TWI831742B - 用於形成晶錠的系統與方法 - Google Patents
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Abstract
一種系統包含放置於一座臺上的一矽晶種，其中該矽晶種為環形的且
係用以在一饋送速率下接收一熔融矽以形成一晶錠，其中該座臺係用以在一旋轉速度下旋轉。一控制器係用以在該矽晶種接收該熔融矽時及在形成該晶錠時：接收與該晶錠之一直徑及與該晶錠之一彎液面之一角度相關的一反饋以及基於該反饋控制該座臺的之該旋轉速度及該熔融矽之該饋送速率以控制該晶錠的該直徑以及該晶錠之該彎液面的該角度。
Description
[交互參考之相關申請案]本申請案主張2017年3月31日申請之美國專利臨時申請案US 62/479,907作為優先權母案。將此臨時申請案之所有內容包含於此作為參考。
本發明係關於利用含矽材料鑄造近淨形(near net shape)晶錠。
此處所提供的背景說明係用以大致上說明本發明之背景。在此背景段落中所提及之本發明人的作品以及在申請時不能算作是先前技術的說明並非為本發明人明示或暗示自認之與本發明相對的先前技術。
多晶矽晶錠之方向性固化係用以成長四方形或圓形的矽材料。接著晶錠被成形為環形的空白材然後被加工形成部件。例如，部件可用來作為沉積、蝕刻、或其他基板(如半導體晶圓)之處理用之基板處理系統內的元件。
現有的技術有一些問題。例如，大部分無效率地使用矽材。經成長之晶錠的形狀通常不同於欲加工之部件的形狀。因此，需要多餘材料的大量加工。其他問題包含移除四方形晶錠的外部材料及自圓形或四方形晶圓錠移除中央核。被移除的材料浪費了。
可使用坩鍋塗層來避免黏滯並使晶錠能自坩鍋脫離。然而，塗層為一污染源。典型的處理依序包含在相同熱區/坩鍋中之晶錠的熔融、穩定、凍
結、及回火。複雜度會降低產量。雖然可使用晶錠成長的現行處理產生固態晶錠，但其通常無法產生近淨形晶錠。
一種系統包含放置於一座臺上的一矽晶種，其中該矽晶種為環形的且係用以在一饋送速率下接收一熔融矽以形成一晶錠，其中該座臺係用以在一旋轉速度下旋轉。一控制器係用以在該矽晶種接收該熔融矽時及在形成該晶錠時：接收與該晶錠之一彎液面之一角度及該晶錠之一直徑相關的一反饋以及基於該反饋控制該座臺的之該旋轉速度及該熔融矽之該饋送速率以控制該晶錠的該直徑以及該晶錠之該彎液面的該角度。
在其他實施例中，該矽晶種自一饋送系統接收該熔融矽，該饋送系統係位於該矽晶種上方並遠離該矽晶種之一中心。
在其他實施例中，該控制器自朝向該晶錠之該彎液面的一相機接收該反饋。
在其他實施例中，該系統更包含：用以接收複數塊固態矽的一坩鍋，該坩鍋係設置在該矽晶種上方且遠離該矽晶種之該中心；及一加熱器，與該坩鍋相關並用以熔融該複數塊固態矽。該控制器基於該反饋輸出一控制訊號，以在該矽晶種自該坩鍋接收該熔融矽時及在形成該晶錠時使該座臺以一速度自該坩鍋及該加熱器向下移動。該座臺自該坩鍋及該加熱器向下移動的該速度控制該晶錠的該直徑及該晶錠之該彎液面的該角度。
在其他實施例中，該系統更包含與該坩鍋之一下部相關的複數加熱器，該坩鍋之該下部係用以將該熔融矽饋送至該矽晶種。該控制器基於該反饋控制供給至該複數加熱器的功率以控制該晶錠的該直徑。
在其他實施例中，該系統更包含一噴灑器以在該複數塊固態矽被饋送至該坩鍋中之前至少間歇地以一摻質噴灑該複數塊固態矽。
在其他實施例中，該系統更包含與該矽晶種之一外直徑相關的一石英管以控制該晶錠的一外直徑。該控制器藉著基於該反饋控制該座臺的該旋轉速度以控制該晶錠的一內直徑。
在其他實施例中，該系統更包含與該矽晶種之該外直徑與該內直徑相關的一外石英管與一內石英管以控制該晶錠的一外直徑與一內直徑。
在其他實施例中，該內石英管包含一應力消除特徵部，該應力消除特徵部係被設計用於在該晶錠冷卻時使該內石英管降伏(yield)或破裂；或該內石英管為錐形。
在其他實施例中，該系統更包含與該矽晶種之該外直徑與該內直徑相關的一外石英管與一內管以控制該晶錠的該外直徑與該內直徑，其中該內管係由非石英之一材料所製成。
在其他實施例中，該系統更包含一摻質的一固態棒，該固態棒被配置為直接熔融至該晶錠之該彎液面中。
在其他實施例中，一種方法包含：以一饋送速率對設置在一座臺上的一矽晶種饋送一熔融矽以形成一晶錠，該矽晶種為環形的，該座臺係用以在一旋轉速度下旋轉。該方法更包含在該矽晶種接收該熔融矽時及在形成該晶錠時：自朝向該晶錠之該彎液面的一相機接收與該晶錠之一直徑及該晶錠之一彎液面之一角度相關的一反饋；及基於該反饋控制該座臺的之該旋轉速度及該熔融矽之該饋送速率以控制該晶錠的該直徑以及該晶錠之該彎液面的該角度。
在其他實施例中，該方法更包含將一饋送系統設置於該矽晶種上方並遠離該矽晶種之一中心；及自該饋送系統以該饋送速率將該熔融矽供給至該矽晶種。
在其他實施例中，該方法更包含將一坩鍋設置於該矽晶種上方並遠離該矽晶種之該中心；在將複數塊固態矽饋送至該坩鍋之前，選擇性地以一摻質噴灑該複數塊固態矽並將該複數塊固態矽供給至該坩鍋；及利用與該坩鍋相關的一加熱器熔融該複數塊固態矽。該方法更包含在該環形矽晶種自該坩鍋接收該熔融矽時及在形成該晶錠時使該座臺以一速度自該坩鍋及該加熱器向下移動；及基於該反饋控制該座臺自該坩鍋與該加熱器向下移動的該速度以控制該晶錠的該直徑及該晶錠之該彎液面的該角度。
在其他實施例中，該方法更包含在該坩鍋之一下部附近設置複數加熱器，該坩鍋之該下部係用以將該熔融矽饋送至該矽晶種；及基於該反饋控制供給至該複數加熱器的功率以控制該晶錠的該直徑。
在其他實施例中，該方法更包含藉著在該矽晶種之一外直徑附近設置一石英管以控制該晶錠的一外直徑；及藉著基於該反饋控制該座臺的該旋轉速度以控制該晶錠的一內直徑。
在其他實施例中，該方法更包含藉著在該矽晶種之該外直徑與該內直徑附近設置一外石英管與一內石英管以控制該晶錠的該外直徑與該內直徑。
在其他實施例中，該內石英管包含一應力消除特徵部，該應力消除特徵部係被設計用於在該晶錠冷卻時使該內石英管降伏(yield)或破裂；或該內石英管為錐形。
在其他實施例中，該方法更包含藉著在該矽晶種之該外直徑與該內直徑附近設置一外石英管與一內管以控制該晶錠的該外直徑與該內直徑，其中該內管係由非石英之一材料所製成。
在其他實施例中，該方法更包含使一摻質的一固態棒直接熔融至該晶錠之該彎液面中。
自詳細的說明、申請專利範圍及圖示當可明白本發明之其他應用領域。詳細的說明及特定的實例僅意在說明而非限制本發明之範疇。
100-1:系統
100-2:系統
100-3:系統
100-4:系統
100-5:系統
102:座臺
104:矽晶種
106:熔融坩鍋
108:饋送裝置
110:饋送管
112:熔融加熱器
114:內加熱器
115:外加熱器
116-1:相機
116-2:相機
118:控制器
120:液態矽
122:反饋
124:控制訊號
126:旋轉速率
128:拉速
130:方向
140-1:感測器
140-2:感測器
140-3:感測器
142-1:驅動器
142-2:驅動器
150:石英管/外坩鍋壁
152:石英管/內坩鍋壁
160:晶錠
170:應力消除機構
180:固態棒
192:噴灑器
194:摻質
196:矽塊
198:矽塊
200:方法
202:步驟
204:步驟
206:步驟
208:步驟
210:步驟
212:步驟
214:步驟
216:步驟
218:步驟
220:步驟
自詳細說明及附圖當更全面地瞭解本發明，其中：圖1A-3為根據本發明之自含矽材料鑄造近淨形晶錠之系統之實例之功能方塊圖；圖4A-4D為內管壁與外管壁之側橫剖面圖；圖5與6為根據本發明之自含矽材料鑄造近淨形晶錠之系統之實例之功能方塊圖；及圖7為根據本發明之自含矽材料鑄造近淨形晶錠之方法之實例的流程圖。
在圖示中，重覆使用參數標號以識別類似及/或相同的元件。
根據本發明之系統及方法自含矽材料製造近淨形晶錠。文中所述的各種變形係以不同的解決方案控制晶錠之幾何特徵(如直徑)及/或晶錠中的摻雜位準。
在一實例中，在無內或外坩鍋壁的情況下於晶種上成長晶錠。利用下列方式可達到晶錠的直徑控制：在內直徑與外直徑上使用不同的熱添加/移除(複數加熱器)；使用晶錠的添加速率及拉速度以控制固液界面(彎液面)的高度/角度；使用坩鍋的旋轉速率以調制彎液面上的離心力；及/或控制彎液面的角度。相機對內直徑與外直徑及彎液面的角度取像可提供直徑的反饋。
為了以均勻的方式將正確量的摻質提供至晶體，設想數種解決方案。在某些實例中，將兩股材料供給至一熔融坩鍋(見例如圖1A-3)，一股材料為未經摻雜(原始)的多晶矽塊而第二股材料為經摻雜的材料。
現在參考圖1A，顯示用以自含矽材料鑄造近淨形晶錠的系統100-1，其中將液態矽饋送至矽晶種上。系統100-1包含座臺102、矽晶種(或晶種)104、熔融坩鍋106、用以將固態饋料饋送至熔融坩鍋106的饋送裝置108、用以將摻質饋送至熔融坩鍋106的饋送管110、熔融加熱器112、內加熱器114與外加熱器115、內直徑與外直徑(ID/OD)控制用之相機116-1與116-2(共同被稱為相機116)、及控制器118(顯示在圖1B中)。
熔融加熱器112熔融在熔融坩鍋106中之固態饋料與摻質的混合物以形成液態矽120。液態矽120被饋送至矽晶種104上。相機116監控內直徑與外直徑(ID/OD)以及彎液面的角度。
在圖1B中，控制器118自相機116接收反饋122。控制器118亦可自複數感測器(如複數感測器140-1、104-2、及140-3)接收與液態矽120之饋送速率相關及與座臺102之旋轉速率126與拉速128相關的反饋122。例如，液態矽120的饋送速率(即液態矽被供給至矽晶種104的速率)可取決於在熔融坩鍋106中熔融之固態矽的量，其則取決於饋送裝置108將固態矽供給至熔融坩鍋106的量以及供給至熔融加熱器112之功率的量。控制器118基於反饋122輸出控制訊號124以控制彎液面的角度及彎液面的高度。控制訊號124為對加熱器112、114、與115及對驅動器142-1與142-2的輸入，驅動器142-1與142-2在液態矽被供給至矽晶種104時並在形成晶錠時旋轉及拉座臺102。控制訊號124基於該反饋，藉著控制供給至加熱器112、114、與115的功率、座臺102的旋轉速率126與拉速128、液態矽120的饋送速率控制彎液面的角度與彎液面的高度。熱係沿著如130所示的方向流動。
藉著使用不同的加熱器功率(內加熱器114與外加熱器115)而控制彎液面的角度(內直徑與外直徑)、藉著使用旋轉速度而控制內與外彎液面的角度、或藉著使用液態矽的饋送速率而控制彎液面的高度與彎液面的角度，可控制晶體的幾何特徵。
現在參考圖2，顯示用以自含矽材料鑄造近淨形晶錠之系統100-2，其中液態矽120被饋送成型晶種104上且有石英管150用於外直徑上以控制晶體的直徑。在此實例中，藉著座臺/晶體的旋轉速度可控制內直徑(ID)。較高的速度在液體彎液面上造成較多的離心力，因此內直徑增加。較低的旋轉速度使內直徑減少。相機(如116-1)係用以識別控制。雖然未顯示，但系統100-2使用圖1B中所示之系統100-1的控制器118。
現在參考圖3，顯示用以自含矽材料鑄造近淨形晶錠之系統100-3，其中液態矽120被饋送成型晶種104上且有石英管152與150用於內直徑與外直徑上以控制晶體的形狀。雖然未顯示，系統100-3使用圖1B中所示之系統100-1的控制器118。
利用控制器118控制饋送速率俾使已經摻雜之材料對未經摻雜的材料的比例提供正確量的摻質(如硼)以達到晶錠的期望摻雜位準。經摻雜的材料可包含元素硼、硼矽化物、「主合金」(即矽摻雜至高位準(>1020at/cm3))、及/或具有表面處理的矽饋料。
此外，石英管150與152可被添加至晶種104的外直徑、晶種104的內直徑、或晶種104的內直徑與外直徑以定義晶錠幾何特徵(如內直徑與外直徑)。
現在參考圖4A至4D，內石英管定義晶錠的形狀且在設計上的修改可避免因石英與矽之熱膨脹係數之不匹配所造成的殘餘應力累積。在圖4A中，內坩鍋壁152與外坩鍋壁150定義晶錠160的形狀。在圖4B中，內管152具有
應力消除機構170，如被設計用來在冷卻期間於無法接受之應力位準累積在晶錠160之前使內壁降伏/破裂的應力集中源(stress riser)、裂縫、或其他特徵部。在圖4C中，顯示具有傾斜內壁152的錐形內管。坩鍋的幾何特徵的定義方式能促進坩鍋與晶錠之間的相對移動(如內壁在冷卻期間可上向移動俾以不限制晶錠的收縮)。在圖4D中，坩鍋的內壁152可由具有較佳特性之不同材料(即非石英之材料)所製成。實例包含氮矽化物、碳矽化物、氧化矽、或摻有硼或其他摻質(複數摻質)之石英，以降低降伏強度或減少在升高溫度下之黏度。
若將石英管用於內直徑幾何控制(如圖4A中所示)，可因矽與石英之不同熱膨脹係數(CTE)而產生問題。尤其，石英比矽具有更低的CTE。當矽自熔融溫度冷卻至室溫時，內直徑會比內石英管的直徑減少得更快。這可導致在矽晶錠內出現伸張應力但在內石英管內出現壓縮應力的條件，此條件可能會導致破裂。為了避免應力累積，使用數個可能的解決方案。將一或多個「應力集中源」添加至內石英管以使其比未經修改的管在更低的應力下破裂(如圖4B中所示者)。內管可具有錐形設計(如圖4C中所示)以使管在晶錠冷卻時相對於晶錠沿垂直方向移動。
可修改內管的材料特性(如將摻質添加至用以製造管的材料)以減少高溫下的黏度/剛性以允許塑性形變或「流動」而避免在晶錠上施加應力(如圖4D中所示)。可使用修改內管的材料特性(如將摻質添加至用以製造管的材料)以增加CTE或與矽之CTE匹配(如圖4D中所示)。實例包含自硼矽玻璃、氮矽化物、碳矽化物、或石墨等CTE與矽類似或大於矽的材料製造內管。
若使用石英坩鍋或其他材料之坩鍋控制晶錠的幾何特徵(內直徑、外直徑、或內直徑與外直徑)，可有利地塗佈坩鍋壁(內壁、外壁、或內壁與外壁)。塗層能避免晶錠黏至坩鍋材料並促進冷卻後的晶錠脫離。這可允許多個晶錠重
履使用同一坩鍋。塗層亦可控制材料成核與材料的晶粒尺寸、熱傳與結晶速率、及/或自坩鍋材料所包含的雜質。
塗層可包含氮矽化物粉末或與液態矽直接接觸時相匹配的另一適合材料。粉末塗層可使用黏合劑或不使用黏合劑而施加以促進塗層特性。黏合劑材料可在使用坩鍋前之後續的塗層加熱期間移除。塗層可藉由噴塗處理、或其他適合施加粉末塗層的適合處理來加以施加。在施加後，可加熱粉末塗層以使其部分燒結或硬化，或可在不進行更進一步之熱處理的情況下直接使用。
現在參考圖5，顯示用以自含矽材料鑄造近淨形晶錠之系統100-4，其中液態矽120被饋送至成型晶種104中伴隨著摻質之固態棒(如硼之「主合金」)直接熔融至液態彎液面中以對晶體提供均勻的摻雜。在此實例中，可將摻質材料之固態棒180直接導至液態彎液面中並在界面處熔融(如圖5中所示)，以提供摻質之受到控制的來源。雖然未顯示，但系統100-4使用圖1B中所示之系統100-1的控制器118。
在另一實施例中，可在饋料被裝載至爐管的饋送系統(料斗)中之前摻雜饋料。例如，矽饋料的表面係塗佈或噴塗有含硼溶液(如硼酸、硼氧化物、含硼之旋塗玻璃、或旋塗摻質等)、或藉著使用具有適當濃度之硼的饋料(如藉由熔融與結晶處理所製造之矽而處理期間導入硼)。
現在參考圖6，顯示用以自含矽材料鑄造近淨形晶錠之系統100-5。系統100-5藉由施加噴塗式(sprayed-on)含硼溶劑而使用現場摻雜。僅顯示部分之系統100-5。雖然未顯示剩餘之系統100-5，但應瞭解，系統100-5包含圖1A-5之一或多圖中所示的其他元件。系統100-5包含用以饋送固態饋料的料斗190及用以在饋料被供給至熔融坩鍋106前在饋料上噴塗摻質(被顯示為194)的噴灑器192。控制器118(圖1B中所示)可控制噴灑器192以連續或間歇的方式在饋料上噴灑摻質以達到期望的摻雜位準。
例如，以連續或間歇的方式將硼的溶液(硼酸、硼之旋塗摻質、或類似者)施加至饋料以達到期望的摻雜位準。選擇性地，可使用加熱器或乾燥器(未顯示)以在饋料被饋送至熔融坩鍋中前蒸發溶劑。在此實例中，當矽饋料自料斗190轉入饋送系統時(在熔融之前)可以含硼溶液(如硼酸、硼氧化物、含硼旋塗玻璃、或旋塗摻質等)噴灑矽饋料的表面而加以處理(如圖6中所示)。此預處理可針對部分或全部之饋料加以進行。是以，將經摻雜及未經摻雜的矽塊(顯示為196與198)的混合物饋送至熔融坩鍋106中。
對於任何上述的技術而言，可以類似方式施加非硼之其他摻質物種(如磷、鎵、砷、銻)。亦可以所述方式施加共摻雜(即包含一種以上的摻質)。
可使用上述技術藉著改變饋送至補充系統之摻雜與未摻雜矽的比例而製造具有廣泛電阻率的材料。理論上，製造出之晶錠可具有自極高(>1000Ω-cm)至極低(<0.005Ω-cm)的電阻率範圍。
文中所述的系統及方法更有效率地使用矽材。由所建議之技術所成長的晶錠在尺寸上極接近欲加工的最終部件，因此僅需移除最少的材料。這導致較高的材料使用率與較低的成本。
文中所述的系統及方法產生較少的污染。直接在矽晶種上成長晶錠且不需坩鍋使晶錠成形。這降低了污染程度，因為在晶錠成長時未與(非矽)外來材料接觸。期望的結果是較低濃度之氧、氮、及金屬雜質、及包含較少的氮矽化物與碳矽化物。
文中所述的系統及方法具有更高的產量。由於矽在不同於晶錠成長區域的分離坩鍋中熔融，熔融與晶晶錠成長可平行進行，導致週期時間之降低。由於來自環形晶錠的較高表面積/體積，因此期望的拉速亦可高於固態晶錠之方向性的固化系統(DSS)鑄造的拉速。這可導致整體較短的處理時間及增加來自於處理的產量。
文中所述的系統及方法揭露將液態矽饋送至環形晶種上以定義晶錠形狀，其包含偏心的饋送系統及旋轉的晶體。晶錠的成長環能接近淨腔室部件的形狀以最佳化材料使用並最小化浪費，導致較低的成本。可部分或完全消除對坩鍋的需求，造成較低的污染程度(金屬與氧)及較佳的材料品質。
文中所述的系統及方法亦藉著將熔融與凍結處理分離至處理設備的不同區域而改善產量，因此降低了週期時間並增加了每部設備的材料輸出量(如圖1A-3中所示)。系統及方法使用各種機制控制晶錠的幾何特徵(內與外直徑)。可在晶錠的內直徑與外直徑上使用基於相機之反饋。使用內加熱器區域與外加熱器區域以控制內外彎液面與外彎液面的角度的形狀(內直徑與外直徑)。使用旋轉速度以控制內彎液面與外彎液面的角度(ID/OD)。使用液態矽之饋送速率控制內彎液面與外彎液面的角度(ID/OD)。
揭露各種摻質晶體的方式。在某些實例中，使用兩股固態饋料。一股包含未經摻雜的多晶矽而另一股包含數種形式中之一種形式的硼(如元素硼、硼矽合金、具有含硼物種之塗層的矽、硼矽之主合金的棒直接熔融至液態彎液面中)。
在其他實例中，系統及方法使用基於溶劑的硼源以在饋料被饋送至補充系統之前或期間噴灑饋料。含摻質之饋料被施用於先前的熔融/凍結處理中。
現在參考圖7，顯示自含矽材料鑄造近淨形晶錠之方法200。方法200中所述之控制可藉由圖1B中所示之控制器118以及圖1A與2-6中所示之一或多個系統來加以施行。在下面敘述中的控制一詞代表儲存在控制器118之記憶體中的程式碼且被控制器118之處理器執行而進行文中所述之功能。
在202處，環形的矽晶種(如矽晶種104)係被放置在座臺(如座臺102)上。在204處，坩鍋(如熔融坩鍋106)係被放置在矽晶種上偏離矽晶種之中
心。在206處，在坩鍋附近以及靠近坩鍋之下部處配置複數加熱器(如加熱器112、114、115)，熔融矽係經由坩鍋之下部自坩鍋供給至矽晶種。在208處，如圖2-4D中所示，在矽晶種之OD/ID附近設置外管/內管(如元件150、152)。在210處，如參考圖4A-4D所述，內管(如元件152)可由不同於輸出管的材料所製成、或內管可為錐形。
在212處，將複數塊固態矽自設置於坩鍋上方的饋送系統饋送至坩鍋中。可如圖1A-6中所示，利用一或多種添加摻質的方式添加摻質。在214處，利用圍繞坩鍋的複數加熱器(如加熱器112)在坩鍋中熔融固態矽與摻質。在216處，以一饋送速率將熔融矽自坩鍋供給至矽晶種。
在218處，控制(如控制器118)接收與熔融矽被供給至矽晶種時及當形成晶錠時晶錠之直徑及彎液面之角度相關的反饋。反饋係自圖1B中所示的各種源所接收。在220處，基於反饋，當熔融矽被供給至矽晶種時及當形成晶錠時控制調整饋送速率、供給至加熱器(112、114、115)的功率、及座臺的旋轉與拉速以控制晶錠的幾何特徵(ID/OD)。
因此，上述之本發明之系統及方法以下列方法製造環形矽晶錠(即中空圓柱)：先熔融矽，接著將液態矽饋送至定義成長中之晶錠之形狀的區域中。形狀定義可藉由數種技術所提供，此些技術包含晶種形狀、、內壁、外壁、內壁與外壁、或具有期望晶錠形狀的坩鍋。
一種方法包含使用與期望晶錠具有相同橫剖面積/形狀的環形矽晶種開始晶錠成長(見圖1A)。先(從上)部分熔融晶種。接著在藉由液體補充系統將液態矽添加至晶種上部時，使晶種向下移動遠離複數加熱器。移動遠離加熱器使液態矽在晶種的上部上凍結並伸長(成長)。同時在複數加熱器的熱區中連續添加液態熔融物至成長中之晶錠的上部，維持具有液固界面的液態區。
另一方法包含使用與期望晶錠具有相同橫剖面積/形狀的環形矽晶種，其中具有相同或類似外直徑的石英管會限制被添加之液態矽並定義成長中之晶錠的外直徑(見圖2)。
更另一方法包含使用與期望晶錠具有相同橫剖面積/形狀的環形矽晶種，其中匹配晶種之內直徑與外直徑的石英會限制被添加之液態矽並定義成長中之晶錠的內直徑與外直徑(見圖3與4A)。在一實施例中，可以此類方式修改內石英管俾以減少其機械強度、允許在較低的應力位準下破裂(見圖4B)。這可避免在冷卻期間在晶錠中形成殘留應力，殘留應力之形成可因矽相對於石英之較高熱膨脹係數而發生。
前面的說明在本質上僅為說明性且意不在以任何方式限制本發明、其應用或使用。本發明的廣義教示可以各種形式施行之。因此，雖然本發明包含特定實例，但本發明之真實範疇不應受其限制，因為在熟知此項技藝者研讀圖示、說明書及隨附的申請專利範圍後當能進行其他修改。應瞭解，一方法中的一或多個步驟可在不改變本發明原理的情況下以不同的順序(或同時)執行。又，雖然上述的每一實施例具有特定的特徵，但與本發明之任一實施例相關的任一或更多特徵皆可與任何其他實施例的特徵一起實施及/或結合，即便文中未明確地指出此種結合。換言之，所述的複數實施例並非彼此互斥，一或多個實施例的互換排列亦落在本發明的範疇內。
本文中利用各種詞語說明複數元件之間(如複數模組之間、電路元件之間、半導體膜層之間等)的空間與功能關係，此些詞語包含「連接」、「銜合」、「耦合」、「鄰近(adjacent)」、「相鄰(next to)」、「在上部上(on top of)」、「在...上方」、「在...下方」、及「設置」。在上文中說明第一與第二元件間的關係時，除非特別限定「直接」，否則兩者之間的關係可以是直接關係即第一與第二元件之間不存在其他干擾元件或兩者之間的關係亦可以是間接關係即
第一與第二元件之間尚存在(可以是空間上的存在或功能上的存在)一或多個干擾元件。在文中所用之「A、B與C中至少一者」的表達方式應被解讀為使用非排他性邏輯OR的邏輯式(A OR B OR C)，而不應被解讀為「A之至少一者、B之至少一者與C之至少一者」。
在本申請案(包含下面將述之定義)中，「模組」一詞或「控制器」一詞可以「電路」一詞取代。「模組」一詞可指下列者、可為下列者的一部分、或包含下列者：特殊應用積體電路(ASIC)；數位、類比、或數位/類比混合離散電路；數位、類比、或數位/類比混合積體電路；組合邏輯電路；可程式化之場效閘極陣列(FPGA)；執行程式碼之處理器電路(共用的、專門的、或群組的)；儲存被處理器電路所執行之程式碼的記憶體電路(共用的、專門的、或群組的)；提供所述功率之其他適合的硬體元件；或上述者之部分或全部的組合如系統單晶片。
模組可包含一或多個介面電路。在某些實例中，介面電路可包含連接至區域網路(LAN)、網際網路、廣域網路(WAN)、或其組合的有線或無線介面。本發明之任何特定模組的功率可分散至藉由介面電路連接的多個模組。例如，多個模組可允許負載平衡。在另一實例中，伺服器(亦已知為遠端、或雲端)模組可代表客戶模組完成部分功能。
上面所用的程式碼一詞可包含軟體、韌體、及/或微碼，且其可指程式、例行程式、功率、類別、數據結構、及/或物件。共用的處理器電路一詞包含執行來自複數模組之部分或全部程式碼的單一處理器電路。群組處理器電路一詞包含一處理器電路與其他額外的處理器電路一起執行來自一或多個模組的部分或全部程式碼。多個處理器電路包含在複數離散晶片上的複數處理器電路、在單一晶片上的複數處理器電路、單一處理器電路的複數核心、單一處理器電路的複數主線(thread)、或上述者之組合。共同之記憶體電路一詞包含儲存
來自複數模組之部分或全部程式碼的單一記憶體電路。群組記憶體電路一詞包含與額外的記憶體一起儲存來自一或多個模組之部分或全部程式碼的記憶體電路。
記憶體電路為一詞為電腦可讀媒體一詞的子集。文中所用之電腦可讀媒體一詞不包含傳播通過媒體(如載波)之瞬變電或電磁訊號；因此電腦可讀媒體一詞可被視為是實體且非瞬變的。非瞬變之實體電腦可讀媒體的非限制性實例為非揮發性記憶體電路(如快閃記憶體電路、可擦除之可程式化唯讀記憶體電路、或遮罩式)、揮發性記憶體電路(如隨機存取記憶體電路、或動態隨機存取記憶體電路)、磁性儲存媒體(如類比或數位磁帶、或硬碟驅動器)、及光學儲存媒體(如CD、DVD、藍光光碟)。
本申請案中所述的設備及方法可藉由專門目的之電腦所施行，專門目的之電腦係藉由配置一通用目的之電腦使其執行電腦程式中所體現的一或多個特定功能所產生。上述的功能方塊、流程元件、及其他元件具有軟體規格的功能，其可藉由熟練之技術員或程式撰寫者的常規工作而被轉譯為電腦程式。
電腦程式包含處理器可執行之指令，此些指令係儲存在至少一個非瞬變實體電腦可讀媒體上。電腦程式亦可包含或仰賴已儲存的數據。電腦程式可包含與特定目前之電腦之硬體交界的基本輸入/輸出系統(BIOS)、與特定目前之電腦之特定裝置交界的裝置驅動器、一或多個操作系統、使用者應用程式、背景服務、背景應用程式等。
電腦程式可包含：(i)欲被解析之敘述性文字如HTML(超文本標記語言)、XML(可擴展標記語言)、或JSON(JavaScript物件表示)；(ii)組合碼；(iii)由編譯器自源程式碼所產生的物件碼；(iv)用以由解譯程式執行的源程式碼；(v)用以由即時編譯器所編譯及執滿行的源程式碼等。例如，源程式碼可由下列語
由利用語法所編寫：C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5(超文本標記語言第五版)、Ada、ASP(動態伺服器網頁)、PHP(超文本前處理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK、及Python®。
100-1:系統
102:座臺
104:矽晶種
106:熔融坩鍋
108:饋送裝置
110:饋送管
112:熔融加熱器
114:內加熱器
115:外加熱器
116-1:相機
116-2:相機
120:液態矽
126:旋轉速率
128:拉速
130:方向
Claims (20)
- 一種用於形成晶錠的系統，包含：一矽晶種，係放置於一座臺上，其中該矽晶種為環形的且係用以在一饋送速率下接收熔融矽以形成一晶錠，其中該座臺係用以在一旋轉速度下旋轉；及一控制器，係用以在該矽晶種接收該熔融矽時及在形成該晶錠時：接收與該晶錠之一直徑及與該晶錠之一彎液面之一角度相關的一反饋；及基於該反饋，控制該座臺之該旋轉速度及該熔融矽之該饋送速率，以控制該晶錠的直徑以及該晶錠之該彎液面的角度。
- 如申請專利範圍第1項之用於形成晶錠的系統，其中該矽晶種自一饋送系統接收該熔融矽，該饋送系統係位於該矽晶種上方並遠離該矽晶種之中心。
- 如申請專利範圍第1項之用於形成晶錠的系統，其中該控制器自朝向該晶錠之該彎液面的一相機接收該反饋。
- 如申請專利範圍第1項之用於形成晶錠的系統，更包含：一坩鍋，係用以接收複數塊固態矽，該坩鍋係設置在該矽晶種上方且遠離該矽晶種之中心；及一加熱器，與該坩鍋相關並用以熔融該複數塊固態矽，其中該控制器基於該反饋輸出一控制訊號，以在該矽晶種自該坩鍋接收該熔融矽時及在形成該晶錠時，使該座臺以一速度自該坩鍋及該加熱器向下移動，且其中該座臺自該坩鍋及該加熱器向下移動的該速度控制該晶錠的直徑及該晶錠之該彎液面的角度。
- 如申請專利範圍第1項之用於形成晶錠的系統，更包含： 複數加熱器，係與該坩鍋之一下部相關，該坩鍋之該下部係用以將該熔融矽饋送至該矽晶種，其中該控制器基於該反饋控制供給至該複數加熱器的功率以控制該晶錠的直徑。
- 如申請專利範圍第4項之用於形成晶錠的系統，更包含一噴灑器，以在該複數塊固態矽被饋送至該坩鍋中之前至少間歇地以一摻質噴灑該複數塊固態矽。
- 如申請專利範圍第1項之用於形成晶錠的系統，更包含：與該矽晶種之一外直徑相關的一石英管，用以控制該晶錠的一外直徑，其中該控制器藉著基於該反饋而控制該座臺的該旋轉速度以控制該晶錠的一內直徑。
- 如申請專利範圍第1項之用於形成晶錠的系統，更包含與該矽晶種之外直徑與內直徑相關的外石英管與內石英管，以控制該晶錠的外直徑與內直徑。
- 如申請專利範圍第8項之用於形成晶錠的系統，其中：該內石英管包含一應力消除特徵部，該應力消除特徵部係被設計用於在該晶錠冷卻時使該內石英管降伏(yield)或破裂；或該內石英管為錐形。
- 如申請專利範圍第1項之用於形成晶錠的系統，更包含與該矽晶種之外直徑與內直徑相關的外石英管與內管，以控制該晶錠的外直徑與內直徑，其中該內管係由非石英之一材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項之用於形成晶錠的系統，更包含一摻質的一固態棒，該固態棒被配置為直接熔融至該晶錠之該彎液面中。
- 一種用於形成晶錠的方法，包含： 以一饋送速率對設置在一座臺上的一矽晶種饋送一熔融矽以形成一晶錠，該矽晶種為環形的，該座臺係用以在一旋轉速度下旋轉；及在該矽晶種接收該熔融矽時及在形成該晶錠時：自朝向該晶錠之一彎液面的一相機接收與該晶錠之一直徑及該晶錠之該彎液面之一角度相關的一反饋；及基於該反饋控制該座臺之該旋轉速度及該熔融矽之該饋送速率，以控制該晶錠的直徑以及該晶錠之該彎液面的角度。
- 如申請專利範圍第12項之用於形成晶錠的方法，更包含：將一饋送系統設置於該矽晶種上方並遠離該矽晶種之中心；及自該饋送系統以該饋送速率將該熔融矽供給至該矽晶種。
- 如申請專利範圍第12項之用於形成晶錠的方法，更包含：將一坩鍋設置於該矽晶種上方並遠離該矽晶種之中心；在將複數塊固態矽饋送至該坩鍋之前，選擇性地以一摻質噴灑該複數塊固態矽並同時將該複數塊固態矽供給至該坩鍋；利用與該坩鍋相關的一加熱器熔融該複數塊固態矽；在該環形的矽晶種自該坩鍋接收該熔融矽時及在形成該晶錠時，使該座臺以一速度自該坩鍋及該加熱器向下移動；及基於該反饋控制該座臺自該坩鍋與該加熱器向下移動的該速度，以控制該晶錠的直徑及該晶錠之該彎液面的角度。
- 如申請專利範圍第14項之用於形成晶錠的方法，更包含：在該坩鍋之一下部附近設置複數加熱器，該坩鍋之該下部係用以將該熔融矽饋送至該矽晶種；及基於該反饋控制供給至該複數加熱器的功率，以控制該晶錠的直徑。
- 如申請專利範圍第12項之用於形成晶錠的方法，更包含： 藉著在該矽晶種之一外直徑附近設置一石英管以控制該晶錠的一外直徑；及藉著基於該反饋而控制該座臺的該旋轉速度以控制該晶錠的一內直徑。
- 如申請專利範圍第12項之用於形成晶錠的方法，更包含藉著在該矽晶種之一外直徑與一內直徑附近設置一外石英管與一內石英管以控制該晶錠的一外直徑與一內直徑。
- 如申請專利範圍第17項之用於形成晶錠的方法，其中：該內石英管包含一應力消除特徵部，該應力消除特徵部係被設計用於在該晶錠冷卻時使該內石英管降伏(yield)或破裂；或該內石英管為錐形。
- 如申請專利範圍第12項之用於形成晶錠的方法，更包含藉著在該矽晶種之一外直徑與一內直徑附近設置一外石英管與一內管以控制該晶錠的外直徑與內直徑，其中該內管係由非石英之一材料所製成。
- 如申請專利範圍第12項之用於形成晶錠的方法，更包含使一摻質的一固態棒直接熔融至該晶錠之該彎液面中。
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