TWI811039B - 用於生產單晶矽棒的裝置及方法 - Google Patents
用於生產單晶矽棒的裝置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI811039B TWI811039B TW111127937A TW111127937A TWI811039B TW I811039 B TWI811039 B TW I811039B TW 111127937 A TW111127937 A TW 111127937A TW 111127937 A TW111127937 A TW 111127937A TW I811039 B TWI811039 B TW I811039B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- seed
- crystal
- shaft
- pulling
- radius
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 11
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 7
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
- C30B15/16—Heating of the melt or the crystallised materials by irradiation or electric discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/32—Seed holders, e.g. chucks
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
提供用於根據切克勞斯基法生產晶體的裝置及方法。裝置包括包含表面的抽拉軸、適用於在晶體提拉期間固持晶種的晶種固持器及建構開口的呈中空截錐體形式的盤，所述盤包含頂部半徑
R
2 、高度
h、材料厚度
b及基板，所述基板具有半徑
R
1 及具有直徑
d的孔，其中所述盤固定在晶種固持器與抽拉軸之間，使得開口面朝抽拉軸。
Description
本發明提供一裝置，其允許透過切克勞斯基法生產單晶矽棒，並達到較高無差排（dislocation）產生率之目的。
單晶矽（其是大多數半導體電子裝置製程的起始材料）通常透過所謂的切克勞斯基（“CZ”）法生產。在該方法中，將多晶矽（“多晶體矽”）放置在坩堝中並且熔化，使晶種與熔化的矽接觸，並且透過緩慢萃取使單晶生長。
在晶體生長期間產生且進入熔體的顆粒會使生長的晶體產生差排，從而造成期望的晶體品質的損失。這進而導致產率的顯著損失，並且從而導致增加的成本。
因此，必須避免來自晶體生長系統的顆粒與熔體或晶體-熔體介面接觸。
在
WO 2020 074 285 A1中提出一種特殊的隔熱罩，以防止來自氣相的顆粒落至熔體上而使正在生長的晶體產生缺陷。
發明人認識到，該措施有幫助，但遠不足以實現期望的產率。
因此，本發明的任務在於提供一種裝置，所述裝置可以生產單晶棒，而無需在抽拉裝備中經歷所描述的粉塵及顆粒的負面影響。
該任務透過申請專利範圍中描述的裝置來解決。
在CZ提拉法期間，顆粒（摻雜劑諸如P、Sb、As、SiO、SiO
2、Si等）沉積在切克勞斯基系統的水冷抽拉軸上。這些顆粒可以分離，落向熔體，並且在晶體中引起差排。
本發明包括用於根據切克勞斯基提拉晶體的裝置，所述裝置可以使顆粒對所提拉的晶體的完整性的負面影響最小化。特別地，其降低晶體在生長期間由於顆粒而形成差排的可能性。
較佳的裝置包含抽拉軸，所述抽拉軸在晶體生長期間用於使晶體保持直立位置、旋轉及提拉晶體。例如，
WO 2020 074 285A1中示出抽拉軸的使用。
WO 18 142 541A1中示出一種改進的抽拉軸。所述改進的抽拉軸也可用於本發明。
較佳的裝置還包含適用於在晶體提拉期間固持晶種的晶種固持器。例如，
WO 2020 074 285A1中示出適合的晶種固持器的實例。
較佳的裝置還包含呈中空截錐體形式的盤。
圖 2中示出該裝置的較佳實施態樣。
更佳地，盤由材料厚度
b大於1 mm且小於5 mm的碳纖維增強碳（CFC）製成。
較佳地，盤的形狀具有中空截錐體的形式，所述中空截錐體具有高度
h、半徑
R
1 的基板（
201）以及頂部半徑
R
2 。基板包含具有孔直徑
d的孔（
202）。
最佳地，高度
h小於半徑
R
2 與半徑
R
1 的差。
盤的基板的孔用於將盤固定在抽拉軸與晶種固持器之間。
圖 1為較佳實施態樣的圖。
在較佳實施態樣中，如
圖 2中所示，使用螺紋將盤固定在晶種固持器與抽拉軸之間。
發明人認識到，如果盤的開口指向抽拉軸，則實現最佳效果。因此，較佳地係盤的開口被固定成面朝抽拉軸。
此外，發明人認識到，為了防止顆粒落入熔體中，用油潤濕抽拉軸是非常有益的。較佳地，使用真空泵油。據信，抽拉軸的經塗覆的表面為顆粒提供黏性表面，並且因此防止顆粒落下所導致顆粒被包進（enfold）的有害行為。
在所進行的實驗中，使用S2 R100型真空泵油（殼牌）。然而，該油不適用於高溫（高於100℃），並且抽拉軸面向用該設置生長的超過600℃的晶體，所述晶體表現出較低的差排率。不過，能夠非常明顯地看出效果。
更佳地，非常佳另外使用所述油來完全潤濕盤。
此外，本發明包括用於根據切克勞斯基提拉矽晶體的方法。較佳地，所述方法包含以下步驟：
（a）在切克勞斯基晶體提拉設備的抽拉軸上安裝晶種固持器，其中呈中空截錐體形式的盤固定在晶種固持器與抽拉軸之間，使得盤的開口面向抽拉軸，
（b）將晶種安裝至晶種固持器中，
（c）在坩堝中熔化多晶矽，
（d）降低抽拉軸，直至晶種與熔體接觸，以及
（e）提拉晶體。
更佳地，該方法包含用油潤濕抽拉軸及盤。最佳地，使用適合作為真空泵油的油。
例示性實施態樣的上述描述應當被理解為例示性的。一方面，公開內容使本領域技術人員能夠理解本發明及其相關優勢，並且另一方面，本領域技術人員的理解中還包括所描述的結構及方法的顯而易見的變化及修改。因此，全部此類變化及修改以及等同物均應當被申請專利範圍的保護範圍涵蓋。
100:抽拉軸
101:盤
102:晶種固持器
103:螺紋
104:用於晶種的固持構件
200:盤
201:基板
202:基板中的孔
R
1:半徑
R
2:半徑
h:高度
d:孔的直徑
b:所使用的材料的厚度
圖 1描繪本發明的較佳實施態樣。晶種固持器（
102）透過螺紋（
103）安裝在抽拉軸（
100）的下部，並且盤（
101）（圖2中所示）夾持在晶種固持器與抽拉軸之間。在操作時，晶種可以藉由固持構件（
104）夾持至晶種固持器中。
圖 2示出
圖 1中使用的盤（
200）的較佳實施態樣。較佳地，所述盤由材料厚度
b大於1 mm且小於5 mm的碳纖維增強碳（CFC）製成。
較佳地，盤的形狀具有中空截錐體的形式，所述中空截錐體具有高度
h並且具有基板（
201）及頂部半徑
R
2 ，基板（
201）具有半徑
R
1 。基板包含具有孔直徑
d的孔（
202）。
100:抽拉軸
101:盤
102:晶種固持器
103:螺紋
104:用於晶種的固持構件
Claims (5)
- 一種用於根據切克勞斯基法生產矽晶體的裝置，該裝置包含： 包含表面的抽拉軸， 適用於在晶體提拉期間固持晶種的晶種固持器（seed holder），以及 建構開口（opening）的呈中空截錐體形式的盤，該盤包含： 頂部半徑 R 2 、高度 h， 材料厚度 b，以及 基板，該基板具有半徑 R 1 及具有直徑 d的孔（bore）， 其中該盤固定在該晶種固持器與該抽拉軸之間，使得該開口面朝該抽拉軸，其特徵在於該抽拉軸的該表面用油完全潤濕，並且該盤用油完全潤濕。
- 如請求項1所述的裝置，其中，該厚度 b不小於1 mm且不大於5 mm。
- 如請求項1所述的裝置，其中，該盤由碳纖維增強碳（CFC）製成。
- 如請求項1所述的裝置，其中，該高度 h小於半徑 R 2 與半徑 R 1 的差。
- 一種用於提拉單晶的方法，該方法包含以下步驟： 在切克勞斯基晶體提拉設備中的抽拉軸上安裝晶種固持器，其中呈中空截錐體形式的盤固定在該晶種固持器與該抽拉軸之間，使得該盤的開口面向該抽拉軸， 將晶種安裝至該晶種固持器中， 在坩堝中熔化多晶矽， 降低該抽拉軸，直至該晶種與熔體接觸，以及 提拉該晶體，其特徵在於該抽拉軸及該盤用油潤濕。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP21189238 | 2021-08-02 | ||
| EP21189238.5A EP4130348A1 (en) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | Device and method for producing a monocrystalline silicon rod |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202307291A TW202307291A (zh) | 2023-02-16 |
| TWI811039B true TWI811039B (zh) | 2023-08-01 |
Family
ID=77179941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111127937A TWI811039B (zh) | 2021-08-02 | 2022-07-26 | 用於生產單晶矽棒的裝置及方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4130348A1 (zh) |
| JP (1) | JP2024528341A (zh) |
| KR (1) | KR20240039036A (zh) |
| CN (1) | CN117769612A (zh) |
| TW (1) | TWI811039B (zh) |
| WO (1) | WO2023011939A1 (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4683184B2 (ja) * | 2004-11-04 | 2011-05-11 | 信越半導体株式会社 | 単結晶引上げ装置のシードチャック |
| CN112647124A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-13 | 徐州晶睿半导体装备科技有限公司 | 晶体生长设备的提拉系统及晶体生长设备 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05221786A (ja) * | 1992-02-13 | 1993-08-31 | Nippon Steel Corp | シリコン単結晶製造装置および製造方法 |
| JP6174013B2 (ja) * | 2012-04-26 | 2017-08-02 | 京セラ株式会社 | 保持体、結晶成長方法および結晶成長装置 |
| DE112017006983B4 (de) | 2017-02-02 | 2024-08-22 | Sumco Corporation | Reinigungsvorrichtung für eine einkristall-ziehvorrichtung und reinigungsverfahren für eine einkristall-ziehvorrichtung |
| DE102018217509A1 (de) | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Siltronic Ag | Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls aus Halbleitermaterial nach der CZ-Methode aus einer Schmelze und Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung |
-
2021
- 2021-08-02 EP EP21189238.5A patent/EP4130348A1/en active Pending
-
2022
- 2022-07-22 CN CN202280053719.4A patent/CN117769612A/zh active Pending
- 2022-07-22 JP JP2024506511A patent/JP2024528341A/ja active Pending
- 2022-07-22 KR KR1020247007169A patent/KR20240039036A/ko not_active Application Discontinuation
- 2022-07-22 WO PCT/EP2022/070576 patent/WO2023011939A1/en active Application Filing
- 2022-07-26 TW TW111127937A patent/TWI811039B/zh active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4683184B2 (ja) * | 2004-11-04 | 2011-05-11 | 信越半導体株式会社 | 単結晶引上げ装置のシードチャック |
| CN112647124A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-13 | 徐州晶睿半导体装备科技有限公司 | 晶体生长设备的提拉系统及晶体生长设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20240039036A (ko) | 2024-03-26 |
| EP4130348A1 (en) | 2023-02-08 |
| TW202307291A (zh) | 2023-02-16 |
| CN117769612A (zh) | 2024-03-26 |
| WO2023011939A1 (en) | 2023-02-09 |
| JP2024528341A (ja) | 2024-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5266616B2 (ja) | シリコン単結晶インゴットの製造方法 | |
| EP2455515B1 (en) | Process for producing sic single crystal | |
| KR100987470B1 (ko) | 실리콘 단결정의 제조방법 및 실리콘 단결정과 실리콘웨이퍼 | |
| JPWO2002068732A1 (ja) | 固形状多結晶原料のリチャージ管及びそれを用いた単結晶の製造方法 | |
| JP3841863B2 (ja) | シリコン単結晶の引き上げ方法 | |
| JP4858019B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| TWI811039B (zh) | 用於生產單晶矽棒的裝置及方法 | |
| JP2973917B2 (ja) | 単結晶引き上げ方法 | |
| JP4883020B2 (ja) | 単結晶製造装置および製造方法 | |
| WO2000052235A1 (fr) | Procede de production d'un monocristal de silicium | |
| JP3016126B2 (ja) | 単結晶の引き上げ方法 | |
| JP6344401B2 (ja) | ＳｉＣ単結晶の製造方法 | |
| KR20100056640A (ko) | 단결정 성장장치 | |
| JPH09249492A (ja) | 単結晶引き上げ用種結晶及び該種結晶を用いた単結晶引き上げ方法 | |
| US20090249996A1 (en) | Silicon single crystal pulling method | |
| JP3722264B2 (ja) | 半導体単結晶の製造方法 | |
| KR100581045B1 (ko) | 실리콘 단결정 제조방법 | |
| JP3885245B2 (ja) | 単結晶引上方法 | |
| RU2231582C1 (ru) | Устройство для выращивания монокристаллов кремния, экранирующее приспособление и способ выращивания монокристаллов кремния по методу чохральского | |
| JPH04198086A (ja) | 単結晶成長方法 | |
| JP2001139398A (ja) | 単結晶成長方法 | |
| US6423135B1 (en) | Method for manufacturing a single crystal | |
| KR101962175B1 (ko) | 단결정 잉곳 성장을 위한 용융액을 형성하는 방법 | |
| JPS6041037B2 (ja) | 半導体用高解離圧化合物単結晶の製造装置 | |
| JP4273820B2 (ja) | 単結晶引き上げ方法 |