TWM452969U - 長晶裝置 - Google Patents

Description

長晶裝置

本創作是有關一種長晶裝置，且特別是有關於一種能調整坩鍋內熔湯表面溫梯分佈的長晶裝置。

為了製造藍寶石晶圓，典型的做法是，將被填入高純度氧化鋁原料的長晶裝置加熱至或超過攝氏2100度以熔化該原料，接著經歷一連串程序如鑽取、圓磨、切片、研磨、熱處理、及拋光以取得單晶晶圓。

在製造藍寶石單晶時，控制氣泡及控制錯位對於品質上具有重大的影響。錯位可藉由在晶體成長後利用蝕刻方法而被量測。錯位主要是因為熱應力而產生，而熱應力主要是發生在長晶時的晶體內部與外部之溫度差。因此，錯位密度可藉由控制熱應力而被控制。

舉例來說，在過往的經驗中，由於長晶裝置通常是在其側面與底部加熱，故導致在晶體的頂部與底部之間具有溫度梯度。上述溫度梯度所產生的熱應力最終導致錯位而影響晶體品質。

於是，本創作人有感上述缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本創作。

本創作實施例在於提供一種長晶裝置，其能用以有效地調整熔湯表面的溫梯分佈。

本創作實施例提供一種長晶裝置，包括：一坩鍋；一坩鍋蓋，其界定有一開口，該坩鍋蓋裝設於該坩鍋上，且 該坩鍋與該坩鍋蓋包圍定義出一容置空間，該容置空間經該開口而連通於外；以及數個熱反射環，其設置於該容置空間內且分別懸吊於該坩鍋蓋，而任兩相鄰的熱反射環呈間隔設置，且該些熱反射環與該坩鍋蓋之間各形成有一第一夾角，該些熱反射環能在該長晶裝置加熱過程中產生形變，以使每一熱反射環與該坩鍋蓋之間的第一夾角能變化至一第二夾角。

綜上所述，本創作實施例所提供的長晶裝置能提高製程參數的可調區間，以控制熔湯表面溫梯分佈，進而減少擴肩急速生長的機率，達到減少晶體之熱應力集中，以提升晶體品質的效果。

本創作為一種長晶裝置及晶體製造方法。首先，針對運用在晶體製造方法的長晶裝置作一簡要說明，其後，再接著介紹晶體製造方法。

請參閱圖1A和圖1B所示，其為本創作的一實施例，本實施例提供一種長晶裝置100，包括：一坩鍋1、一坩鍋蓋2、一隔熱單元3、數個熱反射環4、及一吊掛單元5。其中，上述坩鍋1為業界常用之器具，故在此不加以詳述。

所述坩鍋蓋2的大致中央部位界定有一開口21，並且坩鍋蓋2於開口21旁的部位形成有數個貫穿孔22。所述坩鍋蓋2裝設於坩鍋1上，以使坩鍋1與坩鍋蓋2包圍定義出一容置空間11，而所述容置空間11能經開口21而連通於外。

所述隔熱單元3具有數層環狀隔熱片31，該些隔熱片 31層層依序堆疊設置於坩鍋蓋2的外表面上，並且該些隔熱片31的內徑皆大於坩鍋蓋2的開口21。其中，上述該些隔熱片31於圖式中是以彼此接觸堆疊為例，但不排除該些隔熱片31彼此間隔地堆疊設置。再者，該些隔熱片31的內徑自鄰近坩鍋蓋2朝遠離坩鍋蓋2的方向逐層遞增，也就是說，所述坩鍋蓋2的開口21不會被隔熱單元3所遮蔽。並且該些隔熱片31的外緣大致與坩鍋蓋2的外緣切齊。

藉此，所述長晶裝置100透過隔熱單元3的設置，以使坩鍋1內的熱能受到坩鍋蓋2與隔熱單元3的阻擋而較不易經由發散於外，進而增加保溫效果。再者，所述坩鍋蓋2以外的溫度梯度受到隔熱單元3的影響而呈現緩緩逐漸下降的趨勢，以利於後續相關引晶步驟。

所述熱反射環4大致呈板狀且是由銥、鎢、或鉬等耐熱並具有一定延展性之材料所製成。再者，為便於說明，本實施例是以圖1A所示之熱反射環4作為下述介紹之用，但於實際應用時，熱反射環4亦可依設計者需求而調整為其他態樣。

舉例來說，請參閱圖1C和圖1D所示，所述熱反射環4能於其內緣或外緣突出形成有一延伸部43，藉以改變熱反射環4的厚度，進而適用於後續調整熔湯表面的溫梯分佈。或者，所述熱反射環4亦能形成如管狀的構造(圖未示)。

復參閱圖1A和圖1B，所述熱反射環4分別懸吊於坩鍋蓋2且設置於容置空間11內，而任兩相鄰的熱反射環4呈等距地間隔設置，藉以透過所述兩熱反射環4的間距達到隔熱的效果。該些熱反射環4與坩鍋蓋2之間各形成有 一第一夾角，其中，上述第一夾角於本實施例中以平角(180度)為例。

更詳細地說，在長晶裝置100加熱過程中，該些熱反射環4能透過本身的結構設計來產生形變，以使每一熱反射環4與坩鍋蓋2之間的第一夾角(如圖1A)能變化至一第二夾角(如圖2A)。其中，上述第二夾角較佳為銳角(小於90度)。而所述第二夾角除了圖2A所呈現之情況外，熱反射環4亦能透過不同的結構設計而形成如圖2B所示之情況，換言之，實際狀態可依設計者需求來作選擇。

須說明的是，圖2A所示之第二夾角為較佳的實施態樣，也就是說，當該些熱反射環4與坩鍋蓋2之間各形成第二夾角時，每一熱反射環4的內徑自鄰近坩鍋蓋2朝遠離坩鍋蓋2的方向逐漸遞增。藉此，凝結於熱反射環4表面的凝結物201將沿熱反射環4表面而滑落至外側部位(亦即，如圖3，將凝結物201引流至坩鍋1側壁附近)，進而避免凝結雜質滴落的問題產生。

而有關熱反射環4透過何種結構設計以於長晶裝置100加熱時產生形變，下述將舉兩個實施態樣作一說明，但並不侷限於此。

第一實施態樣：每一熱反射環4具有相對的一第一面41與一第二面42，透過熱反射環4的厚度設計以使熱能自第一面41傳遞至第二面42之後，第一面41與第二面42產生不同的熱膨脹效果。具體來說，於長晶裝置100加熱過程中，每一熱反射環4的第一面41與第二面42分別受到不同的熱應力而產生不同的熱膨脹。如第二面42的熱膨脹程度大於第一面41的熱膨脹程度，以使每一熱反射環4 與坩鍋蓋2之間的第一夾角能變化至第二夾角。

第二實施態樣：每一熱反射環4的表面(第一面41或第二面42)形成有至少一刻痕(圖未示)。進一步地說，於長晶裝置100加熱過程中，每一熱反射環4透過其刻痕部位產生應力集中，以使每一熱反射環4與坩鍋蓋2之間的第一夾角能變化至第二夾角。

而有關上述熱反射環4懸吊於坩鍋蓋2的方式，下述舉一種吊掛單元5作一說明，但不侷限於此。所述吊掛單元5包括數個桿狀的固定件51(如：螺絲)及與固定件51搭配的數個定位件52(如：螺帽)。再者，每一熱反射環4形成有數個通孔44，每一通孔44的尺寸小於每一定位件52的尺寸，且每一熱反射環4的通孔44數量等同於所述固定件51的數量。

所述固定件51裝設(如：穿設)於坩鍋蓋2的貫穿孔22，而固定件51穿出於坩鍋蓋2的部位依序穿過該些熱反射環4的通孔44。當固定件51穿出熱反射環4的通孔44時，以定位件52裝設(如：螺鎖)於固定件51，藉以達到擋止熱反射環4的效果，亦即，該些熱反射環4將透過定位件52而定位於該些固定件51，進而懸吊於坩鍋蓋2。

其中，每一熱反射環4與每一固定件51之間留有餘隙，以容許該些熱反射環4與坩鍋蓋2之間的夾角變化。換言之，所述餘隙能提供熱反射環4產生形變時所需的空間，藉以避免熱反射環4因形變而與固定件51產生干涉而造成損壞。

以上已介紹完長晶裝置100，下述接著針對如何將所述長晶裝置100運用在晶體製造方法作一說明。請參閱圖1A 和圖3所示，晶體製造方法之步驟包括如下： 實施一準備步驟：提供如上所述之長晶裝置100(在此以圖1A所示之長晶裝置100為例)，並於坩鍋1內盛裝一原料(圖未示)。其後，將該些熱反射環4透過吊掛單元5懸吊於坩鍋蓋2下方，並坩鍋蓋2上裝設隔熱單元3，而後將坩鍋蓋2裝設於坩鍋1上，使該些熱反射環4位於容置空間11內。其中，上述原料的材質可以是氧化鋁、矽、或其他材質，在此不加以限制。

實施一加熱步驟：進行長晶裝置100的加熱，以將原料熔融形成一熔湯200。而於長晶裝置100加熱過程中，該些熱反射環4因受熱而產生形變，以使每一熱反射環4與坩鍋蓋2之間的第一夾角逐漸變化至第二夾角，進而調整熔湯200表面的垂直溫梯分佈與水平溫梯分佈。

更詳細地說，當每一熱反射環4與坩鍋蓋2之間的第一夾角逐漸變化至第二夾角時，每一熱反射環4的內徑自鄰近坩鍋蓋2朝遠離坩鍋蓋2的方向逐漸遞增，並且熔湯200因蒸發而凝結於每一熱反射環4的凝結物201，其沿每一熱反射環4表面滑落至熔湯200的外側部位，進而避免凝結雜質滴落的問題產生。

其後，對熔湯200進行引晶步驟以形成晶體(圖略)，其中，由於隔熱單元3與熱反射環4的設置，使長晶裝置100於坩鍋1的內部與外部不會有溫度驟降之情事產生，以達到提升晶體品質的效果。而有關具體的引晶步驟屬於業界常用之技術手段，在此則不加以詳述。

附帶說明一點，有關上述隔熱片31的層數、熱反射環4的層數、及熱反射環4與坩鍋蓋2之角度，其能夠搭配熔 湯200表面溫梯的分佈狀況而加以調整。

〔實施例的可能功效〕

根據本創作實施例，上述的長晶裝置能提高製程參數的可調區間，以控制熔湯表面溫梯分佈，進而減少擴肩急速生長的機率，達到減少晶體之熱應力集中以提升晶體品質的效果。再者，長晶裝置更是能透過熱反射環與坩鍋蓋夾有銳角，且每一熱反射環的內徑自鄰近坩鍋蓋朝遠離坩鍋蓋的方向逐漸遞增，以達到避免凝結雜質影響長晶的效果。

以上所述僅為本創作之實施例，其並非用以侷限本創作之專利範圍。

100‧‧‧長晶裝置

1‧‧‧坩鍋

11‧‧‧容置空間

2‧‧‧坩鍋蓋

21‧‧‧開口

22‧‧‧貫穿孔

3‧‧‧隔熱單元

31‧‧‧隔熱片

4‧‧‧熱反射環

41‧‧‧第一面

42‧‧‧第二面

43‧‧‧延伸部

44‧‧‧通孔

5‧‧‧吊掛單元

51‧‧‧固定件(如：螺絲)

52‧‧‧定位件(如：螺帽)

200‧‧‧熔湯

201‧‧‧凝結物

圖1A為本創作長晶裝置未加熱時的平面示意圖(一)。

圖1B為圖1A的局部立體示意圖。

圖1C為本創作長晶裝置未加熱時的平面示意圖(二)。

圖1D為本創作長晶裝置未加熱時的平面示意圖(三)。

圖2A為本創作長晶裝置加熱後的平面示意圖(一)。

圖2B為本創作長晶裝置加熱後的平面示意圖(二)。

圖3為本創作晶體製造方法的步驟示意圖。

100‧‧‧長晶裝置

1‧‧‧坩鍋

11‧‧‧容置空間

2‧‧‧坩鍋蓋

21‧‧‧開口

22‧‧‧貫穿孔

3‧‧‧隔熱單元

31‧‧‧隔熱片

4‧‧‧熱反射環

41‧‧‧第一面

42‧‧‧第二面

44‧‧‧通孔

5‧‧‧吊掛單元

51‧‧‧固定件(如：螺絲)

52‧‧‧定位件(如：螺帽)

200‧‧‧熔湯

201‧‧‧凝結物

Claims (8)

1. 一種長晶裝置，包括：一坩鍋；一坩鍋蓋，其界定有一開口，該坩鍋蓋裝設於該坩鍋上，且該坩鍋與該坩鍋蓋包圍定義出一容置空間，該容置空間經該開口而連通於外；以及數個熱反射環，其設置於該容置空間內且分別懸吊於該坩鍋蓋，而任兩相鄰的熱反射環呈間隔設置，且該些熱反射環與該坩鍋蓋之間各形成有一第一夾角，該些熱反射環能在該長晶裝置加熱過程中產生形變，以使每一熱反射環與該坩鍋蓋之間的第一夾角能變化至一第二夾角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之長晶裝置，其進一步包括數個桿狀的固定件，該些固定件裝設於該坩鍋蓋，該些熱反射環定位於該些固定件而懸吊於該坩鍋蓋，並且該些熱反射環與該些固定件之間留有餘隙，以容許該些熱反射環與該坩鍋蓋之間的夾角變化。
3. 如申請專利範圍第2項所述之長晶裝置，其進一步包括數個定位件，每一熱反射環形成有數個通孔，每一通孔的尺寸小於每一定位件的尺寸，該些熱反射環分別經由該些定位件與該些固定件的配合而懸吊於該坩鍋蓋。
4. 如申請專利範圍第2項所述之長晶裝置，其中，每一熱反射環大致呈板狀且具有相對的一第一面與一第二面，於該長晶裝置加熱過程中，每一熱反射環的第一面與第二面分別受到不同的熱應力而產生不同的熱膨脹，以使每一熱反射環與該坩鍋蓋之間的第一夾角能變化至該第 二夾角。
5. 如申請專利範圍第2項所述之長晶裝置，其中，該第一夾角為平角，而該第二夾角為銳角。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之長晶裝置，其中，該些熱反射環與該坩鍋蓋之間各形成該第二夾角時，每一熱反射環的內徑自鄰近該坩鍋蓋朝遠離該坩鍋蓋的方向逐漸遞增。
7. 如申請專利範圍第6項所述之長晶裝置，其進一步具有數層環狀隔熱片，該些隔熱片層層依序堆疊於該坩鍋蓋的外表面上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之長晶裝置，其中，該些隔熱片的內徑自鄰近該坩鍋蓋朝遠離該坩鍋蓋的方向逐層遞增，該些隔熱片的外緣大致與該坩鍋蓋的外緣切齊。