TWI616562B - 浮熔帶法生長晶體的設備及方法 - Google Patents

浮熔帶法生長晶體的設備及方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種浮熔帶法生長晶體的設備及方法，所述浮熔帶法生長晶體的設備包括：射頻線圈；輔助加熱系統，包括反射環及雷射器，所述反射環位於所述射頻線圈上下兩側，所述雷射器與所述反射環適於在晶體生長過程中配合為位於所述反射環內側的原料矽錠加熱以形成熔區。本發明的浮熔帶法生長晶體的設備中的雷射器與射頻線圈具有一定的間距，不會與射頻線圈相互干擾影響；使用雷射器作為加熱源，加熱效率更高；同時，通過在原料矽錠週邊設置反射環，雷射器發出的雷射經反射換多次反射為所述原料矽錠加熱，進一步提高了加熱效率。

Description

浮熔帶法生長晶體的設備及方法
本發明屬於晶體生長技術領域，具體涉及浮熔帶法生長晶體的設備及方法。
在現有技術中，浮熔帶法(Floating Zone Process)生長晶體的裝置1及其原理如圖1所示，由圖1可知，浮熔帶法生長晶體的裝置100包括：單晶生長腔室112、位於所述單晶生長腔室112內部上端的上連接軸104、位於所述單晶生長腔室112內部且固定於所述上連接軸104底部的上部夾具105、位於所述單晶生長腔室112內部底端的下連接軸106、位於所述單晶生長腔室112內且固定於所述下連接軸106頂部的下部夾具107、位於所述單晶生長腔室112內且位於所述上部夾具105與所述下部夾具107之間的射頻線圈108、與所述射頻線圈108相連接的高頻振盪器113。在使用上述浮熔帶法生長晶體的裝置100進行晶體生長時，首先，晶種109固定於所述下部夾具107上，原料矽錠102固定於上部夾具105上，且所述原料矽錠102上下貫穿所述射頻線圈108，即所述射頻線圈108位於所述原料矽錠102週邊，且優選的，在起始時，所述射頻線圈108位於所述原料矽錠102底部；然後，所述高頻振盪器113驅使所述射頻線圈108加熱所述原料矽錠102，首先使得所述原料矽錠102的底部(即與所述晶種109連接的部分附件)被加熱融化，在對應於所 述射頻線圈108的位置形成浮動帶111，與所述晶種109熔融連接，形成縮頸部110；同時，所述上部夾具105及所述上連接軸104帶動所述原料矽錠102自上向下運動即可形成所需直徑的單晶矽棒103。
近幾年，隨著技術的發展，所需生長的單晶矽棒的直徑越來越大，譬如，目前所需生長的單晶矽棒的直徑已經達到200mm。在採用浮熔帶法生長大直徑單晶矽棒時，需要更大的射頻功率。現有改進的一種浮熔帶法生長晶體的裝置100如圖2所示，該裝置在圖1的裝置的基礎上，在所述射頻線圈108上部及下部分別設置上鹵素燈114及下鹵素燈115，所述上鹵素燈114及所述下鹵素燈115均與電源116相連接。但該裝置存在如下問題：所述上鹵素燈114及所述下鹵素燈115會與所述射頻線圈108相互干擾影響，且加熱效率較低。
本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供一種浮熔帶法生長晶體的設備及方法，用於解決現有技術中的浮熔帶法生長晶體的設備存在的鹵素燈與射頻線圈相互干擾影響，且加熱效率較低的問題。
為了實現上述目的及其他相關目標，本發明提供一種浮熔帶法生長晶體的設備，所述浮熔帶法生長晶體的設備包括：射頻線圈；輔助加熱系統，包括反射環及雷射器，所述反射環位於所述射頻線圈上下兩側，所述雷射器與所述反射環適於在晶體生長過程中配合為位於所述反射環內側的原料矽錠加熱以形成熔區。
作為本發明的浮熔帶法生長晶體的設備的一種優選方案，所述反射環上設有若干個開口，所述雷射器位於所述反射環外側，且所述雷 射器的發射端與所述開口對應設置，以確保所述雷射器發射的雷射可以經由所述開口射入所述反射環內。
作為本發明的浮熔帶法生長晶體的設備的一種優選方案，所述雷射器的數量與所述開口的數量相同。
作為本發明的浮熔帶法生長晶體的設備的一種優選方案，所述雷射器與所述反射環位於同一平面內。
作為本發明的浮熔帶法生長晶體的設備的一種優選方案，所述雷射器包括紅外線(IR；Infrared)雷射器。
作為本發明的浮熔帶法生長晶體的設備的一種優選方案，所述雷射器包括紫外線(UV；ultraviolet)雷射器。
作為本發明的浮熔帶法生長晶體的設備的一種優選方案，所述雷射器包括IR雷射器及UV雷射器。
作為本發明的浮熔帶法生長晶體的設備的一種優選方案，所述浮熔帶法生長晶體的設備還包括：單晶生長室，所述射頻線圈及所述反射環均位於所述單晶生長室內；高頻振盪器，與所述射頻線圈相連接，適於驅動所述射頻線圈工作；上連接軸，部分位於所述單晶生長室內；上部夾具，位於所述單晶生長室內，與所述上連接軸相連接，適於固定原料矽錠；下連接軸，部分位於所述單晶生長室內；下部夾具，位於所述單晶生長室內，與所述下連接軸相連接，適於固定晶種；所述上連接軸及所述下連接軸適於帶動所述原料矽錠及所述晶種旋轉並沿豎直方向運動。
本發明還提供一種浮熔帶法生長晶體的方法，在晶體生長過程中，使用如上述任一方案中所述的輔助加熱系統為原料矽錠加熱以形成 熔區。
作為本發明的浮熔帶法生長晶體的方法的一種優選方案，在晶體生長過程中，所述原料矽錠自上至下運動。
作為本發明的浮熔帶法生長晶體的方法的一種優選方案，在晶體生長過程中，所述原料矽錠自上至下運動的同時，以所述原料矽錠的中心軸為旋轉軸進行旋轉。
本發明的浮熔帶法生長晶體的設備及方法具有如下有益效果：本發明的浮熔帶法生長晶體的設備中的雷射器與射頻線圈具有一定的間距，不會與射頻線圈相互干擾影響；使用雷射器作為加熱源，加熱效率更高；同時，通過在原料矽錠週邊設置反射環，雷射器發出的鐳射經反射換多次反射為所述原料矽錠加熱，進一步提高了加熱效率。
100‧‧‧浮熔帶法生長晶體的裝置
102‧‧‧原料矽錠
103‧‧‧單晶矽棒
104‧‧‧上連接軸
105‧‧‧上部夾具
106‧‧‧下連接軸
107‧‧‧下部夾具
108‧‧‧射頻線圈
109‧‧‧晶種
110‧‧‧縮頸部
111‧‧‧浮動帶
112‧‧‧單晶生長室
113‧‧‧高頻振盪器
114‧‧‧上鹵素燈
115‧‧‧下鹵素燈
116‧‧‧電源
200‧‧‧射頻線圈
201‧‧‧輔助加熱系統
2011‧‧‧反射環
2012‧‧‧雷射器
202‧‧‧單晶生長室
203‧‧‧高頻振盪器
204‧‧‧上連接軸
205‧‧‧上部夾具
206‧‧‧下連接軸
207‧‧‧下部夾具
208‧‧‧原料矽錠
209‧‧‧單晶矽棒
210‧‧‧晶種
211‧‧‧縮頸部
212‧‧‧浮動帶
圖1及圖2顯示為現有技術的浮熔帶法生長晶體的設備的結構示意圖。
圖3顯示為本發明實施例一提供的浮熔帶法生長晶體的設備中的輔助加熱系統的俯視結構示意圖。
圖4顯示為本發明實施例一提供的浮熔帶法生長晶體的設備的結構示意圖。
以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點與功效。 本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
請參閱圖3及圖4。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，雖圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的元件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各元件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其元件佈局形態也可能更為複雜。
實施例一 請參閱圖3及圖4，本發明提供一種浮熔帶法生長晶體的設備，所述浮熔帶法生長晶體的設備包括：射頻線圈200；輔助加熱系統201，所述輔助加熱系統201包括反射環2011及雷射器2012，所述反射環2011位於所述射頻線圈200上下兩側，所述雷射器2012與所述反射環2011適於在晶體生長過程中配合為位於所述反射環2011內側的原料矽錠208加熱以形成熔區(即圖4中的浮動帶212)。
作為示例，所述反射環2011上設有若干個開口20111，所述雷射器2012位於所述反射環2011外側，且所述雷射器2012的發射端與所述開口20111對應設置，以確保所述雷射器2012發射的雷射可以經由所述開口20111射入所述反射環2011內。需要說明的是，所述反射環2011的材料對雷射具有較高的反射率，以確保所述反射環2011能夠有效地反射雷射。當然，也可以在所述反射環2011的內側設置強反射膜以增強反射效果。
作為示例，所述雷射器2012及所述開口20111的數量可以根據實際需要進行設定，優選地，所述雷射器2012的數量與所述開口20111的 數量相同。在圖3中，以所述雷射器2012及所述開口20111的數量均為三個作為示例，但在其他實際示例中並不以此為限。
作為示例，所述雷射器2012與所述反射環2011位於同一平面內，以確保所述雷射器2012發射的雷射能夠在所述反射環2011內多次反射。
在一示例中，所述雷射器2012可以為IR(紅外線)雷射器。
在另一示例中，所述雷射器2012可以為UV(紫外線)雷射器。
在又一示例中，所述雷射器2012還可以為IR雷射器與UV雷射器的組合。
作為示例，請參閱圖4，所述浮熔帶法生長晶體的設備還包括：單晶生長室202，所述射頻線圈200及所述反射環2011均位於所述單晶生長室202內；高頻振盪器203，所述高頻振盪器203與所述射頻線圈200相連接，適於驅動所述射頻線圈200工作；上連接軸204，所述上連接軸204部分位於所述單晶生長室202內；上部夾具205，所述上部夾具205位於所述單晶生長室202內，且與所述上連接軸204的底部相連接，適於固定原料矽錠208；下連接軸206，所述下連接軸206部分位於所述單晶生長室202內；下部夾具207，所述下部夾具207位於所述單晶生長室202內，且與所述下連接軸206的底部相連接，適於固定晶種210；所述上連接軸204及所述下連接軸206適於帶動所述原料矽錠208及所述晶種210旋轉並沿豎直方向運動。
本發明的浮熔帶法生長晶體的設備中的所述雷射器2012與所述射頻線圈200具有一定的間距，不會與所述射頻線圈200相互干擾影響；使用所述雷射器2012作為加熱源，加熱效率更高；同時，通過在所述原料矽 錠208週邊設置所述反射環2011，所述雷射器2012發出的雷射經反射換多次反射為所述原料矽錠208加熱，進一步提高了加熱效率。
實施例二 本發明還提供一種浮熔帶法生長晶體的方法，在晶體生長過程中，使用如實施例一中所述的輔助加熱系統201為原料矽錠208加熱以形成熔區(即圖4中所述的浮動帶212)。更為具體的，採用實施例一中所述的浮熔帶法生長晶體的設備生長晶體，所述浮熔帶法生長晶體的設備的具體結構請參閱實施例一，此處不再累述。
作為示例，所述浮熔帶法生長晶體的方法的具體步驟為：在起始時，所述原料矽錠208的底部與所述晶種210接觸，且位於與所述射頻線圈200對應的位置；然後，所述高頻振盪器203驅使所述射頻線圈200加熱所述原料矽錠208的同時，所述雷射器2012為所述原料矽錠208加熱，首先使得所述原料矽錠208的底部(即與所述晶種210連接的部分附件)被加熱融化，在對應於所述射頻線圈200的位置形成浮動帶212，與所述晶種210熔融連接，形成縮頸部211：同時，所述上部夾具205及所述上連接軸204帶動所述原料矽錠208自上向下運動即可形成所需直徑的單晶矽棒209。
作為示例，在晶體生長過程中，所述原料矽錠208自上至下運動的同時，以所述原料矽錠208的中心軸為旋轉軸進行旋轉。
綜上所述，本發明提供一種浮熔帶法生長晶體的設備及方法，所述浮熔帶法生長晶體的設備包括：射頻線圈；輔助加熱系統，包括反射環及雷射器，所述反射環位於所述射頻線圈上下兩側，所述雷射器與所述反射環適於在晶體生長過程中配合為位於所述反射環內側的原料矽錠加熱以形成熔區。本發明的浮熔帶法生長晶體的設備中的雷射器與射頻線 圈具有一定的間距，不會與射頻線圈相互干擾影響；使用雷射器作為加熱源，加熱效率更高；同時，通過在原料矽錠週邊設置反射環，雷射器發出的雷射經反射換多次反射為所述原料矽錠加熱，進一步提高了加熱效率。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
200‧‧‧射頻線圈
2011‧‧‧反射環
2012‧‧‧雷射器
202‧‧‧單晶生長室
203‧‧‧高頻振盪器
204‧‧‧上連接軸
205‧‧‧上部夾具
206‧‧‧下連接軸
207‧‧‧下部夾具
208‧‧‧原料矽錠
209‧‧‧單晶矽棒
210‧‧‧晶種
211‧‧‧縮頸部
212‧‧‧浮動帶

Claims (11)

  1. 一種浮熔帶法生長晶體的設備，包括：一射頻線圈；一輔助加熱系統，包括一反射環及至少一雷射器，該反射環位於該射頻線圈上下兩側，該雷射器與該反射環適於在一晶體生長過程中配合為位於該反射環內側的一原料矽錠加熱以形成一熔區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的浮熔帶法生長晶體的設備，其中，該反射環上設有複數個開口，該雷射器位於該反射環外側，且該雷射器的一發射端與該些開口對應設置，以確保該雷射器發射的一雷射可以經由該些開口射入該反射環內。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的浮熔帶法生長晶體的設備，其中，該至少一雷射器的數量與該些開口的數量相同。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的浮熔帶法生長晶體的設備，其中，該雷射器與該反射環是位於同一平面內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的浮熔帶法生長晶體的設備，其中，該雷射器包括紅外線雷射器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的浮熔帶法生長晶體的設備，其中，該雷射 器包括紫外線雷射器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的浮熔帶法生長晶體的設備，其中，該雷射器包括紅外線雷射器及紫外線雷射器。
  8. 如申請專利範圍第1到7項之一所述的浮熔帶法生長晶體的設備，其更包括：一單晶生長室，該射頻線圈及該反射環均位於該單晶生長室內；一高頻振盪器，與該射頻線圈相連接，適於驅動該射頻線圈工作；一上連接軸，部分位於該單晶生長室內；一上部夾具，位於該單晶生長室內，與該上連接軸相連接，適於固定該原料矽錠；一下連接軸，部分位於該單晶生長室內；且一下部夾具，位於該單晶生長室內，與該下連接軸相連接，適於固定一晶種；其中，該上連接軸及該下連接軸適於帶動該原料矽錠及該晶種旋轉並沿豎直方向運動。
  9. 一種浮熔帶法生長晶體的方法，其中在晶體生長過程中，使用如申請專利範圍第1至7項中任一項所述的輔助加熱系統為該原料矽錠加熱以形成該熔區。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的浮熔帶法生長晶體的方法，其中，在晶體生長過程中，該原料矽錠是自上至下運動。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的浮熔帶法生長晶體的方法，其中，在晶體生長過程中，該原料矽錠自上至下運動的同時，以該原料矽錠的一中心軸為旋轉軸進行旋轉。
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