TWI735962B - 藉由柴氏拉晶法從熔體中提拉半導體材料單晶的設備和使用該設備的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種藉由柴氏拉晶法（CZ法）從熔體中提拉半導體材料單晶的設備和方法，該設備包括： 用於容納該熔體的坩堝； 佈置在坩堝周圍的電阻加熱器； 相機系統，用於觀察熔體和生長中的單晶之間的相界，其中該相機系統具有光軸；以及 截頭圓錐形隔熱罩，在其下端區域具有變窄的直徑，且係佈置在坩堝上方並圍繞生長中的單晶，其特徵在於 用於捕獲顆粒的環形元件，其從該隔熱罩的內側面向內凸出，且在其內端具有向上方向的捕集器邊緣，其中該相機系統的該光軸在該捕集器邊緣和該生長中的單晶之間延伸。

Description

藉由柴氏拉晶法從熔體中提拉半導體材料單晶的設備和使用該設備的方法
本發明提供一種設備及使用該設備藉由柴氏拉晶法(CZ法)從熔體中提拉半導體材料單晶的方法。該設備包括用於容納熔體的坩堝、佈置在該坩堝周圍的電阻加熱器、用於觀察熔體和生長中的單晶之間的相界的相機系統、以及在其下端區域具有變窄的直徑，且設置在坩堝上方並圍繞單晶的截頭圓錐形隔熱罩。
EP 2 031 100 A1描述一種具有上述特徵的設備、和使用該設備藉由CZ法生產單晶的方法。
US 5 919 303描述一種再裝填矽的方法，其中坩堝係以顆粒形式的多晶矽再裝填。
JP 2001039798 A揭露一種隔熱罩，其另外具有內圓筒以阻止氧化矽(SiO)顆粒落入熔體中。如果這些顆粒進入生長中的單晶，它們會造成差排並使單晶不能用於預期用途。這種隔熱罩的缺點在於它妨礙了熔體和生長中的單晶之間的相界的清晰視野。
本發明之目的在於提出一種具有前述特徵的設備，使用該設備可大幅阻止不需要的顆粒進入熔體，而沒有任何相關聯的缺點。
本發明的目的是透過一種用於藉由CZ方法從熔體中提拉半導體材料單晶的設備來實現的，該設備包括：用於容納熔體的坩堝；佈置在該坩堝周圍的電阻加熱器；相機系統，用於觀察熔體和生長中的單晶之間的相界，其中該相機系統具有光軸；以及截頭圓錐形隔熱罩，在其下端區域具有變窄的直徑，且係佈置在該坩堝上方並圍繞該生長中的單晶，其特徵在於用於捕獲顆粒的環形元件，其從隔熱罩的內側面向內凸出，且在其內端具有向上方向的捕集器邊緣，其中該相機系統的光軸在捕集器邊緣和生長中的單晶之間延伸。
能夠破壞或終止半導體材料晶體之單晶生長的顆粒不僅形成於SiO的凝華(resubliming)時，而且尤其形成於半導體材料的再裝填時，尤其是來自隔熱罩以磨損材料的形式形成。本發明可確保差排事件變得較不常見，並使得源自於顆粒並溶解於熔體中的外來元素的濃度(尤其是碳的濃度)變得更低。
本發明的設備包括由環形元件延伸的隔熱罩，該環形元件捕獲在該環形元件不存在的情況下會落入坩堝中的顆粒。環形元件從隔熱罩的內側面向內凸出，即在生長單晶的方向上向內凸出，並且具有截面區域，該截面區域具有在該環形元件內端向上凸出的捕集器邊緣(捕獲外殼)。在捕集器邊緣和隔熱罩之間捕獲顆粒。環形元件朝向生長中的單晶凸出，且相機系統的光軸在捕集器邊緣和生長中的單晶之間延伸。換句話說，光軸不會與隔熱罩或環形元件或其捕集器邊緣相遇。
隔熱罩完全或至少在其下端區域中呈截頭圓錐形並具有變窄的直徑。
較佳的是將環形元件固定到隔熱罩上，使得保持環形元件和隔熱罩下端之間的距離。該距離較佳為10毫米至100毫米。
環形元件較佳為可釋放地連接到隔熱罩。環形元件較佳係由與隔熱罩的內側面相同的材料構成。
捕集器邊緣從環形元件的內端向上凸出，較佳不小於2毫米且不大於100毫米的距離。另外，捕集器邊緣較佳向外傾斜，即朝向隔熱罩傾斜。
本發明還提供一種在本發明的設備中提拉半導體材料單晶的方法，其包括： 用固體半導體材料裝填坩堝； 熔化該固體半導體材料之整體質量的一部分或全部； 用另外的固體半導體材料進一步裝填該坩堝； 加熱坩堝內容物直至該內容物完全熔化；以及 藉由CZ法提拉單晶。
半導體材料較佳由矽、鍺或這兩種元素的混合物組成。
生長中的單晶包括直徑為至少200毫米，較佳至少300毫米的圓柱形部分。
有關本發明方法的上述詳細實施態樣所界定的特徵可相應地應用於本發明設備。反之，有關本發明設備的上述詳細實施態樣所界定的特徵可相應地應用於本發明方法。在圖式的描述和申請專利範圍中闡明本發明實施態樣的這些和其他特徵。各個特徵可單獨地或組合地做為本發明的實施態樣而實現。此外，它們可描述可獨立保護的有利執行方案。
根據第1圖的設備係包含提拉室1和用於觀察熔體3和生長中的單晶5之間的相界的相機系統4，其中用於容納熔體3的坩堝2位於提拉室1中。坩堝2係由可升高、降低和轉動的軸6承載。在坩堝2的周圍設置電阻加熱器7，固體半導體材料藉助於該電阻加熱器7而熔化以形成熔體3。單晶5係藉由提拉機構8從熔體中提拉。圍繞單晶5的隔熱罩9係設置在坩堝2上方。隔熱罩9呈截頭圓錐形，在其下端區域具有變窄的直徑。在生長中的單晶5和隔熱罩9的內側面之間有一用於捕獲顆粒的環形元件10，環形元件10連接到隔熱罩9。環形元件10從隔熱罩9的內側面向內凸出（在生長單晶的方向上），並且在其內端具有向上方向的捕集器邊緣11（第2圖）。捕集器邊緣11由封閉的壁形成，以形成管。根據本發明，環形元件10及其捕集器邊緣11形成為使得它們不會阻擋相機系統4的光軸12，這意味著光軸12在捕集器邊緣11和生長中的單晶5之間延伸。
與根據第1圖所示的設備形成對比，根據第3圖所示的設備包括僅在其下端區域中形成有變窄直徑的隔熱罩9。其在上方的區域中具有圓柱形狀。
第2圖以截面示出環形元件10和隔熱罩9的細節。在所示的實施態樣中，環形元件10與隔熱罩9的下端13具有一定距離，且捕集器邊緣11係朝向隔熱罩9傾斜。
以上描述的說明性實施態樣應被理解為例示性。由此做出的揭露首先使得本領域技術人員能夠理解本發明以及相關的優點，其次，在本領域技術人員的理解範圍內，還包括對所描述的結構和方法的明顯改動和修改。因此，所有這些改動和修改以及等效物應由申請專利範圍的保護範圍涵蓋。例如，該設備還可包括一或多個線圈用於產生作用在熔體上的磁場。
1:提拉室 2:坩堝 3:熔體 4:相機系統 5:單晶 6:軸 7:電阻加熱器 8:提拉機構 9:隔熱罩 10:環形元件 11:捕集器邊緣 12:光軸 13:下端
以下，參照圖式說明本發明。
第1圖和第3圖各自示出藉由CZ方法提拉半導體材料單晶的設備，其包含本發明的特徵。
第2圖示出連接到本發明環形元件的隔熱罩的細節。
1:提拉室
2:坩堝
3:熔體
4:相機系統
5:單晶
6:軸
7:電阻加熱器
8:提拉機構
9:隔熱罩
10:環形元件
12:光軸

Claims (5)

  1. 一種藉由柴氏拉晶法從熔體中提拉半導體材料單晶的設備，其包括：用於容納該熔體的坩堝；佈置在該坩堝周圍的電阻加熱器；相機系統，用於觀察該熔體和生長中的單晶之間的相界，其中該相機系統具有光軸；截頭圓錐形隔熱罩，在其下端區域具有變窄的直徑，且係佈置在該坩堝上方並圍繞該生長中的單晶，用於捕獲顆粒的環形元件，其從該隔熱罩的內側面向內凸出，且在其內端具有向上方向的捕集器邊緣，其中該相機系統的該光軸在該捕集器邊緣和該生長中的單晶之間延伸，其特徵在於，該環形元件係可釋放地連接到該隔熱罩。
  2. 如請求項1所述的設備，其中該環形元件位於距該隔熱罩的下端一段距離處。
  3. 如請求項2所述的設備，其中該距離為10毫米至100毫米。
  4. 如請求項1或2所述的設備，其中該捕集器邊緣相對於該隔熱罩呈傾斜佈置。
  5. 一種在如請求項1至4中任一項所述的設備中提拉半導體材料單晶的方法，其包括：用固體半導體材料裝填該坩堝；熔化該固體半導體材料之整體質量的一部分或全部；用另外的固體半導體材料進一步裝填該坩堝；加熱坩堝內容物直至該內容物完全熔化；以及 藉由柴氏拉晶法提拉單晶。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022075061A1 (ja) * 2020-10-07 2022-04-14 株式会社Sumco 単結晶の製造方法
EP4130348A1 (en) 2021-08-02 2023-02-08 Siltronic AG Device and method for producing a monocrystalline silicon rod
CN113882015A (zh) * 2021-09-29 2022-01-04 西安奕斯伟材料科技有限公司 氮掺杂剂加料装置、方法及氮掺杂单晶硅棒的制造系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200714753A (en) * 2005-09-27 2007-04-16 Komatsu Denshi Kinzoku Kk Single crystal silicon pulling apparatus, method for preventing contamination of silicon melt, and apparatus for preventing contamination of silicon melt
TW200848555A (en) * 2007-06-08 2008-12-16 Siltronic Ag Manufacturing method of single crystal

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4442829A1 (de) * 1994-12-01 1996-06-05 Wacker Siltronic Halbleitermat Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls
US5919303A (en) 1997-10-16 1999-07-06 Memc Electronic Materials, Inc. Process for preparing a silicon melt from a polysilicon charge
JP2001003978A (ja) 1999-06-21 2001-01-09 Bridgestone Corp 防振装置
JP3747696B2 (ja) 1999-07-23 2006-02-22 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材
US6482263B1 (en) * 2000-10-06 2002-11-19 Memc Electronic Materials, Inc. Heat shield assembly for crystal pulling apparatus
US7077905B2 (en) * 2002-09-13 2006-07-18 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Apparatus for pulling a single crystal
JP4193500B2 (ja) * 2002-10-07 2008-12-10 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法
JP4161804B2 (ja) 2003-05-30 2008-10-08 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材
US8545623B2 (en) * 2009-06-18 2013-10-01 Sumco Phoenix Corporation Method and apparatus for controlling the growth process of a monocrystalline silicon ingot
CN101838843A (zh) * 2010-06-02 2010-09-22 万关良 单晶炉用热屏以及具有其的单晶炉
JP6477356B2 (ja) 2015-08-21 2019-03-06 株式会社Sumco 単結晶の製造方法および製造装置
CN108166052A (zh) * 2018-02-13 2018-06-15 南京晶能半导体科技有限公司 一种石墨导流筒装置、锥形热场及单晶炉

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200714753A (en) * 2005-09-27 2007-04-16 Komatsu Denshi Kinzoku Kk Single crystal silicon pulling apparatus, method for preventing contamination of silicon melt, and apparatus for preventing contamination of silicon melt
TW200848555A (en) * 2007-06-08 2008-12-16 Siltronic Ag Manufacturing method of single crystal

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TW202014563A (zh) 2020-04-16
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