TWI408259B - 具有鋇摻雜內壁的矽玻璃坩堝 - Google Patents

Description

具有鋇摻雜內壁的矽玻璃坩堝

本申請案係2005年9月8日所提申之”具有無氣泡及較少氣泡生長壁的矽玻璃坩堝”之美國專利申請案第11/223,158號的一個部分延續案，茲將其在此列入通盤參考。

1.發明領域

本發明係有關二氧化矽坩堝之領域，尤其是有關具有含鋇摻雜內層之多層壁的一個二氧化矽坩堝。

2.發明背景

Czochralski(CZ)法於單晶矽之晶棒生產技術中廣為所知，矽晶圓即由晶棒製成，而用於半導體業中。

於一CZ法中，乃將金屬矽裝入位於容器內部的一個矽玻璃坩堝中，接著利用一個環繞此容器之加熱器將此填充物加熱以熔化所裝填之矽，由等於或接近矽熔化溫度時所熔化之矽拉出一個單晶矽。

有些CZ法、例如大量摻雜且用以製作晶棒供太陽能電池使用者，於熔化物與坩堝之間具有非常高的溫度或非常高的反應性，當拉出一根晶棒以切割出太陽能電池晶圓時，需要相當高的效率，此需要極高熱量才能在初始階段快速熔化並延長作業時間。這些類型之CZ法強調了必須提高坩堝之使用壽命。

於作業溫度下，二氧化矽坩堝的內表面常會和矽熔化物起反應。在許多案例中，坩堝內表面歷經形態改變，可看出坩堝內表面於延長之CZ作業期間變粗糙。

此粗糙結果可能導致失去拉出晶棒的結晶構造，內表面變粗糙會使坩堝無法用於矽晶棒製作。當坩堝內表面的主要部分被一粗糙表面覆蓋時，位於結晶-熔融界面處的結晶構造會破裂，這種變粗糙的坩堝不適用於晶棒製作，且必須停止使用變粗糙的坩堝進行矽晶拉製，以免製出未達標準之晶棒。

另外在CZ法期間，矽玻璃坩堝的內表面可能部分地熔解於矽熔化物中，二氧化矽坩堝的主要成分矽及氧對矽熔化物並無害，然而，坩堝內層中的雜質可能在製程中轉移至矽熔化物中，所拉出的單晶品質可能被破壞，端視污染範圍及污染物性質而定。

一個致力於控制內表面形態之成果在於內表面上塗覆了含鋇化學製品的一個坩堝，其可增進坩堝內表面上之失透效果。此係從非晶二氧化矽轉變成結晶二氧化矽之相變化，失透作用可防止在二氧化矽-熔化物界面處產生微粒，於一CZ程序中所形成的失透層包含了一層結晶二氧化矽層，且報告指出可均勻地熔解，並維持平滑的一個坩堝內表面。

若所形成之結晶層太厚，則相變化所造成的體積改變會導致此層破裂，而使熔化物穿過結晶與非晶層之間，最終可能導致破裂層剝落。

此外，位於摻雜層下方之未摻雜坩堝壁中的氣泡膨脹會釋出氣體，可能導致摻雜層於其內表面上形成凹孔，即使內表面並未因失透期間膨脹而破裂。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種用於製作一熔融二氧化矽坩堝之方法，其包括有：將塊狀二氣化矽晶粒沿著一旋轉模的一個內表面饋入，以將塊狀二氧化矽晶粒配置成徑向內表面朝向鑄模內部空間、而徑向外表面緊鄰著鑄模內部的一個坩堝形狀；從該鑄模內部空間加熱該塊狀二氧化矽晶粒；將氣體從已加熱之晶粒中排出；於該徑向內表面處開始形成一個熔化物前部，並朝該徑向外表面行進；維持該熔化物前部與該鑄模內壁之間的一個壓力差，而以高於將其饋入之速度將氣體抽離該熔化物前部，直到該二氧化矽晶粒形成一層大於大約2公釐之透明玻璃層；其後將該熔化物前部與該鑄模內壁之間的壓力差降至該氣體以低於其被注入之速度抽離該熔化物前部的一個速度；將鋇摻雜二氧化矽晶粒饋入該透明玻璃層上面；以及將該鋇摻雜二氧化矽晶粒熔合於該透明玻璃層上面。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種用於製作一熔融二氧化矽坩堝之方法，其包括有：於一旋轉坩堝模的內表面上形成一層塊狀晶粒層，該塊狀晶粒層具有一個底部、一個側部、以及一個塊狀晶粒層內表面；於該鑄模內部形成一個熱區；至少部分地熔化該塊狀晶粒層以形成一 厚層；以及將一層平均深度小於0.2 mm之含鋇內層沈積於該塊狀晶粒層內表面上。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種石英坩堝，其包括有：一層內層，其厚度大於2.0 mm且於橫截面區域中含有少於大約1%之氣泡，其中當以接近1650度C之溫度、於接近0.1 Pa的壓力下將坩堝加熱大約三小時之真空燒結試驗後，該內層中的氣泡直徑小於大約0.3 mm；一層外層，其視密度經過真空燒結試驗之後乃大於或等於大約2.05 g/cm³ ；一個坩堝壁，其至少包括內層及外層，該壁經過真空燒結試驗之後所增加的厚度小於或等於大約3%；以及一層在內層上面所形成的鋇摻雜層。

圖式簡單說明

第1圖乃其內形成了一個坩堝之鑄模橫截面概略圖解側視圖。

第1A圖為第1圖之坩堝鑄模的一條氣道之放大橫截面側視圖。

第2圖為第1圖之坩堝壁的一個放大圖。

第3及4圖為用於以第1圖之鑄模製作矽玻璃坩堝的方法之圖解說明。

第5圖為第一種習知技藝坩堝於CZ法中使用之後的一個截面透視圖。

第6圖為第5圖之坩堝的部分放大圖。

第7圖為沿第6圖之線段7-7所取的一個橫截面圖。

第8圖第二種習知技藝坩堝於CZ法中使用之後的一個 截面透視圖

第9圖為根據本發明而完成之坩堝於CZ法中使用之後的一個截面透視圖。

較佳實施例之詳細說明

本發明一方面提供了一種矽玻璃坩堝，其包含一層有助於失透效果之最內鋇摻雜層，以及一層厚度足以延長作業時間且無氣泡及氣泡生長的中間層，該坩堝更包含一層於重複拉晶棒期間幾乎不會膨脹的穩定外層。

中間層具有無氣泡(”BF”)特性，其呈現出無氣泡生長(”NBG”)且為2 mm或更厚。鋇摻雜內層厚度則小於大約0.4 mm，但最好小於大約0.2 mm厚。外層之穩定度乃利用真空燒結試驗(”VBT”)進行測定，其係以接近1650度C之溫度、於接近0.1 Pa的壓力下燒結坩堝大約三小時之後測量厚度變化，並將其標定為視密度。更具體地說，本坩堝於VBT之後所觀測到的厚度增加小於1%，而視密度於VBT之後大於2.05 g/cm³ 。

本發明這項觀點中的一個矽玻璃坩堝乃藉將大量二氧化矽晶粒(本質上由石英晶粒組成)饋入一個旋轉中的坩堝鑄模中，此形成了一塊厚壁，接著將所形成之晶粒加熱以熔解坩堝，同時有一個與鑄模相通的泵對整個所形成之晶粒抽氣，氣體從鍛燒過的晶粒中排出，且氣體會隨著晶粒熔化而排出。全部氣體與一條連接內模面和泵之流動通道的傳導率及泵之排氣功率保持動態平衡，此動態平衡受到 控制而使位於形成之晶粒熔化物前部處的大量氣相物質能維持在小於製作一層BF或NBG矽玻璃層所要求的一個閾值。

當所形成之晶粒的最內面熔化後，將鋇摻雜晶粒注入，其隨著移向已熔化之最內面而被熔化，因而形成了一層融合在已成形晶粒之最內面處的鋇摻雜層。

製作坩堝之裝置具有一條連接內模面與泵的流動通道，其內之流動阻力甚低，而泵唧功率足以達到要求之動態平衡。流動通道可包含諸如管線、閥、流量計、以及透氣模本身等結構，透氣模之流動阻力可利用石墨模中的若干通道以及朝向鑄模內側上面之石墨的一個多孔材料加以控制。

用以熔化已成形晶粒的熱必須夠強才能燒結熔融二氧化矽，而使氣體不會在CZ法期間排出，此氣體釋放會導致坩堝壁中形成氣泡或增生氣泡，此氣體釋放造成了坩堝壁膨脹，依序導致熔融程度不一。

更詳細地說，本發明一方面提供了適用於CZ法中的一個矽玻璃坩堝，該坩堝具有一層厚度為2 mm以上之無氣泡中間層、一層不透明外層、以及一層厚度範圍高達大約0.4 mm的鋇摻雜層。於VBT(其係CZ法的一個加速模擬)之後的壁厚變化乃小於或等於3%，最好是小於1%，換言之，坩堝壁之視密度於VBT之後大於或等於2.05 g/cm³ 。此些微之厚度變化起因於不透明層中的極微氣泡生長與內層中的極微氣泡增生及生長兩者。

經過VBT之後，無氣泡內層在橫截面區域中含有少於1%的氣泡量，而個別氣泡不會長成直徑大於0.3 mm。氣泡含量乃氣泡影像面積總和除以穿透式光學顯微鏡在橫截面影像中的總面積所得到之比值，氣泡尺寸亦可利用一部穿透式光學顯微鏡測量。

整個壁的厚度變化係利用一個測微計測量，不透明層最好佔坩堝壁的50%到70%，至少25%，以符合極佳的散熱特性。不透明層之視密度於VBT之後最好大於2.05 g/cm³ 。

現在將注意力轉到第1及1A圖，10通常表示用於熔化本發明之二氧化矽坩堝的一個系統，系統10包括一個具有內模面之鑄模12，模面14則包括一個大體上為圓柱形的垂直壁16。於第1圖之鑄模中，壁16界定了一個直徑大約18英吋的圓柱形空腔，但本發明對於具有較小或較大直徑之鑄模同樣相當適用。

有多條氣道與內模面14相通，例如氣道18、20(從第1及1A圖中均可看出)，每條氣道包括有一個圓柱孔，而在模面14上形成一個圓形開口、例如開口22、24。每條氣道、例如第1A圖中的氣道20，含有一個多孔石墨栓塞、例如栓塞26，其防止矽石被從模穴抽入氣道中。氣道與歧管相通，例如歧管28、30、32，歧管則依次與一個膛孔34相通。有一個泵(由圖中無法看出)接至膛孔34，泵乃裝配為經由氣道且最後透過膛孔34將空氣從模穴抽出系統10外。雖然可看出泵的容量通常介於大約每小時80和350立方米之間，但是本發明可利用此範圍之外的泵完成，端視通道、膛孔、歧 管、閥、以及配置在模面14與泵之間的其他結構之傳導率而定。所有配置在模面14與泵之間的結構在此稱為一條流動通道。

鑄模12可透過一具馬達(未示出)繞著一根垂直軸36旋轉，有一組傳統式電極38、40可垂直地進出鑄模內部，電極乃接至一個傳統DC電源供應器42上，其可選擇將範圍介於大約300 KVA到1200 KVA之間的功率施於電極上，當足夠之功率作用於電極38、40上面時，電極周圍會有一個極熱的電漿氣體球44形成。

鑄模12含有一個已大致成形之坩堝45，坩堝則由一層46(放大圖示於第2圖中)熔融二氧化矽構成，茲將其打破且部分地顯示，以露出模面14。層46包含一層內層46a，其係一層平均厚度範圍可高達大約0.4 mm的鋇摻雜熔融二氧化矽層；一層清晰玻璃中間層46b，其厚度通常大於大約2.0 mm；以及一層以不透明玻璃構成之厚外層46c。這三層46a、46b、46c一起構成了坩堝45壁，正好於鑄模內成形，而留下一薄層未熔融晶粒46d，原因在於內模面無法達到形成晶粒之熔點。

大體上說明系統10之運作，隨著鑄模12繞軸36轉動時，將天然石英晶粒置入模內，坩堝外層、亦即模內最先接收到的晶粒可利用於2001年7月16日所提申之美國專利申請案第09/906,879號中敘述的方式摻雜鋁，該申請案乃讓渡予本申請案之受讓人，並將其在此列入通盤參考。一旦所有晶粒均裝入模內，則將電極38、40通電而啟動泵(圖中 無法看出)。一旦電極將晶粒加熱至最內表面上之晶粒開始熔化的點時，會有一個熔化物前部形成，並隨著時間而從坩堝最內表面逐漸接近模面14，熔化物前部於該處達到飽和。將要說明的是，當從已加熱及正在熔化之晶粒釋出的氣體、加上從尚未熔化之晶粒所抽出的氣體(同時經由已成形晶粒之內表面及上表面)和泵功率及流動通道之傳導率具有某一預定關係時，則已成形之坩堝的品質可精確地控制。當最內表面上之晶粒熔化後，透過電漿加入鋇摻雜晶粒，以形成一層含有薄層鋇摻雜熔融二氧化矽光滑面的最內坩堝層。

對於重要參數的平衡有多項要求，首先，假設以時間t為函數之熔融二氧化矽的量為G(t)。

起初，由於將矽石預熱至所需的熔化溫度相當耗時，因此熔融二氧化矽的比率緩慢增加，熔融二氧化矽-晶粒界面接著迅速地行進直到其接近鑄模內表面，於某一特定點處，熔化物前部達到飽和，未熔化之晶粒則餘留在鑄模與熔融坩堝之間，吾人已經發現G(t)大致上可利用一個誤差方程式表示。

當熔化物行進時，會有大量的氣體與熔化速度成比例地釋出，氣體釋出的速度V1乃定義為每單位時間由熔化每單位重量之熔融晶粒所釋出的氣體體積：

此處A係一比例常數。

已成形晶粒之密度不足以維持熔化物前部和周圍環境 隔離，即使坩堝內表面被高密度玻璃相物質所覆蓋，空氣仍可能穿過熔融壁與坩堝頂端處鑄模之間的未熔融晶粒，因此除了已釋出的氣體之外，排氣系統應該處理此洩漏中的氣體。吾人發現漏氣量與未熔融晶粒的量成比例，更精確地說，吾人發現其和(1-erf(t))的三次方成比例，其中erf(t)為誤差函數，而B為比例常數。

V2=B．(1-erf(t))³ ...(2)

此二參數V1及V2乃必須透過排氣裝置移除之主要氣體來源，釋出氣體的量由方程式(3)表示，其中P為泵功率，而C為流動通道之正規化電導、亦即0C1。

V3=P．C...(3)

於晶粒-熔融二氧化矽界面的熔化物前部處，氣流在V3和(V1+V2)之間取得平衡。若整個平衡V1+V2-V3變成正值，則熔融玻璃會含有更多溶解氣體；若其超過某一閾值Q1，則熔融二氧化矽中會產生氣泡；若平衡為負值，則熔融二氧化矽含有較少溶解氣體。可使用第二閾值Q2製作無氣泡玻璃，另一個閾值Q3則用於無氣泡生長特性，此處Q1未必等於Q2。

Q3及Q2一如預期為負值，經過測定Q3係比Q2更大的一個負值、亦即Q3<Q2。於VBT(其係CZ法的一個加速模擬)之後，可於傳統式坩堝中觀察到氣泡釋出或生長-即使所製造之該坩堝為無氣泡坩堝。這些氣泡之釋出或生長起因於內層中的溶解氣體之釋放，而溶解氣體係與平衡(V1+V2-V3)之負值高低有關。

吾人亦發現，氣泡生長特性強烈受熔化溫度所影響，由於熔化速度隨著熔化溫度而增加，高熔化速度可增加氣體釋出，故提高熔化溫度以滿足NBG要求相當重要。但實際上若所有增加的氣體未於形成時即釋出，則會形成氣泡，而不利於內層。

坩堝之製造目標在於設計出能使(V1+V2-V3)維持適當負值之裝置，以滿足內層之BF+NBG要求與外層之NBG要求而同時符合層厚要求。更具體地說，當使用大於300 KVA DC的電弧供應源(且最好大於950 KVA)、並使用容量大於每小時200立方米(且最好大於350立方米/小時)的氣泵(自由排氣式)製作大坩堝(亦即標稱尺寸大於24英吋)時，可控制(V1+V2-V3)而形成一層BF+NBG內層和一層NBG外層。

設計這種坩堝最明顯的限制點在於流動通道，例如管線、接頭和閥，其必須具有大於10 cm² 的最小橫截面積，且最好大於或等於約50 mm的圓形直徑(亦即大約19.6 cm² 的面積)。此尺寸乃和習知技藝呈強烈對比，其中這種管線通常具有大約12 mm的直徑(亦即大約1.13 cm² 的面積)。

最窄橫截面位於與成形晶粒之交界處，這些通道必須維持夠小以防晶粒被降低的壓力吸進排氣系統中。

流動通道於晶粒界面處之各開口最好至少有0.2平方公分(cm² )，且至少0.6 cm² 更佳。界面配備了多孔材質，例如多孔石墨栓塞26，其橫截面積如上所述，而最大長度大約25 mm。由於機械上理由，吾人發現12 mm最理想。

接著敘述利用上述裝置製作本發明之坩堝的方法。吾 人已經發現，從二氧化矽晶粒轉變成熔融二氧化矽期間主要係測定BF及NBG特性，既非預熱處理(例如晶粒之鍛燒)、亦非後熱處理(亦即坩堝熔化之後強烈燒結)能明顯地改變BF或NBG特性。

本發明另一項觀點在於單靠真空程度並無法完全地控制BF或NBG，已經證實注入和移除的氣體之間必須平衡。對於NBG特性而言，於CZ法中使用坩堝期間亦必須釋出氣體，吾人已經測定，釋出的氣體和熔化溫度息息相關，換言之，強烈燒結乃NBG之關鍵。

當於極薄之坩堝最內層配置鋇摻雜熔融二氧化矽晶粒以防其在失透作用期間隨著體積膨脹而破裂時，可提供具有鋇摻雜效果之相關優點，這種坩堝對於大量摻雜了銻、砷或硼之矽熔化物特別有用。

第3及4圖中例示之方法描述了如何利用第1圖的系統製作第1圖中所示之坩堝45。欲形成一層塊狀晶粒層48，使用了大容量晶粒料斗50、節流閥52以及供料管54。於第3圖中，將塊狀二氧化矽晶粒56倒入鑄模12中以形成塊狀晶粒層48，塊狀二氧化矽晶粒56最好為純石英晶粒。通常利用一片形狀和鑄模內表面匹配之刮刀60將注入的塊狀二氧化矽晶粒予以塑形，以此方式，塊狀晶粒層48可形成所選定之厚度。

成形二氧化矽晶粒之熔化物繪示於第4圖中，電極38、40部分地配置在旋轉中鑄模12的內模穴內部，如上所述，有一個電弧於電極38、40之間產生，因而在模穴內部形成 一個熱66區域，此熱66係用以熔化鑄模內所形成之塊狀晶粒層48。

熔化物由近而遠(相對於電極38、40)穿過已成形之晶粒，熟悉技藝者應瞭解此技術中熔化物穿過二氧化矽晶粒層之進行機制，例如Uchikawa等人之美國專利第4,935,046及4,956,208號中所述。

當已形成之塊狀晶粒層48的表面熔化後，內側的二氧化矽晶粒68從內側二氧化矽晶粒料斗70經由供料管72倒出，可利用內側晶粒節流閥74控制內側晶粒68注入熱66區域的速度。電極之間所產生的電弧形成了一個強烈電漿場，將已部分地熔化之內側二氧化矽晶粒68往外推，使其能夠沈積於坩堝內表面的側面和底部。內側晶粒68穿過加熱區66，至少部分地被其中的電弧火焰所熔化，並沈積於熔融塊狀晶粒層48的表面上。

此內側晶粒68與塊狀晶粒層融合成內層46a，熔化的內側晶粒因此不斷地沈積和融合一段時間而形成內層46a。熔融內層46a之厚度係利用內側二氧化矽晶粒之注入速度和熔化期間內側晶粒的供應時間加以控制。

內側二氧化矽晶粒68本質上由摻雜了鋇之純二氧化矽晶粒組成，例如經洗淨除去污物之天然二氧化矽晶粒。另外，亦可使用摻雜了鋇之合成二氧化矽晶粒。

於第一個範例中，利用直徑18英吋之鑄模形成一個外徑18英吋的坩堝，例如第1圖中的坩堝45。如第3圖中所示，當基底晶粒56置於鑄模12中並形成塊狀晶粒層48之後，經 由膛孔34施以大約300 m³ /hr的一個自由排氣速度90秒鐘，同時電極38、40產生第4圖中的熱區66。此形成了一個熔化物前部，從鑄模中的塊狀晶粒內表面朝鑄模壁行進，經過大約90秒，熔化物前部觸及層46b的最外壁，此形成了清晰玻璃層46b。

之後，將真空壓力降至大約700托，而熔化物前部則接近模壁，層46d代表較窄層的未熔融二氧化矽，其由於相當接近模壁而無法加熱熔化。

當層46b之最內層形成一段時間後、亦即熔化物前部開始朝模壁移動，從料斗70將鋇摻雜晶粒饋入熱區66，此晶粒至少部分地在熱區內熔化，並由電漿推向已熔化之厚壁，因而形成鋇摻雜層46a。在此範例中，晶粒68係由摻雜了100 wt ppm鋇之晶粒組成，此晶粒尺寸範圍從100到300微米。由於晶粒可能僅由加熱區部分地熔化，其未必能均勻地分佈，且最內層在摻雜程度及深度上可能不同，其某些區域可能淺至0.1 mm以下，但平均大約0.2 mm。在此範例中，對於18英吋之單一坩堝而言，總共有90公克之100 wt ppm鋇摻雜晶粒從料斗70供應。

在此例中，90公克之摻雜晶粒係於開始加熱之後供應大約6分鐘到大約7分鐘10秒，於是，在開始形成層46a之前，中間層46b和大部分的厚層46c即形成。於開始加熱時，即啟動大約300³ /hr的最大限度排氣流速，並於開始加熱後切換成700托之真空大約90秒，當熔化物大體上完成時，再維持700托之真空大約8分鐘，。

在另一個範例中，除了供應160公克之摻雜晶粒外，所有參數均維持不變。隨著晶粒在坩堝內加熱至裂化並使熔化物穿過層46b，約有400公克以上之晶粒會膨脹成相當厚的層46a，此對CZ法有不利影響。

應該注意的是，不需利用高壓真空形成層46b即可獲得較薄鋇摻雜層之優點，換言之，可使用如上所述之薄型鋇內層(平均厚度小於大約0.2 mm)提高失透效果，同時維持夠薄以免該層在CZ法期間膨脹時破裂。

翻閱第5圖，第一種習知技藝坩堝80包含一層熔融二氧化矽外壁82，顯示並無上述之無氣泡及無氣泡生長特質，並有一層鋇摻雜內層84，其在習知技藝中乃大於0.2mm。由第6圖之放大圖中可以看出，於一CZ熔融期間，坩堝80出現若干凹孔、例如凹孔85、86(亦可於第7圖中看出)，並於底部和側壁之間的接面出現裂縫，其乃CZ法期間最熱之區域。這些凹孔及裂縫起因於坩堝製作期間落入層82中的氣泡。於CZ法期間，這些氣泡會生長並釋出氣體，因而產生第6圖中繪示之破裂及凹陷表面，這在CZ法期間可能會釋出微粒至熔化物中，當夠嚴重時，CZ法中的熔化物可能穿入層82內，此並非吾人所欲。

由第7圖中可以看出，形成凹孔85、86之氣泡亦形成了若干條和摻雜層84與層82之間的界面89相通之通道87、88，於是，坩堝80中的矽熔化物會穿入界面89中。

於第8圖中，另一種坩堝90乃做成類似第5圖中的坩堝80，其亦包含一層外側熔融壁92和一內側鋇摻雜層94。於 一CZ熔融期間，層94會脫層(通常標示於96)，因此在層92與94之間留下一個空隙。層94之另一個部分(通常標示於98)，會脫層並剝落，因而使層92的表面於CZ法期間暴露於熔化物中。這些情況起因於層94在CZ熔融期間隨著其失去透明性且體積膨脹，兩種情況均對CZ法有不利影響。

最後，第9圖繪示了坩堝45(第1圖中)用於一CZ法之後的圖形。坩堝上面有一條明顯的熔化線100，此熔化線乃CZ法期間，於坩堝、熔化物與坩堝周圍空氣之交界處形成的一條淺溝。可以看出，由於暴露在矽熔化物中，位於熔化線以下的表面具有最低限度之均勻結構，然而並無習知技藝中的鋇摻雜層破裂、凹陷、脫層或剝落現象，上述兩個範例通常正如第9圖所敘述和可看出的情況。

熟悉技術者將能完全依照本文所述實現本發明，為了更徹底瞭解本發明，已經陳述了眾多細節，於其他實例中，尚未詳細說明眾所周知的特色，以免不必要地模糊了本發明。

雖然已經就其較佳型式說明了本發明，然而此處所揭示及例示之特定實施例並不希望造成限制，毫無疑問地，熟悉技術者依照本發明應該很容易瞭解，本發明可以眾多方式進行變更，發明者認為本發明之內容必須包括此處敘述之各種不同元件、特色、功能及(或)性質的所有組合和次組合。

10‧‧‧系統

12‧‧‧鑄模

14‧‧‧內模面

16‧‧‧垂直壁

18、、20‧‧‧氣道

22、、24‧‧‧開口

26‧‧‧栓塞

28、30、32‧‧‧歧管

34‧‧‧膛孔

36‧‧‧垂直軸

38、40‧‧‧電極

42‧‧‧電源供應器

45、80、90‧‧‧坩堝

46‧‧‧層

46a‧‧‧內層

46b‧‧‧中間層

46c‧‧‧厚外層

46d‧‧‧未熔融晶粒

48‧‧‧晶粒層

50、70‧‧‧料斗

52、74‧‧‧節流閥

54、72‧‧‧供料管

56、68‧‧‧二氧化矽晶粒

58‧‧‧基底晶粒

60‧‧‧刮刀

66‧‧‧熱區

82‧‧‧外壁

84‧‧‧鋇摻雜內層

85、86‧‧‧凹孔

87、88‧‧‧通道

89‧‧‧界面

92‧‧‧熔融壁

94‧‧‧鋇摻雜層

96‧‧‧脫層

98‧‧‧剝落層

100‧‧‧熔化線

第1圖乃其內形成了一個坩堝之鑄模橫截面概略圖解 側視圖。

第1A圖為第1圖之坩堝鑄模的一條氣道之放大橫截面側視圖。

第2圖為第1圖之坩堝壁的一個放大圖。

第3及4圖為用於以第1圖之鑄模製作矽玻璃坩堝的方法之圖解說明。

第5圖為第一種習知技藝坩堝於CZ法中使用之後的一個截面透視圖。

第6圖為第5圖之坩堝的部分放大圖。

第7圖為沿第6圖之線段7-7所取的一個橫截面圖。

第8圖第二種習知技藝坩堝於CZ法中使用之後的一個截面透視圖

第9圖為根據本發明而完成之坩堝於CZ法中使用之後的一個截面透視圖。

10‧‧‧系統

12‧‧‧鑄模

14‧‧‧內模面

16‧‧‧垂直壁

18、、20‧‧‧氣道

22、、24‧‧‧開口

30、32‧‧‧歧管

34‧‧‧膛孔

36‧‧‧垂直軸

38、40‧‧‧電極

42‧‧‧電源供應器

45‧‧‧坩堝

46‧‧‧層

Claims (15)

1. 一種用於製作一熔融二氧化矽坩堝之方法，其包括有：將塊狀二氧化矽晶粒沿著一旋轉鑄模的一個內表面饋入，以將塊狀二氧化矽晶粒配置成一個坩堝形狀，該坩堝形狀具有一徑向內表面朝向鑄模內部空間敞開、及一徑向外表面緊鄰著鑄模之內壁；從該鑄模內部空間加熱該塊狀二氧化矽晶粒；將空氣經由該塊狀二氧化矽晶粒抽取並進入分佈於該鑄模內壁中的出入口；將氣體從已加熱之晶粒中排出；於該徑向內表面處開始形成一個熔化物前部，並朝該徑向外表面行進；維持該熔化物前部與該鑄模內壁之間的一個以高於氣體被導入之速度將氣體抽離該熔化物前部的壓力差，直到該二氧化矽晶粒形成一層大於約2公釐之中間玻璃層為止，且當於接近0.1 Pa的壓力下，以接近1650度C之溫度，將熔融二氧化矽坩堝加熱大約三小時之真空燒結試驗後，該中間玻璃層具有於橫截面區域中小於大約1%之氣泡，其後將該熔化物前部與該鑄模內壁之間的壓力差降至該氣體以低於其被導入之速度被抽離該熔化物前部的一個速度；將鋇摻雜二氧化矽晶粒饋入該中間玻璃層上；以及將該鋇摻雜二氧化矽晶粒熔合於該中間玻璃層上 至一小於0.2mm之深度。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將該鋇摻雜二氧化矽晶粒饋入該中間玻璃層上係包括：至少部分地熔化該鋇摻雜二氧化矽晶粒；以及將該鋇摻雜二氧化矽晶粒熔合於該中間玻璃層中。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中將空氣經由該塊狀二氧化矽晶粒抽取並進入分佈於該鑄模內壁中的出入口係包括當至少有部分之中間玻璃層形成時，以至少大約300m³ /hr的一個速度來抽取空氣。
4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該鋇摻雜二氧化矽晶粒乃摻雜了範圍大約70-200 ppm的鋇。
5. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該鋇摻雜二氧化矽晶粒乃摻雜了大約100 ppm的鋇，且其中將該鋇摻雜二氧化矽晶粒饋入該中間玻璃層上係包括每公分的塊狀晶粒層外徑即饋入大約2公克到大約8.5公克之晶粒。
6. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該鋇摻雜二氧化矽晶粒之尺寸介於大約100和大約300微米之間。
7. 如申請專利範圍第2項之方法，其中藉將該鋇摻雜二氧化矽晶粒熔合於該中間玻璃層中所形成的層之厚度係介於大約0.08 mm與0.2 mm之間。
8. 如申請專利範圍第2項之方法，其中將空氣經由該塊狀二氧化矽晶粒抽取並進入分佈於該鑄模內壁中的出入口係包括當至少有部分之中間玻璃層形成時，以至少大約300 m³ /hr的一個速度抽取空氣；其中該鋇摻雜二氧化 矽晶粒乃摻雜了大約100 ppm的鋇；其中將該鋇摻雜二氧化矽晶粒饋入該中間玻璃層上係包括每公分的塊狀晶粒層外徑即饋入大約2公克到大約8.5公克之晶粒；其中該鋇摻雜二氧化矽晶粒之尺寸係介於大約100和大約300微米之間；且其中藉將該鋇摻雜二氧化矽晶粒熔合於該中間玻璃層中所形成的層之厚度係介於大約0.08 mm與0.2 mm之間。
9. 一種用於製作一熔融二氧化矽坩堝之方法，其包括有：於一旋轉坩堝鑄模的內表面上形成一層塊狀晶粒層，該塊狀晶粒層具有一個底部、一個側部、以及一個塊狀晶粒層內表面；於該鑄模內部形成一個熱區；至少部分地熔化該塊狀晶粒層以形成一大於約2公釐之中間層，且當於接近0.1 Pa的壓力下，以接近1650度C之溫度，將熔融二氧化矽坩堝加熱大約三小時之真空燒結試驗後，該中間層具有於橫截面區域中小於大約1%之氣泡；以及將一層含鋇內層沈積於該中間層內表面上至一小於平均0.2mm厚度的深度。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中將一層含鋇內層沈積於該中間層內表面上至一小於0.2mm厚度的深度係包括：至少部分地熔化該鋇摻雜二氧化矽晶粒；以及將該鋇摻雜二氧化矽晶粒熔合於該中間層內表面。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該旋轉坩堝鑄模具有一個界定了一模穴之內模面，且更具有多條在鑄模內形成並與內模面相通的通道，其中該方法更包括在塊狀晶粒層開始熔合期間，以至少大約300 m³ /hr的一個速度將氣體從該鑄模中排出。
12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該鋇摻雜二氧化矽晶粒乃摻雜了範圍大約70-200 ppm的鋇。
13. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該鋇摻雜二氧化矽晶粒乃摻雜了大約100 ppm的鋇，且其中將該鋇摻雜二氧化矽晶粒饋入該鑄模中係包括每公分的塊狀晶粒層外徑即饋入大約2公克到大約8.5公克之晶粒。
14. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該鋇摻雜二氧化矽晶粒之尺寸係介於大約100和大約300微米之間。
15. 如申請專利範圍第10項之方法，其中藉將該鋇摻雜二氧化矽晶粒熔合於該中間層內表面所形成的層之厚度係介於大約0.08 mm與0.2 mm之間。