改變徑向分量而“而產生之力及藉 交泣〃 之的總和。在此情況下，藉由將 乂机電流施加至上、下綠固“ …八θ 下線圈Μ7之每-者可達成循環之

心及Βζ分1。值得注音妯 s. ^ „ 心、地循環同相之匕及1將產生一無淨 =之《力，因此將對炫體流動不產生淨效應。然而， “目之BjBz(例如，δ=；Γ/2)將允許在㈣壁附近施加 。上或向下之方位角對稱力’且可無限維持。舉例而言， 考慮由以下等式定義之、磁場於點Pi處之循環徑向分量：

Br=Br〇+ABrSin〇)t： (23) 其中Br。為磁場之靜態徑向分量。進一步考慮由以下等式定 義之、磁場於點Pl處之循環軸向分量：

Β: Β:+ΔΒζ C〇S 飢。 (24) 值得注，¾、地，Bz。為磁場之靜態軸向分量且在I處等於零 (0)。 ’ 相應地，藉由結合等式（22)、（23)及（24)可得出以下等式 來確定施加於輪狀環上卩丨處之力： F 7rraAc[Br〇+ABrsinQt] [-ΓωΔΒζ 8ΪηωΙ-ΔΗωΔΒΓο〇5ωί] > (25) 其可替代性表達為： F - π ν σ Kc ω{ΒΓ0 [γΔΒζ sin ωί+ΔήΔΒ,. cos ωί] + Δ ΒΓ [γΔΒζ sin2 ©t+AhABr sin cot cos cot]}(26) 106928.doc -23- 1360590 藉由計算力F之時均值(意即 貝獻，且因為…奶之時均值為％ = 了見僅一【項有 +均力可表達為：

Fav^Ur、Ac〇)MBrABz。 選狀及1之弧分量之間 (2?) 處之力為向下。铁而(例如，扣"2)之後，P| 在Br與B々目對的㈣變^改變’ 上線圈（IU)中之電流領先 彳而。右 L貝无下線圈⑴）中之電流90度，則p,虚 有淨向上力。式去 -L & 1 一 右線圈中之電流落後下線圈中之電 流90度’則在p處存在 屯 仔在淨向下力。因此，可於熔體中產生 任一方向之泵唧力。 再-人參看圖7A，在此實施例中，控制單元43控制上、下 電原9 5 1來將交流電流訊號提供至上、下線圈45、47以 使得場之徑向及軸向分量在整個晶體生長製程期間同時改 又此外，控制單元43將提供至上、下線圈45、47之電流 Λ號之間的相差作為預定之電流分佈7 4的函數或按照規定 方法加以改變，以防在晶體生長製程過程中形成瑕疯。在 此實施例中，電流分佈74將自熔體提拉晶體13時提供至 上、下線圈45、47之電流之間的目標相差定義為晶體13之 長度的函數《舉例而言’目標電流分佈之發現係基於通過 自先前晶體生長起之一段時間所收集的生長缺陷資料（例 如氧、生長線偏差等）。藉由實驗及/或使用模型化軟體，可 識定一能實質上減少缺陷形成之電流分佈74。舉例而言， 假設將24安培、頻率各為25赫茲之交流電分別提供至上、 106928.doc • 24· ⑧ 1360590 下_、47’其疊加至產生會切形磁場之靜態電流上。 如表二展示電流分佈可將上、下電流(Iij、Il)之間的相對 相差定義為晶體長度之函數。 自肩部(shoulder)之晶體 Iu與II間之相差 _____ 長度 96 MM ----- 270° 134 MM 315° — 172 MM 0° 一 210 MM 45° 248 MM 90° 286 MM 135° 324 MM 180° 362 MM 225° 400 MM 270° 表1 PLC 69接收來自自熔體13提拉晶體之晶體驅動7〇2的輸 入訊號。—般技術者已熟知晶體驅動單元702之結構細節。 通吊驅動單元702包括一耦接至轉鼓706之馬達7〇4。虛線 708指示馬達704之軸71〇與轉鼓7〇6之間的機械耦合。儘管 此機械耦合可包含軸71〇與轉鼓7〇6之間的直接連接，然而 為了更佳的控制及更平滑的運作，一較佳配置將一組減速 齒輪（未圖示）置於軸71〇與轉鼓7〇6之間。因此馬達7〇4可運 作而經由轉鼓706放出及捲入纜索丨7，以將晶種丨5降低至熔 體9中及自炼體n提拉晶錠13。編碼器714，諸如每轉500脈 衝（PPr)之編碼器’經由線716及718將輸入訊號提供至PLC 69。編石馬器714耦接至軸710以產生位置訊號。在此實例中， 位置訊號係由線716及71?上的與轉鼓706之旋轉運動成函 數而變化的脈衝所組成。因此PLc 69計數線716及718上之 106928.doc -25- 1360590 確地確定在任何所關注之給定時段期間轉鼓7〇6 碼夕少。或者，一齒輪機構（未圖示）驅動轉鼓渴且編 秀窃714可耦接至該齒輪機制中 爻個紅轉齒輪。假設齒輪 為已知，則轉鼓706之旋轉數可以一類似於上述方式之方 :)力:以計算。基於經由線716及718接收之輸入訊號paw :由：定沿電流分佈上發生提拉之點而調整電流之間的相 子相差。應注意，為了說明t日Μ 巧了說月之目的，表1展示自晶體肩部的 曰日體長度’然而，如孰習士话 如热白此項技術者所知，晶體長度亦可 由提拉期間的晶種1 5之位置來判定。 ::圖8，—例示性圖表說明與表丨所定義之電流分佈晶 長度（其根據表i定義之電流分佈）成函數關係的產生 Γ的力。應注意，為了說明之目的，中展示之力表示 日由間+均之力’而沿著垂直轴繪出之力的量值經表達為加 速度’且其可藉由乘以炼體密度而轉換為每單位體積之力 而不會影響所述曲線的相對形狀。儘管以上簡化之分析(對 於點P1)說明了運作之原則，然而作用於溶體之力在溶體中 之不同點處的量值及方向有所不同。可使用數值模擬計算 ㈣力以理解作用於整個熔體上之徑向及軸向力。儘管在 供應至線圈45及47之交流電的每—循環中，力瞬間改變， 但如專式(27)中所計算，時間平均之力為用於決定對炼體流 動之平均效果的相關的力。每單位體積之力除以密度等於 當所有其它力相抵消時所產生之加速度，且圖8中給出了节 等值力:速度在炼體中力最大點處的軸向及徑向分量。溶體 中力最大之點通常在溶體外緣附近，且其輪向位置取決於 I06928.doc ⑧ *26- 兩個線圈中之交流電的相對相 效果（諸如浮力及重力）相比較。 。繪製加速度有助於與其它 無交流電流訊號供應至上 至上、下線

在晶體提拉製程之始，無交 圈45、47。自熔體梧抽φ妝：匕 向上之時間平均力Fr(如線804所指示）。結果，在熔體中產 生了淨向上及稍向内之力《自熔體提拉出將近134 mm晶體 後，控制單元43調整相對相差以使得上線圈中之電流領先 下線圈中之電流將近3 1 5度，而在提拉出將近丨72 mm後，控 制單元43改變相對相差以使得上線圈中之電流與下線圈中 之电流同相（意即，上線圈中之電流領先下線圈中之電流將 近〇度）。由線802及線804可見，在134 mm長度處Fz仍大於 Fr，且自134 mm至172 mm將繼續產生淨向上及向内之力。 然而，同樣顯而易見地，1 34 mm長度處產生之淨向上力小 於96爪爪長度處產生之淨向上力，而淨向内力於134爪出長 度處有所增大’且172 mm長度處產生之淨向上力近似為〇， 而向内力仍然存在。自熔體提拉出將近2 i 〇 mm晶體後，控 制單元43將上、下線圈中之電流之間的相對相差改變至將 近45度。由線802及線8〇4可見，&現為負而匕仍向内，且通 吊此長度處將產生向下及向内力。自熔體提拉出將近248 mm晶體後，控制單元43將上、下線圈中之電流之間的相對 相差改變至將近90度，且提拉出將近286 後控制單元43 I06928.doc •27- 1360590

將上、下線圈中之電流之間的相對相差改變至將近1 3 5度。 由線802及線804可見，在248 mm及286 mm長度處Fz仍為負 而Fr近似為〇，且該等長度處將產生幾乎純粹向下之力。自 熔體提拉出將近324 mm晶體後，控制單元43將上、下線圈 中之電流之間的相對相差改變至將近18〇度。由線8〇2及線 804可見，在324 mm長度處匕與匕量值相對相等，結果在此 長度處產生之淨力向上及向内約45度。自熔體提拉出將近 3 62 mm晶體後，控制單元43將上、下線圈中之電流之間的 相對相差改變至將近225度。由線8〇2及8〇4可見，&遠大於 Fr因此淨力幾乎豎直向上。自熔體提拉出將近4〇〇 mm晶體 後，控制單元43將上、下線圈中之電流之間的相對相差改 變至將近270度，複製在生長96mm後所建之條件。自線 及804可見，匕及匕與其生長96 mm處相同。自熔體提拉將 近438 mm晶體後，控制單元43使得提供至線圈之交流電的 振幅減小為〇。 現參看圖9’ -晶體902之側面圖言兒明，當根據表丄令目標 分佈來調整上、下電“、Il之間的相差時對晶體9〇2之生 長線904的影響。—般而言，生長線9()4(或慣態線）顯示出當 主要結晶平面相交於晶體9〇2之表面時會出現的凸塊狀特 徵，且通常平行於垂直轴906並沿著晶體902之主體而間隔 開來。只要生長線仍大體垂直且平行於垂直轴_，即知晶 體具有零錯位’且生長界面之周邊處的徑向溫度梯度足以 支持生長大體為圓形之晶體。生長線9G4之加寬可表現為刻 面907,並指示零錯位的損失或生長界面周邊之徑向溫度梯 106928.doc ⑧ -28- 1360590 度的改變，或同時指示兩者。藉由調整上、下電流之間的 2差，可校正所谓測到之生長線的偏差。舉例而言，在距 晶體9〇8之肩部扣處，1u與L之間的相差被調整至將近45 度，該點處形成刻面907。刻面907繼續加寬至距肩部9〇8L2 處，在該點處匕與^之間的相差被改變至9〇度。在距肩部9〇8 L3之處，^與^之間的相差被改變至將近18〇度且刻面9〇7 消失。參看表1，可見L1、L2及L3分別對應21〇、248及324 匪。參看圖8，可見當炫體上力最大且在接近炼體之圓周 處主要係向下時將發生生長刻面之加寬。相應地，本發明 藉由控制提供至上、下線圈45、47之電流之間的相差，有 利地控制矽晶體生長以校正缺陷及諸如刻面之晶體不規則 的形成。 現參看圖10，一例示性流程圖說明根據圖7A中展示之系 統700的改變熔體中之對流速度的方法。在1002中，將一電 流分佈儲存於記憶體74中。所儲存之分佈74將用於通電第 一及第二線圈45、47之第一及第二電流分別定義為晶體13 ，長度的函數1例而言，料電流可為各具有將近⑽ 茲之頻率且各具有約24安培之量值的交流電流訊號。在 〇中確疋曰曰體之電流長度。在丨〇〇6中，第一電流及第二 電流根據該所確定之長度及電流分佈74分別為第一及第二 線圈45、47通電，以產生—將於i嶋中施加至熔體之磁場。 在1 〇〇8中，將該磁場作為如電流分佈74所定義之第—與第 —電叫間之相差的函數而加以改變，以在熔體中產生將於 1 〇 1 〇中增加或減小熔體中之對流速度的泵唧力。舉例而 I06928.doc -29· 1360590 言，若相差指示第一電流領先於第二電流，則㈣力大體 向下並將於1010中促進炫體中之對流速度。或者，若相差 指示第-電流落後於第二電流，則大體向上之"力將於 1010中阻滯熔體中之對流速度。 除非另外指明，本文所呤明e y .+.々+ 1 又所4月及描述之方法的執行或完成 順序並非必然"，除非另外指明，發明者預期該等方 法之诸70件可以任何順序執行，且該等方法可包括多於或 少於本文所揭示之元件。另彳，儘管以上描述將本發明用 於石夕炼體’仍然認為本發明可用於任何其它液態半導體。 在介紹本發明或其實施例之元件時，冠詞，，一"、"該"及 "該等"意指存在一或多個元件。，，包含·，、”包括，，及"且有\音 為包括性的並意味著可能存在除列以件外的額外元件。

附件A 以下分析將說明藉由改變會切形磁場之軸向分量而在熔 體中之Pi點上所產生之力的實際效果。假設點&(合理運作 點）處之靜態場為高斯，且磁鐵（即線圈45、47)電流 一起緩變向上，以維持之同時以每秒Μ高斯增加 BZ。應預期何種力？ 考慮-位於熔體之頂部角落點P1處的輪狀環。如以上所 展示，將感應一電場Εβ，其中：

Ee =-r/2 dBz/dt。 (Al) 此場=在熔體產生電流’其電阻性電壓降等於感應,電麼。 輪狀％具有橫截面積Ae，线體具有電導率口及密度p。 環中之電流作為電流密度之函數得以確定： 又 I06928.doc •30·

I=JA= σ Ε Α。 (A2) 環之質置由以下等式確定： Μ=2 π r k p， (A3) 且環之重量為： W=2 7Γ r A p g > 其中g為重力加速度。 (A4) 環上之向上力為： F = 2 7Γ r I Br， (A5) 或 F = 2tt χσ A (r/2) dB2/dt Br -其產生以下初始加速度： (A6) a=F/M= σ r/(2 p ) Br dBz/dt。 (A7) 使用以上值指示a=8 x l〇 ·3 m/see2， 且將加速度較之重力 可得到a/g=8.1 7 x 10 4。因此Bz之每秒1 〇高斯之緩變率對炫 體產生相對較小之效果。 與熱對流力之比較： 若/5為液態Si之熱膨脹之體積係數 溫度在背景以上△T時的浮力為： ，則熔體一些體積當 △ F= /0 Δν g， (A8) 其中Δγ·:冷.ΔΤ*ν而/9 =m/V。因此， 加速度為： a=(冷 ΔΤ .) g。 (A9) 因此’為了寺於以上自緩變之B z所計算之初始加速度， Τ=8·17χ10,4/冷。 (A10) 假設等於l_4xl〇·5/度之/3值可產生： I06928.doc •31 · ⑧ 1360590 △ Τ=58 K。 因此’使用相當較慢之緩變率所產生之力將可與熱對流產 生之力相比。

加速度將繼續多長時間？反emf將如在任何"馬達"中一 般得以發展。對於所考慮之位置（溶體中之點Pl)，向上之速 度v將產生方位角場Ε=ν 當此場平衡由dBz/dt所產生之 場時，已達到速度v之穩態。此將發生於：

V Br=r/2 dBz/dt時 或當 (All) v=(r/2) (dBz/dt)/Br時。 對於所考慮之值，當v=1.5xl〇-3爪以“時發生此 度之時間可由以下等式計算： Δ t=v/a=p /(σ Br2), (八⑺ 其算出為△ t=0.19 Sec。（此為實際上用於速度改變之時間 吊數，该速度變化指數地逼近以上速度）。

(A12) 。達到此速 若dBz/dt繼續100秒，則對於此實例Bz=Br。在1〇〇秒中， 熔體將被移位0· 1 5 m。經證實此位移將由可允許之總所 確定，而與Βζ之改變速率無關》若Br減少5〇%，則時間常數 仍小於1秒’但速度將為兩倍大，因此位移將翻倍。 總而言之’對於適度大之會切場可很快達到穩態速度’ 且穩態速度與dBz/dt及1/Br呈比例變化，而時間常數與ία 2 呈比例變化。因此，可使用較低之場獲得大得多的速产 此模式允許局部熔體流動的快速變化，作轡各 _文化不能長時間 維持。 106928.doc •32-

附件B 以下實例將說明藉由改變會切形磁場之徑向分量而在熔 體中點ρι處所產生之力的效果。 使用附件A中展示之總體依賴性（見等式A11_A13)，可確 疋改麦會切形磁場之徑向分量的效果。一與反e m f相關之電 場將最終平衡由dBr/dt產生之場，並在達到穩態速度v時發 生。換言之，平衡發生於： V Br=h/2 dBr/dt時， (B1) 或當 v = (h/2) (dBr/dt)/Br時， (B2) 且達到此速度所需時間可由以下等式計算：

At=v/a=p/(〇rBr2) (β3)

假設初始時Br=1〇〇〇 Ge若1以1〇 G/秒之速率緩變WO 秒，則Br將翻倍（其中Bz仍=〇)，吾人可見力（即F=2 7Γ riBr) 將炚著時間増加，最終翻倍。穩態速度將隨著時間減小， 取終下跌一半’接近速度之時間常數將隨著時間減小，最 終跌至初始時間常數之25〇/〇。 相反地Br可向上緩變。在此情況下，點ρι處之力向上， 且力將隨著時間減小’最終停止。穩態速度將隨著時間声 力α，'δ]'能媒‘ 曰 欠大’但接近彼速度之時間常數將 體不會達到穩態速度。 因此炫

附件C 同時循環會切及轴向場 乂下實例將說明藉由循環會切形磁場之徑向及執向八量 I06928.doc 1360590 而在熔體中之sp,上所產生之力的實際效果 所考慮之增加之體積的質量為：

Μ=2 π r Ac p 因此所產生之加速度為（見等式23) (C1)

Fav/M=-(roa/4 ρ ) γΔΒγΔΒζ 此可與附件A中具有緩變軸向場之會切 速度相比較： (C2) 場之情況下的加

a= σ r/(2 p ) Br dBz/dt。 (C3) 由於所產生之反emf’附件A中所用之實例使用具有釋離 速度㈣·5χΠ)Ήχ1()·3 m/sec2。藉由組合咖^可得出 以下等式： △ BrABz=2/co Br dBz/dt。 (C4) 如附件A十所使用，假設ω=2ττ(1〇 Hz卜2〇冗see.i、 G且dBz/㈣〇 G/sec，貝叫 ΔΒζ=3 ΐ8χΐ〇-6 τ2。若 △W，則丁 =17.8G，其在 ι〇Ηζ 上調 變。若術”〇〇’則加速度將增加至約〇25m/sec2。 磁鐵線圈之電感將限制①。減小ω將允許獲得更大之紙 及ΔΒΖ’因此於該方向上移動將獲得最大㈣作用。 【圖式簡單說明】 圖1八及18分別說明—㈣中由強制對流與自然對流所 引起之例示性熔體流動的方向； 圖2 Α為g兒明施加至晶& e M+ TO I 芏日日體生長裝置中之裝有熔體之坩堝之 軸向磁場的方塊圖； 圖戰明對於圖2八中所示之磁場組態而在炼體中所感 106928.doc •34· 應之電流的方向，其中熔體流動如圖1A所示； 圖3Α為說明施加至晶體生長裝置中之裝有熔體之坩堝之 水平磁場的方塊圖； 合圖4Α為說明施加至晶體生長裝置中之裝有熔體之坩堝之 曰刀形磁場的方塊圖，其中熔體流動分別如圖1Α及1Β所 示； 圖4B及4C說明對於圖4A中所示之磁場組態而在熔體中 所感應之電流的方向； 圖5說明根據本發明之一實施例的晶體生長裝置，其用於 控制該晶體生長農置； 圖6A為說明根據本發明之一較佳實施例之經配置以施加 時變磁場來在熔體中產生泵唧力之晶體生長裝置控制系統 的組件的方塊圖； 圖6B-6D說明增加會切形磁場之軸向分量的效果； 圖7A為說明根據本發明之另一較佳實施例之經配置以在 日曰體生長製程期間將時變磁場施加至溶體之晶體生長控制 系統的組件的方塊圖； 圖7B-7D說明增加會切形磁場之徑向分量的效果； 圖8為說明根據例示性電流分佈之在熔體中作為晶體長 度之函數而產生之力的例示性圖表； 圖9為一晶體之側面圖，其說明藉由調整提供至晶體生長 裝置中上、下線圈之電流之間的相差而對晶體上之生長線 所產生的影響； 圖10為說明為了改變熔體中之對流速度而對圖7A之系統 106928.doc -35- 1360590 進行運作的流程圖。 【主要元件符號說明】

1 真空腔室 3 坩堝 5 電阻加熱器 7 坩堝驅動單元 9 矽熔體 11 熔體位準 13 單晶體 15 晶種 17 提拉軸或纜索 19 對稱軸 21 晶體驅動早元 23 加熱器電源 25 絕緣物 27 供氣站 29 氣流控制器 31 真空泵 33 腔室冷卻水套 35 儲集器 37 冷卻水回流歧管 39 光電管 41 直徑傳感器 43 控制單元 I06928.doc •36· 1360590

45 電磁線圈 47 電磁線圈 49 上線圈電源 51 下線圈電源 53 儲集器 55 鐵屏蔽罩 69 PLC 71 中央處理單元（CPU) 73 記憶體 74 預定電流分佈 600 系統 700 糸統 702 晶體驅動 704 馬達 705 切點 706 轉鼓 708 虛線 710 軸 714 編碼 716 ' 718 線 802 、 804 線 902 晶體 904 生長線 906 垂直軸 907 刻面 -37- 106928.doc ⑧ 9081360590

Pi

106928.doc

Claims (1)

1. ^60590 , fc 11« 修正第094145410號專利申請案 」 年月‘日中文申請專利範圍替換‘(100年11月) 十、申請專利範園_Μ 種控制一晶體生長裝置中之晶體生長的方法，該晶體 ·- 生長裝置具有一裝有一半導體炼體之加熱坩禍，一單晶 . 晶錠根據一柴氏製程自該半導體熔體生長，該晶錠生長 、 於一提拉自該熔體之晶種上，該方法包含： 將一磁場施加至該熔體，該磁場影響該熔體中之對流； 感測提拉自該熔體之該晶錠之一生長參數；

   將該所感測之生長參數與一目標生長參數比較； 確定一用於達到在該晶錠之該生長參數上—所需效果 之功率調整參數，該所需效果係基於該比較；及 在自該熔體提拉該晶旋的同時將與該所確定之功率調 整參數成函數關係的施加至該熔體之該磁場加以改變， 該磁場之改變在該熔體中產生一泵唧力，其中該泵唧力 選擇性地增加及減少該熔體中之一對流速度以達到在該 生長參數上之該所需效果。 2·如請^項！之方法，其中改變該磁場包括增加該磁場相對 於该晶鍵之-軸向分量，以產生—泵β即力來增大該 中之該對流速度。 如：求項1之方法，其中改變該磁場包括減小該磁場相對 於該晶錠之一軸向分量，以產生一泵唧力來減小該 中之該對流速度。 月长項1之方法，其中施加該磁場包含通電於一位 、曰曰錠間之一熔體固體界面的第一線圈及通 電於-位置低於該熔體固體界面的第二線圈，且其中改 106928-100110l.doc 5. 變該磁場包含將通電於令笛 π、电％忑第一及該第二線圈之每一線圈 的電流與該所確定之功率锢敕姿 刀手詞整參數成函數關係加以調 整。 如請求項4之方法，其中將該磁場施加至㈣體包含首先 將量值大體相等而極性相反之電流供應至該第一及該第 二線圈。 6. 7. 8. 如請求項4之方法’其中調整該電流包含增加以相同代數 方向供應至該第一及該第二線圈之每—線圈的該電流， 以增加該磁場相對於該晶錠之一軸向分量以產生可增加 該熔體中之該對流速度的該泵唧力。 如》月求項4之方法，其中調整該電流包括減小以相同代數 方向供應至該第一及該第二線圈之每'線圈的該電流， 以減小該磁場相對於該日日日鍵之—軸向分量以產生可減小 該熔體中之該對流速度的該泵唧力。 如請求項4之方法’其中感測該生長參數包括感測提拉自 該溶體之該晶錠的直徑，且其中該調整包括當該感測直

   仏〗於目私直徑時減小以相同代數方向供應至該第一 及該第二線圈之每一線圈的該電流，以產生可減小該熔 體中之s亥對流速度的該栗卿力。 9如。月长項4之方法，其中感測該生長參數包括感測提拉自 ㈣體之該晶鍵的直徑，且其中該調整包括#該感測直 裣大於目標直徑時增加以相同代數方向供應至該第— 及該第二線圈之每一線圈的該電流，以產生可增加該熔 體中之5亥對流速度的該泵啊力。 106928-1001101.doc -2- 10. -種控制-晶體生長裝置中之晶體生長的方法，該晶體 生長裝置具有一含有一半導體熔體之加熱坩堝，一單晶 晶錠根據一柴氏製程自該半導體熔體生長，該晶體生長 裝置亦具有分別以第一及第二電流通電以產纟一施加至 該熔體之磁場的第一及第二線圈，該晶錠生長於一提拉 自該溶體之晶種上，該方法包含： 儲存一電流分佈，該電流分佈將介於該第一及第二電 流之間的一相差定義為與該晶錠之長度成函數關係用 以選擇性地增加及減少該熔體中之一對流速度； 使用由該電流分佈所定義之該第一及第二電流通電於 忒第一及该第二線圈以產生一施加至該熔體之磁場；及 根據該儲存於該電流分佈之該所定義的相差改變該第. 及°亥第一電流’該對該第一及該第二電流的改變導致 施加至該㈣之該磁場在該溶體中產生_㈣力，該果 即力可改變該熔體中之該對流速度。 1·如睛求項10之方法，其中改變該第—及該第二電流包括 猶環》玄磁場相董十於該晶鍵之一轴向及一徑向分量以產生 一泵唧力來增加該熔體中之一對流速度。 .如响求項10之方法，其中改變該第一及該第二電流包括 循環該磁場相對於該晶錢之軸向及徑向分量以產生-泉 唧力來減小該熔體中之—對流速度。 .如唄求項10之方法，其中該第一線圈位置高於該熔體與 該晶錠間之一熔體固體界面，而該第二線圈位置低於該 熔體與°亥曰B錠之間的該熔體固體界面，且其中改變該第 106928-100HOi.doc 一及該第二電流包含將通電於該第一及該第二線圈之每 一線圈的電流與該所定義之相差成函數關係加以調整。 14. 如清求項13之方法，其中該儲存之電流分佈將具有一第 一相之該第一電流及具有—第二相之該第二電流定義為 與晶錠長度成函數關係，且其中改變該第一及該第二電 流將於該第一相領先於該第二相時產生一可增加該熔體 中之該對流速度的泵唧力，而當該第一相落後於該第二 相時產生一可減小該熔體中之該對流速度的泵唧力。 15. 如請求項10之方法，其中該第一及該第二電流各為交流 電流訊號。 16. 如請求項10之方法，其中該儲存之電流分佈進一步將該 第一與該第二電流之間的該相差定義為與晶錠長度成函 數關係，以在該熔體中產生該泵唧力來校正生長於該晶 體生長裝置中之一矽晶體之表面上之一生長刻面的一寬 度增量。 Π. —種控制生長於一晶體生長裝置中之一矽晶體之表面上 之一生長刻面之一寬度增量的方法，該晶體生長裝置具 有一含有一半導體熔體之加熱坩堝，一單晶晶錠根據一 柴氏製程自該半導體熔體生長，該晶體生長裝置亦具有 經通電以產生一施加至該熔體之磁場的第一及第二線 圈，該晶錠生長於提拉自該熔體之一晶種上，該方法包 含： I 儲存一電流分佈，該電流分佈將一具有一第一相、用 於通電於該第一線圈之第一電流及一具有一第二相、用 106928-1001101.doc -4- 1360590 該第線圈之第二電流定義為與晶錠長度成函 ^第电苽之該弟一相與該第二電流之該第二 相為不同相’用以選擇性地增加及減少該炫體中之一 流速度； 使用由該電流分佈所定義之該第一及該第二電流分別 通電於該第一及該第二線圈以產生一施加至該熔體之磁 場；及 根據該儲存之電流分佈而改變該第一及該第二電流， 該對泫第-及該第二電流的改變導致施加至該熔體之該 .磁％在該熔體中產生一泵唧力，該泵唧力可改變該熔體 中之該對流速度。 18. 如明求項17之方法，其中該第一線圈位置高於該熔體與 該曰曰錄：之間的一熔體固體界面而該第二線圈位置低於該 熔體與晶錠之間的該熔體固體界面。 19. 如明求項17之方法，其中改變該第一及該第二電流將於 °亥第相領先於該第二相時產生一可增加該熔體中之該 對流逮度的泵唧力，而當該第一相落後於該第二相時產 生可減小該炫體中之該對流速度的泵唧力。 20·如明求項Π之方法，其中該第一及該第二電流各為交流 電流訊號。 106928-100H01.doc