TWM478690U - 長晶系統及石英蓋板 - Google Patents
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Description
本創作是有關一種長晶系統,且特別是有關於一種能使矽晶棒的各部位含氧量提升的長晶系統及石英蓋板。
由於電子時代之來臨,電子性產品大量受到重視,故晶圓材料即成為半導體產業與光電產業大量需求之產品。而晶圓之生長方式有很多種,例如浮融帶長晶法(Floating Zone Method)、雷射加熱提拉長晶法(Laser Heated Pedestal Growth)、及柴式長晶法(Czochralski Method)等,而更因每種長晶方式不同而所使用之設備亦不盡相同。
太陽能電池屬於半導體之一種,故又稱為太陽能晶片,矽(silicon)為目前通用的太陽能電池之原料代表,其發電原理為利用太陽光能轉換成電能。太陽能光電基板(Solar PV Cell)的晶片材質有很多種,大致上可分為單晶矽、多晶矽、非晶矽,以及其它非矽材料,其中以單晶矽及多晶矽兩類最為常見。
然而,於形成太陽能晶片前,須先以坩堝凝固其內的矽熔湯,以長晶形成矽晶棒,進而供切割形成晶片。其中,上述技術並非侷限於太陽能電池,只要是使用矽單晶基板且同時針對基板有高氧含量需求之產品(如:半導體元件、光電元件),都可以使用此技術。但上述技術於凝固矽熔湯時,矽熔湯內的氧會從矽熔湯的液面蒸發,此將使最後形成的矽晶棒的氧含量無法有效的提高。針對上述缺失,目前已公開的專利案中有提出對應的解決方式,如:
中國第102345154號專利及美國第5515810號專利。但上述已公開的專利案所呈現的效果應還具有提升的空間存在。
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系統及石英蓋板,其能使矽晶棒的各部位含氧量提升。
本創作實施例提供一種長晶系統,包括:一長晶裝置,包含:一坩堝,其包含有一底壁及自該底壁周緣一體延伸的一環側壁,該底壁包含有一主體部與一邊角部,且該邊角部一體連接於該主體部與該環側壁之間,該邊角部的內表面呈弧狀曲面;及一石英蓋板,其包含有一平板狀的平貼部及自該平貼部周緣一體彎曲延伸的一配合部,該平貼部的大致中央處包圍定義有一開口,且該配合部的外表面呈弧狀曲面;該石英蓋板容置於該坩堝內,且該開口於一鉛錘方向上對應於該底壁之主體部內表面的大致中央部位,而該配合部的內表面於該鉛錘方向上大致對應於該底壁的邊角部內表面;以及一矽熔湯,其盛裝於該坩鍋內,該石英蓋板的平貼部保持貼附於該矽熔湯的液面,且該配合部未抵接於該矽熔湯,該矽熔湯能經提拉凝固而形成一穿過該石英蓋板開口的矽晶棒;其中,當該矽熔湯的液面不高於該底壁的邊角部時,該石英蓋板透過其配合部收容於該坩堝的邊角部內表面所圍繞之空間中,以使該平貼部維持貼附在該矽熔湯的液面上。
較佳地,該矽熔湯透過對流施力於該平貼部,以提供該石英蓋板浮在該矽熔湯液面所需的力,使該石英蓋板透過該平貼部而貼附於該矽熔湯的液面。
較佳地,該長晶裝置包括有一熱遮罩與一推頂模組,該石英
蓋板連接固定於該熱遮罩,該坩堝設置於該推頂模組上,且該推頂模組能推動坩堝沿該鉛錘方向移動;當該矽熔湯的液面下降時,該推頂模組推動該坩堝上升一距離,且該距離與該矽熔湯液面下降高度相同,以使該石英蓋板的平貼部能保持貼附於該矽熔湯液面。
本創作實施例另提供一種石英蓋板,適於容置在盛裝一矽熔湯的一坩堝內,該石英蓋板包括:一平貼部,其呈平板狀且於大致中央處包圍定義有一開口,該平貼部用以保持貼附於該矽熔湯的液面,且該矽熔湯經提拉所形成的一矽晶棒能穿過該石英蓋板的開口;以及一配合部,其自該平貼部周緣一體彎曲延伸所形成,且該配合部的外表面呈弧狀曲面。
綜上所述,本創作實施例所提供的長晶系統及石英蓋板,透過平貼部能保持貼附於矽熔湯的液面,使得矽晶棒的各部位含氧量提升且保持在特定範圍內。並且,透過石英蓋板的配合部對應於坩堝的邊角部,使得矽熔湯的液面不高於坩堝底壁的邊角部時,平貼部能維持貼附在矽熔湯的液面上,藉以令矽晶棒的底部之含氧量能保持在特定範圍。
為能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容,請參閱以下有關本創作的詳細說明與附圖,然而所附圖式僅提供參考與說明用,並非用來對本創作的權利範圍作任何的限制。
100‧‧‧長晶裝置
1‧‧‧坩堝
11‧‧‧底壁
111‧‧‧主體部
112‧‧‧邊角部
12‧‧‧環側壁
2‧‧‧石英蓋板
21‧‧‧平貼部
22‧‧‧配合部
23‧‧‧開口
3‧‧‧熱遮罩
4‧‧‧推頂模組
200‧‧‧矽熔湯
201‧‧‧液面
300‧‧‧矽晶棒
G‧‧‧間隙
V‧‧‧鉛錘方向
圖1為本創作第一實施例之長晶裝置,用於盛裝矽熔湯時的平面示意圖。
圖2為本創作長晶裝置的石英蓋板之立體示意圖。
圖3為本創作長晶裝置的石英蓋板之另一視角立體示意圖。
圖4為圖1中之矽熔湯經提拉凝固形成矽晶棒時的平面示意圖。
圖5為本創作第二實施例之長晶裝置,用於盛裝矽熔湯時的平面示意圖。
圖6為圖5中之矽熔湯經提拉凝固形成矽晶棒時的平面示意圖。
圖7為本創作第二實施之石英蓋板固定於熱遮罩的立體示意圖。
請參閱圖1至圖4,其為本創作的第一實施例,需先說明的是,本實施例對應圖式所提及之相關數量與形狀,僅用以具體地說明本創作的實施方式,以便於了解其內容,而非用以侷限本發明的權利範圍。
本實施例提供一種長晶系統,包括一長晶裝置100與一矽熔湯200。長晶裝置100包括一坩堝1與一用以容置在坩堝1內的石英蓋板2。需說明的是,本實施例的改良處主要在於坩堝1與石英蓋板2,所以在下述說明中,長晶裝置100以坩堝1與石英蓋板2兩個元件作一說明,但不表示長晶裝置100僅包含坩堝1與石英蓋板2。
所述坩堝1於本實施例中是由石英材料一體成型所製成,且坩堝1包含有一底壁11及自底壁11周緣一體延伸的一環側壁12。其中,底壁11包含有一平板狀的主體部111與一弧狀的邊角部112,且上述邊角部112一體連接於主體部111與環側壁12之間,邊角部112的內表面呈弧狀曲面。
所述石英蓋板2於本實施例中主要是由石英材料一體成型所製成,石英蓋板2大致呈對稱的碗狀且厚度均厚。其中,石英蓋板2的厚度大致為3公厘至5公厘,而較佳為3公厘,但本創作不受限於此。
更詳細地說,所述石英蓋板2包含有一平板狀的平貼部21及自平貼部21周緣一體向外彎曲延伸的一配合部22。上述平貼部21的大致中央處包圍定義有一圓形的開口23,且配合部22的外表面呈弧狀曲面。
再者,當石英蓋板2容置於坩堝1內,上述開口23於一鉛錘方向V上對應於底壁11之主體部111內表面的大致中央部位。而配合部22的內表面於鉛錘方向V上大致對應於底壁11的邊角部112內表面,進一步地說,石英蓋板2的配合部22外表面之弧度大致等同於其在鉛錘方向V上所對應之坩堝1邊角部112的內表面弧度,而本實施例之石英蓋板2的配合部22外表面之弧度大致為其在鉛錘方向V上所對應之坩堝1邊角部112的內表面弧度的85%~100%,但不以此為限。
另,石英蓋板2的配合部22外表面端緣與坩堝1環側壁12內表面之間形成一不大於5公厘的間隙G。需說明的是,石英蓋板2的配合部22外表面端緣與坩堝1環側壁12內表面之間存在的間隙,是為了使石英蓋板2能順暢的置入坩堝1內。因此,在所述石英蓋板2能順暢置入坩堝1的前提下,間隙G的存在是越小越好。
以上介紹長晶裝置100的坩堝1與石英蓋板2各自之結構技術特徵及兩者間的結構對應關係,下述接著針對長晶系統的實際運作作一舉例說明。
當所述長晶裝置100在其坩堝1內盛裝矽熔湯200時,石英蓋板2的平貼部21能保持貼附於矽熔湯200的液面201,並且上述平貼部21所覆蓋之液面201面積大致佔矽熔湯200液面201面積的15%~30%。需說明的是,由於所述石英蓋板2的密度與矽熔湯200的密度大致相等,所以石英蓋板2透過具有特定表面積大小的平貼部21貼附於矽熔湯200的液面201,以經由矽熔湯200之對流施力於平貼部21而能提供石英蓋板2浮在矽熔湯200液面201所需的力,進而令平貼部21能保持貼附於矽熔湯200的液面201。
其後,當矽熔湯200經提拉凝固形成一矽晶棒300時,由於石英蓋板2的開口23設計是對應矽晶棒300之外徑,使得矽晶棒
300能穿過石英蓋板2的開口23,而配合部22未抵接於矽熔湯200。接著,當提拉凝固一段時間後,矽熔湯200的液面201不高於坩堝1底壁11的邊角部112時,石英蓋板2透過其配合部22與外表面弧度對應於邊角部112內表面弧度,使得石英蓋板2的配合部22被收容於坩堝1邊角部112的內表面所圍繞之空間中,進而令平貼部21能維持貼附在矽熔湯200的液面201上。
補充說明一點,所述長晶裝置100透過石英蓋板2的平貼部21貼附於矽熔湯200的液面201、以及控制石英蓋板2的配合部22外表面端緣與坩堝1環側壁12內表面之間的間隙G大小,藉以抑制矽熔湯200中的氧氣蒸發。再者,石英蓋板2的平貼部21用以在矽熔湯200形成矽晶棒300的過程中分解釋放出氧原子,藉以持續地向矽熔湯200中的矽原子作用形成氧化矽,進而能使所述矽晶棒300的各部位之含氧量大致維持在13ppma(parts per million atomic,百萬分之一原子密度)以上。
需說明的是,習知矽晶棒之各部份氧含量分佈是隨著矽晶棒的長度會逐漸改變,且其一般分佈是在10~16ppma。然而,依據本實施例的實際測試結果,所述長晶裝置100所製得的矽晶棒300之氧含量被提升為13-19ppma,其相較於以往矽晶棒氧含量為10-16ppma而言,本實施例長晶裝置100所能製得的矽晶棒300顯然具有較高的氧含量。
請參閱圖5至圖7,其為本創作的第二實施例,本實施例與上述第一實施例類似,相同處則不再複述,而兩實施例的主要差異如下所述。
本實施例進一步介紹長晶裝置100所包括的一熱遮罩(cone)3及一推頂模組4。同樣地,本實施例僅述及長晶裝置100的坩堝1、石英蓋板2、熱遮罩3、及推頂模組4,但不表示長晶裝置100僅
包含坩堝1、石英蓋板2、熱遮罩3、及推頂模組4。
更詳細地說,所述坩堝1設置於推頂模組4上,且推頂模組4能推動坩堝1沿鉛錘方向V移動。其中,推頂模組4以圖式所呈現之構造為例,但在符合推頂模組4能推動坩堝1沿鉛錘方向V移動之前提下,推頂模組4的構造能依設計者需求而加以變化,在此不加以限制。
再者,石英蓋板2連接固定於熱遮罩3的底部位置,而石英蓋板2固定於熱遮罩3的方式能依設計者需求而加以變化,在此不加以限制。舉例來說,石英蓋板2得以卡固、勾扣、或螺鎖等方式固定於熱遮罩3,或者石英蓋板2亦可能與熱遮罩3為一體成型之構造。須說明的是,石英蓋板2固定於熱遮罩3時,石英蓋板2與熱遮罩3彼此相接處須留有空隙(如圖7所示),以作為氣體流通之用。
因此,當所述長晶裝置100在其坩堝1內盛裝矽熔湯200時,石英蓋板2的平貼部21能被控制地保持貼附於矽熔湯200的液面201。其後,當矽熔湯200經提拉凝固形成矽晶棒300,使矽熔湯200的液面201下降時,推頂模組4推動坩堝1上升一距離,且該距離與矽熔湯200液面201下降高度相同,以令石英蓋板2的平貼部21能保持貼附於矽熔湯200液面201。
同樣地,當提拉凝固一段時間,使矽熔湯200的液面201不高於坩堝1底壁11的邊角部112時,石英蓋板2透過其配合部22與外表面弧度對應於邊角部112內表面弧度,使得石英蓋板2的配合部22被收容於坩堝1邊角部112的內表面所圍繞之空間中,進而令平貼部21能維持貼附在矽熔湯200的液面201上。
綜上所述,本創作實施例所提供的長晶系統,其長晶裝置透過石英蓋板之設計及平貼部保持貼附於矽熔湯的液面,使得矽晶
棒的各部位含氧量提升且保持在特定範圍內。並且,透過石英蓋板的配合部對應於坩堝的邊角部,使得矽熔湯的液面不高於坩堝底壁的邊角部時,平貼部能維持貼附在矽熔湯的液面上,藉以令矽晶棒的底部之含氧量能保持在特定範圍。
以上所述僅為本創作之較佳可行實施例,其並非用以侷限本創作之專利範圍,凡依本創作申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本創作之涵蓋範圍。
2‧‧‧石英蓋板
21‧‧‧平貼部
22‧‧‧配合部
23‧‧‧開口
Claims (10)
- 一種長晶系統,包括:一長晶裝置,包含:一坩堝,其包含有一底壁及自該底壁周緣一體延伸的一環側壁,該底壁包含有一主體部與一邊角部,且該邊角部一體連接於該主體部與該環側壁之間,該邊角部的內表面呈弧狀曲面;及一石英蓋板,其包含有一平板狀的平貼部及自該平貼部周緣一體彎曲延伸的一配合部,該平貼部的大致中央處包圍定義有一開口,且該配合部的外表面呈弧狀曲面;該石英蓋板容置於該坩堝內,且該開口於一鉛錘方向上對應於該底壁之主體部內表面的大致中央部位,而該配合部的內表面於該鉛錘方向上大致對應於該底壁的邊角部內表面;以及一矽熔湯,其盛裝於該坩鍋內,該石英蓋板的平貼部保持貼附於該矽熔湯的液面,且該配合部未抵接於該矽熔湯,該矽熔湯能經提拉凝固而形成一穿過該石英蓋板開口的矽晶棒;其中,當該矽熔湯的液面不高於該底壁的邊角部時,該石英蓋板透過其配合部收容於該坩堝的邊角部內表面所圍繞之空間中,以使該平貼部維持貼附在該矽熔湯的液面上。
- 如請求項1所述之長晶系統,其中,該矽熔湯透過對流施力於該平貼部,以提供該石英蓋板浮在該矽熔湯液面所需的力,使該石英蓋板透過該平貼部而貼附於該矽熔湯的液面。
- 如請求項2所述之長晶系統,其中,該石英蓋板的厚度大致為3公厘至5公厘。
- 如請求項1所述之長晶系統,其中,該長晶裝置包括有一熱遮罩與一推頂模組,該石英蓋板連接固定於該熱遮罩,該坩堝設 置於該推頂模組上,且該推頂模組能推動該坩堝沿該鉛錘方向移動;當該矽熔湯的液面下降時,該推頂模組推動該坩堝上升一距離,且該距離與該矽熔湯液面下降高度相同,以使該石英蓋板的平貼部能保持貼附於該矽熔湯液面。
- 如請求項1所述之長晶系統,其中,該石英蓋板的配合部外表面之弧度大致等同於其在該鉛錘方向上所對應之該坩堝邊角部的內表面弧度。
- 如請求項1至5中任一請求項所述之長晶系統,其中,該石英蓋板的配合部外表面端緣與該環側壁內表面之間形成一不大於5公厘的間隙。
- 如請求項1至5中任一請求項所述之長晶系統,其中,該長晶裝置透過該石英蓋板的平貼部貼附於該矽熔湯的液面,用以抑制該矽熔湯中的氧氣蒸發,並且該石英蓋板的平貼部用以在該矽熔湯形成該矽晶棒的過程中分解釋放出氧原子,藉以持續地向該矽熔湯中的矽原子作用形成氧化矽,進而能使該矽晶棒的各部位含氧量大致維持在13ppma以上。
- 一種石英蓋板,適於容置在盛裝一矽熔湯的一坩堝內,該石英蓋板包括:一平貼部,其呈平板狀且於大致中央處包圍定義有一開口,該平貼部用以保持貼附於該矽熔湯的液面,且該矽熔湯經提拉所形成的一矽晶棒能穿過該石英蓋板的開口;以及一配合部,其自該平貼部周緣一體彎曲延伸所形成,且該配合部的外表面呈弧狀曲面。
- 如請求項8所述之石英蓋板,其呈對稱狀且厚度為均厚。
- 如請求項8或9所述之石英蓋板,其厚度大致為3公厘至5公厘。
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