TWM430697U - An apparatus for growing crystals with dopant - Google Patents

Description

M430697 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本新型是有關於一種長晶用裝置，特別是指一種 摻雜裝置。 【先前技術】 早期製作含有摻雜物的晶圓是將摻雜物固體小顆粒直 接丟入熔融的長晶原料中，之後再長晶成晶棒，切割後製 得含有摻雜物的晶圓。但因為摻雜物的氣化溫度遠低於熔 融的長晶原料溫度，所以，摻雜物在此高溫下具有高度揮 發性而導致大部分摻雜物昇華、激烈地逸散於外界環境中 ，因此，最終製得的晶圓的摻雜濃度便非常的低。 參閱圖1，為增加摻雜濃度，目前是採用如圖1所示的 晶體摻雜裝置1進行摻雜並續而長晶製得晶棒。 該晶體掺雜裝置i設置於容置有溶融長晶原_ 12的掛 堝11上，包含一界定出一容置空間130的罩蓋13,及一設 置於該容置空FO30以放置摻雜物14的容杯15，且該罩蓋 13 _ 口面向該_ η ’而其令’該盛裝有炫融長晶原料 12的坩堝11是設置於一基座16上而可被控制地繞一中心 軸線旋轉’進而施行例如柴式長晶法（CzQ加咖㈣咖） 的製程長晶以製作出晶棒。 進行摻雜時，由於該㈣U中的熔融長晶原料12例如 矽熔點通常極高，因此，使得位於該坩堝u上的罩蓋U中 的容杯15内的摻雜物14在此高溫下直接氣化（ vaporization)而充斥於被罩蓋13圍繞出的容置空間η中 4 並擴散办解至該坩堝11中的熔融長晶原料12中，接著， 、擴政解有摻雜物14的熔融長晶原料長晶成晶棒切 割後即製得具有摻雜物的晶圓。 圖1所示的晶體摻雜裝置1雖然可以將摻雜物 14 1㈣融長晶原料12中’進而製作得到具有換雜物 ; 圓仁在掺雜物14氣化而擴散溶解至熔融長晶原 :U中時’該熔融長晶原料12的表層因摻雜濃度較高而 ,易九成摻雜物團竊物（eluster)，導致後續長晶時的初期 pre-body)斷線問題，另外，該熔融長晶原料12 度高亦會造錢相摻雜物14無法持續擴散溶入_ -SS原料12中’而使得最終成形的晶棒換雜物量不高、 且所含摻雜物的濃度分布不均勻。 【新型内容】 因此，本新型之目的，即在提供一 古 摻雜濃度且摻雜均勻的晶體摻雜裝置。 “摻雜物 於是，本新型晶體摻雜裝置設置於一容置有炼 原料的J#褐上，而欲I 边 長曰日 f進入該熔融長晶原料中， 日曰乡雜裝置包含一罩蓋、一容杯，及一授掉件。 該罩蓋罩覆於該掛禍上，且圍繞界定出一開 坩堝的容置空間。 朝向5亥 該容杯設置於該容置空間十而容裳有該換雜物。 该授拌件鄰靠近該容置空間的開口地連接於該 ’且畲該晶體摻雜裝置設置於該 位於掛w由从& _ ”上吁鑌攪#件接觸該 =的落融長晶原料而使該㈣長晶 M430697 於該坩鋼的轉動速率流動。 較佳地，當該晶體摻雜裝置設置於該掛鋼上時，該授 掉件接觸該位於掛禍中的熔融長晶原料而使該炫融長晶原 料以一軸線為中心向外且向下流動。 較佳地，該擾拌件包括多數間隔且由該罩蓋底緣向該 坩堝方向延伸的葉片。 較佳地，該授拌件包括一兩端分別連接於該罩蓋上的 連接臂、-由該連接臂朝該掛禍中的炼融長晶原料方向延 伸的中心桿，及多數由該中心桿外周緣徑向向外延伸的搜 拌葉。 本新型之功效在於··藉由該攪拌件的設置使得該溶融 長晶原料被擾動而旋轉流動，而令該摻雜物的擴散溶解過 程因該熔融長晶原料的流動而分散均勻，並因此提高擴散 溶解速率，而製作出摻雜濃度高且均勻的晶棒。 、 【實施方式】 有關本新型之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中將可 清楚的呈現。 在本新型被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說 明内容中，類似的元件是以相同的編號來表示。 參閱圖2,本新型晶體摻雜裝置之一第一較佳實施例設 置於一容置有熔融長晶原料22的坩堝21上方，包含一罩 蓋3、一容杯4，及一攪拌件5，用於佈散一摻雜物24進入 該熔融長晶原料22中，並續而進行長晶以製作晶棒，切割 6 後製得含有摻雜物的晶圓。 的二=設==該盛裝有㈣長晶… 轉，進”施例如柴式二 晶製作晶棒。 曰法process)進行長 "亥罩蓋3罩覆於該掛禍21上方且具有_開 禍h的容置空間3G ’在本第—較佳實施例中4罩^掛 二 =並可以相對該…不動的方式，例如: :二置^㈣堝21上，令氣化後的摻雜物Μ不會 逸散於核境中而能朝該炼融長晶原料22方向擴散。、 =容杯4設置於該容置空間中而容襄該摻： ^ 一較佳實施例中，該容杯4是以掛置方式設置 :〇中並容裝該換雜物24,透過該容杯4設置二 中的熔融長晶原料22的距離可控㈣摻雜物24、因 該熔融長晶原料的溫度而氣化的速度。 該授拌件5是鄰靠近該容置空間％開口地連接於該罩 上，並包括多數間隔且由該罩蓋3底緣向該甜禍Μ中 的^長晶原料22方向延伸的葉片51，在本第—較佳實施 》中’㈣#片51共四個、成長板狀且分別連接於該罩蓋 底緣的四個方位，以得到較均勻的攪拌效果。 當本新型晶體摻雜裝置設置於該容震有溶融長晶原料 =的賴21上並開始進行摻雜時，該_2ι繞該袖線自 體緩緩轉動’此時因為該罩蓋3以卡掣吊掛的方式而相對 於該掛鋼固定不動地設置於該掛銷上’且該授掉件5的每 M430697 —葉片51接觸該位於該坩堝2i中的熔融長晶原料22，所 以使得該熔融長晶原料22被該等葉月51擾動而以不同於 該坩鍋21旋轉速率地流動，同時，容置於該容杯4中的摻 雜物24因熔融長晶原料22的高溫而氣化充斥於該罩蓋3 的容置空間30中，所以成氣相的摻雜物24便朝該流動的 熔融長晶原料22持續擴散、溶解進入該熔融長晶原料22 中，而得到高濃度摻雜的熔融長晶原料22，最後，待摻雜 凡畢，即可自該坩鋼21上移開該晶體摻雜裝置而續以高摻 雜物濃度、且均勻摻雜的熔融長晶原料22進行長晶得到晶 棒’切割後製得高濃度摻雜的晶圓。 另外要補充說明的是，該等葉片51的設置是具有預定 的角度，例如相對於該熔融長晶原料22表面45。的傾斜且 與沿該旋轉軸線所成的平面夹設預定角度的偏斜的方式設 置時’可以攪動該熔融長晶原料22呈現以該軸線為中心向 外且向下流動地旋轉，而使得摻雜物24更易溶解進入溶融 長晶原料22中，且混合得更為均勻。 此外，該罩蓋3亦可被控制地以不同於該_ 2ι旋轉 速率的轉速懸掛於該㈣21上而自身旋轉，同樣可達到擾 動該溶融長晶原料22以不同於該_ 21轉動速率地流動 的目地’更佳地’該罩蓋3的轉動方向是與該_ 2ι的轉 動方向相反而可達到最好的混合效果。 參閱圖3、4’本新型晶體摻雜裝置之一第二較佳實施 例與該第-較佳實施例相似，其不同之處在於該攪拌件5, 。該授拌件5’包括-兩端分別連接於該罩蓋3上並位於該 谷置空間30的連接臂52、一由該連接臂52朝該坩堝2ι中 的惊融長晶原料22方向延伸的中心桿53，及多數由該中心 知53外周緣徑向向外延伸的攪拌葉54，而在本第二較佳實 施例中，由該成圓柱狀的中心桿53外緣間隔向外延伸出四 ^片狀的攪拌葉54，且該等攪拌葉54與該坩堝21中的熔 [長Βθ原料22所成平面成一傾斜夾角而使得該被擾動的熔 S 雇料22呈現以旋繞該轴線為中心地向外且向下淨达 流動達到混合均勾的目的。 下“ 本第二較佳實施例同樣藉著該攪拌件5，的每一攪拌葉 n、接觸5亥掛堝21中的熔融長晶原料22，搭配該掛禍21及/ 或該罩蓋3的相對轉動，使得該熔融長晶原料22被擾動、 5、"於°亥坩堝21的轉動速率流動而令該容置空間30中 1的摻雜物24更容易擴散溶解進人該熔融長晶原料μ 以，新型二個較佳實施例所說明的晶體摻雜裝 雜梦、3 Μ作具有換雜物的晶圓時，是先將該晶體掺 雜US於該容置有炼融長晶原料㈣上且該晶體摻 及/㈣t拌件接觸㈣融長晶原料，接著因為該掛堝、 以^^盍的轉動令㈣融長晶原料因該搜拌件的接觸而 二〜:¾•鋼的轉動速率繞—軸線旋轉流動 融長晶原料是以該接觸夾角設置使得該炫 更好的混合效果。 向下環繞流動’達到 同時，位於該掛螞中溶融長晶原料上方的容杯内的推 M4JU697 雜物因為高溫氣化而充滿於該罩蓋圍繞所成的容置空間中 並朝向該坩堝中熔融長晶原料方向擴散進而開始溶解於 流動的該熔融長晶原料中。 、 摻雜元成後得到該掺雜有高濃度的摻雜物且摻雜均勻 的熔融長晶原料，並將本新型晶體摻雜裝置移除，續而以 該摻雜有摻雜物的熔融長晶原料進行長晶、製得晶棒，最 後將晶棒切割後得到具有摻雜物的晶圓。 特別值得一提的是，如先前技術中所提及掺雜時在 不擾動該掛禍中的炼融長晶原料的情況下，該溶融長晶原 料表面摻雜物濃度會在達到飽和後導致氣相推雜物繼續向 該熔融^晶原料擴散的速度變慢，並在該炫融長晶原料表 面形成向摻雜物濃度的邊界層，而此邊界層⑨度約為 卜2mm，故本新型晶體摻雜裝置便是利用該搜拌件與該溶 融長晶原料的接觸’以及相對轉動而攪拌該熔融長晶原料 而避免高摻雜物濃度的邊界層的形成，更進一步的，該罩 蓋的設置高度以令該授拌件接觸該炫融長晶原料並深入大 於2随為佳，而能達到較好的授拌效果，使氣化後的擦雜 物更谷易溶入該熔融長晶原料中。 參閱圖5、6 ’發明人以石申（As)為摻雜物在溶融石夕⑼中 使用本新型晶體摻雜裝置進行摻雜，而同時與以現有的晶 體捧雜裝I 1(見圖D進行掺雜來做比較，並分別以該些 a 5 y雜裝置所得到的具有摻雜物的炫融長晶原料進行 長曰曰製備Ba棒’並由多次的實驗次數統計出兩種以不同 摻雜裝置而具有摻雜物的炫融長晶原料長晶時的斷線次數 10 M430697 以及所製得晶棒的電阻。 由實驗結果得知，以本新型晶體摻雜裝置長晶不僅初 期（Pre-body)斷線次數由每爐平均3 3次減少至〇 67次每 爐的斷線比例更由3.55次降至hl7次；此外，由本新型晶 體摻雜裝置所製得的晶棒整體電阻也因為摻雜物濃度較高 、較均勻而使得能有將近3〇%長度的晶棒電阻低於 2mohm/cm，遠高於目前業界上僅有10〜15%長度的晶棒電 阻是低於2mohm/cm的結果。 本新型藉由該接觸熔融長晶原料22的攪拌件5使該熔 融長晶原料22產生擾動而形成攪拌、混合的流動效果，改 善原本因熔融長晶原料22表層濃度飽和、阻礙摻雜物Μ 繼續向内擴散溶解的速率’更進—步還能避免該熔融長晶 原料22表層因為摻雜濃度高形成的摻雜物團箱物（cius㈣ 而導致長晶斷線的問題 综上所述，本新型晶體摻雜裝置利用機械力的攪拌擾 動/昆合該炼融長晶原料，如此一來便可避免該溶融長晶 原料形成具有尚濃度掺雜物的表面阻礙後續的氣相捧雜物 的擴散冷解速度’甚而因該溶融長晶原料的表層推雜物濃 度高導致團蔡物的形成 '長晶時斷線的問題發生，故確實 月匕達成本新型之目的。

At 、上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不 ^以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利 巳圍及新型說明内容所作之簡單的等效變化與修飾皆仍 屬本新型專利涵蓋之範圍内。 11 M430697 【圖式簡單說明】 圖1是一侧視示意圖，說明現有的晶體摻雜裝置； 圖2是一側視示意圖，說明本新型晶體摻雜裝置的第 —較佳實施例； 圖3是一侧視示意圖，說明本新型晶體掺雜裝置的第 二較佳實施例； 圖4是一立體圖，說明該第二較佳實施例中的一攪拌 件； 圖5是一長條圖，說明本新型與現有的晶體摻雜裝置 長晶時斷線的次數；及 圖6是一折線圖，說明本新型與現有的晶體捧雜裝置 所製備晶棒的電阻分佈。 12 M430697 【主要元件符號說明】 21.........坩堝 ' 22.........熔融長晶原料 • 23.........基座 24.........摻雜物 3 ..........罩蓋 30.........容置空間 4 ..........容杯 • 5 ..........攪拌件 51 .........葉片 5’ .........攪拌件 52 .........連接臂 53 .........中心桿 54 .........攪拌葉

13

Claims (1)

1. M430697 六、申請專利範圍： 1. -種晶體摻雜裝置，設置於一容置有熔融長晶原料的坩 堝的上方，而佈散一摻雜物進入該熔融長晶原料中，= 晶體摻雜裝置包含： ~ 一罩蓋，罩覆於該坩堝上且圍繞界定出一開口朝向 該掛禍中熔融長晶原料的的容置空間； 一容杯，設置於該容置空間中而容裝該摻雜物：及 一授拌件，鄰靠近該容置空間的帛口地連接於該罩 蓋上，且當該晶體摻雜裝置設置於該坩鍋上時該攪拌件 接觸該位於㈣中的熔融長晶原料而使該溶融長晶原料 以相對異於該坩鋼轉動速率地流動。 2. 依據中請專利範圍帛i項所述之晶體摻雜裝置，其中 當該晶體摻雜裝置設置於該㈣上時，該授拌件接觸該 位於掛财的熔融長晶原料而使該炼融長晶原料以—轴 線為中心向外且向下流動地旋轉。 3·依射請專利範圍第2項所述之晶體摻雜裝置，皇卜 該禮拌件包括多數間隔且甴該罩蓋底緣向㈣財向延 伸的葉片。 4.依據申請專利範圍第2項所述之晶體摻雜裝置，並中， 該擾拌件包括一兩端分別連接於該罩蓋上的連接臂一 由：連接臂朝該㈣開口方向延伸的中心桿及多數由 該中心桿外周緣徑向㈣延伸㈣摔葉。 5. ^申請專利範圍第3或第4項所述之晶體摻雜袭置， 其中，該攪拌件接觸並伸 ;°亥炫融長晶肩料中的深度 14 M430697 於2mm