類單晶的制備方法
【專利摘要】一種類單晶的制備方法，其包含下列步驟。設置多個坩堝于爐體內(nèi)。于每一坩堝中設置一單晶晶種。于每一坩堝中設置硅料于單晶晶種上。進行長晶步驟，以利用每一坩堝中的硅料與單晶晶種形成一類單晶晶碇。借此，可在長晶時達到無晶界面的目的，并可減少晶碇的缺陷。
【專利說明】
類單晶的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明是有關于一種硅材的制作方法，且特別是有關于一種類單晶(mono-likesilicon)的制備方法。
【背景技術】
[0002]類單晶成長技術是一種半融法技術。在類單晶成長技術中，是先在坩禍內(nèi)先鋪設一些單晶來作為長晶的晶種，再于這些單晶上鋪設硅材。接著，在長晶爐內(nèi)加熱坩禍內(nèi)的硅材，借以融化這些硅材。在加熱硅材的期間，透過溫控方式，使硅材由上而下融化，且控制硅材的融化高度于單晶晶種的位置。當硅材融化至單晶晶種的位置時，將長晶爐切換成長晶模式，此時硅晶的成長沿著單晶晶種成長，而得到單晶晶碇。但因為這樣的方式所成長的單晶晶碇并非柴氏(Czochralski)長晶技術所得，因而并非無缺陷，故一般稱為類單晶。
[0003]類單晶無法有效量產(chǎn)的原因之一在于晶碇品質難以控制。晶碇品質不好控制的主因在于，受限于單晶晶種的尺寸，坩禍內(nèi)需鋪設多片單晶晶種方能大致布滿坩禍的整個底面，而晶種與晶種之間的晶界在長晶過程中容易形成缺陷起始區(qū)或雙晶的誘發(fā)區(qū)。如此一來，將導致所成長的晶碇品質變差，或無法維持單晶晶向。其中，雙晶的誘發(fā)區(qū)是發(fā)生在缺陷嚴重的情況下，硅晶的成長可能會長出多晶，而造成晶碇內(nèi)有單晶與多晶均存在的現(xiàn)象。
[0004]類單晶無法有效量產(chǎn)的另一原因在于，由于類單晶制程的成本較多晶制程的成本高，因此需考量鑄碇過程中所能獲得的單晶比率與品質。此外，大尺寸的晶碇所需的晶種厚度相對較大，如此也會增加制程成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的一目的就是在提供一種類單晶的制備方法，其在同一長晶爐的爐體內(nèi)設置多個坩禍，并于每個坩禍中各設置一個單晶晶種，如此一來可在長晶時達到無晶界面的目的，并可減少晶碇的缺陷。
[0006]本發(fā)明的另一目的是在提供一種類單晶的制備方法，其可在相鄰坩禍之間設置加熱器，如此可在長晶過程中，有效控制每個坩禍內(nèi)的熱場，進而可較準確的控制長晶的固液介面。
[0007]本發(fā)明的又一目的是在提供一種類單晶的制備方法，其可在每個坩禍的底部中央?yún)^(qū)域的下方設置高熱傳導系數(shù)元件，或可額外再于坩禍的底部外緣區(qū)域的下方設置低熱傳導系數(shù)元件，借此可更有效地控制每個坩禍內(nèi)的熱場，而更準確地控制長晶的固液介面，使得固液介面呈現(xiàn)中間凸且外側低，以使固液介面的外側均為張應力，進而可減少晶界面的缺陷。此外，由于固液介面可獲得有效控制，因此有利于減少過融(over-melt)程度，避免單晶晶種的局部區(qū)域，特別是外緣區(qū)域被融光。
[0008]本發(fā)明的再一目的是在提供一種類單晶的制備方法，其中每個坩禍為長方形，因此于晶片切割時，可使晶碇獲得較有效率的利用。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種類單晶的制備方法，其包含下列步驟。設置多個坩禍于爐體內(nèi)。于每一坩禍中設置一單晶晶種。于每一坩禍中設置硅料于單晶晶種上。進行長晶步驟，以利用每一坩禍中的硅料與單晶晶種形成一類單晶晶碇。
[0010]依據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述每一坩禍的底面的長與寬分別較單晶晶種的底面的長與寬大10mm至100mm。
[0011]依據(jù)本發(fā)明的另一實施例，上述每一坩禍的底面與單晶晶種的底面的尺寸實質相同。
[0012]依據(jù)本發(fā)明的又一實施例，上述的單晶晶種具有相同的晶向。
[0013]依據(jù)本發(fā)明的再一實施例，上述的晶向為[100]晶向。
[0014]依據(jù)本發(fā)明的再一實施例，上述每一坩禍的形狀為長方形。
[0015]依據(jù)本發(fā)明的再一實施例，于進行該長晶步驟前，上述類單晶的制備方法還包含設置數(shù)個加熱器分別位于相鄰的坩禍之間，其中進行長晶步驟時包含利用這些加熱器加熱坩禍。
[0016]依據(jù)本發(fā)明的再一實施例，于進行長晶步驟前，上述類單晶的制備方法還包含于每一坩禍的底部中央?yún)^(qū)域的下方設置高熱傳導系數(shù)元件。
[0017]依據(jù)本發(fā)明的再一實施例，于進行長晶步驟前，上述類單晶的制備方法還包含于每一坩禍的底部中央?yún)^(qū)域的下方設置高熱傳導系數(shù)元件、以及于每一坩禍的底部外緣區(qū)域的下方設置低熱傳導系數(shù)元件。
【附圖說明】
[0018]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0019]圖1是繪示依照本發(fā)明的一實施方式的一種類單晶的制備方法的流程圖；
[0020]圖2A是繪示依照本發(fā)明的一實施方式的一種成長類單晶的裝置的剖面示意圖；
[0021]圖2B是繪示依照本發(fā)明的一實施方式的一種成長類單晶的裝置的上視示意圖；
[0022]圖2C是繪示依照本發(fā)明的一實施方式的一種類單晶成長時的示意圖；
[0023]圖3是繪示依照本發(fā)明的另一實施方式的一種成長類單晶的裝置的剖面示意圖；
[0024]圖4是繪示依照本發(fā)明的又一實施方式的一種成長類單晶的裝置的剖面示意圖；
[0025]圖5A是繪示依照本發(fā)明的再一實施方式的一種成長類單晶的裝置的剖面示意圖；以及
[0026]圖5B是繪示依照本發(fā)明的再一實施方式的一種成長類單晶的裝置的上視示意圖。
【具體實施方式】
[0027]有鑒于傳統(tǒng)成長類單晶時，因單晶晶種與晶種之間大都有晶界存在，而導致所成長的晶碇品質變差，甚至無法使晶碇維持單晶晶向，以及制程控制不易等問題。因此，本發(fā)明在此提出一種類單晶的制備方法，其在同一長晶爐體中設置多個坩禍，并于每一坩禍中設置單一片單晶晶種，借此可達到無晶界面，而可有效減少類單晶晶碇的缺陷，大幅提升晶碇品質。此外，本發(fā)明的制備方法更可在相鄰二坩禍之間額外設置加熱器，及/或于每個坩禍底部的中央?yún)^(qū)域與外緣區(qū)域分別設置高熱傳導系數(shù)元件與低熱傳導系數(shù)元件，借此可有效控制每個坩禍內(nèi)的熱場，提升長晶過程中對固液介面的控制。故，除了可提高晶碇品質，更可降低過融程度。
[0028]請參照圖1、圖2A與圖2B，其中圖1是繪示依照本發(fā)明的一實施方式的一種類單晶的制備方法的流程圖，圖2A與圖2B是分別繪示依照本發(fā)明的一實施方式的一種成長類單晶的裝置的剖面示意圖與上視示意圖。在本實施方式中，制備類單晶時，可先進行步驟100，以提供多個坩禍200，并將這些坩禍200均設置在同一長晶爐的爐體202內(nèi)的反應室204中，如圖2A所示。這些坩禍200可以彼此鄰設的方式排列在反應室204中。每個坩禍200包含底部206與側壁208，其中側壁208沿著底部206的邊緣而設立在底部206上，且底部206與側壁208定義出長晶空間210。在一些例子中，如圖2B所示，每個坩禍200的形狀為長方形。長方形的坩禍設計，可使所成長出的類單晶晶碇為長方體，如此一來，于晶片切割時，可切出較多晶片，使類單晶晶碇獲得較佳的利用效率，但此處長方形坩禍僅為較佳實施例的說明，坩禍形狀并不限于長方形。
[0029]接下來，可進行步驟102，以在每個坩禍200的長晶空間210中放置一個單晶晶種212。在每個坩禍200中，單晶晶種212是鋪放在坩禍200的底面214上。在一些例子中，每個坩禍200的底面214的尺寸較單晶晶種212的底面216大。舉例而言，每個坩禍200的底面214的長與寬分別較位于其上的單晶晶種212的底面216的長與寬大1mm至100mm，即每個單晶晶種212的底面216的每一邊分別與其所在的坩禍200的底面214中的鄰近一邊相隔約5mm至50mm。在一些特定例子中，每個坩禍200的底面214與位于其上的單晶晶種212的底面216的尺寸實質相同。此外，在一些例子中，放在這些坩禍200內(nèi)的單晶晶種212具有不同的晶向；或者，這些單晶晶種212的晶向不全然相同，即一些單晶晶種212的晶向相同，另一些單晶晶種212的晶向不同。在一些特定例子中，所有的單晶晶種212具有相同的晶向，例如[100]晶向。
[0030]完成單晶晶種212的設置后，可進行步驟104，以在每個坩禍200中的單晶晶種212上設置硅料218。這些硅料218可例如為硅塊。接著，可進行長晶的步驟106，以利用加熱方式融化每個坩禍200內(nèi)的硅料218。在長晶的步驟106期間，透過控制爐體202的反應室204內(nèi)的熱場分布，使硅料218由上而下融化。并且，控制每個坩禍200內(nèi)的硅料218的融化高度在單晶晶種212的上表面處，避免融穿全部或局部的單晶晶種212。
[0031]請同時參照圖2A與圖2C，其中圖2C是繪示依照本發(fā)明的一實施方式的一種類單晶成長時的示意圖。當每個坩禍200中的硅料218已融化至單晶晶種212的上表面處的位置時，即可將爐體202的反應室204的操作條件切換成長晶模式。此時，硅晶就會沿著單晶晶種212的晶格在坩禍200的長晶空間210中成長，而得到類單晶晶碇。在長晶的過程中，固態(tài)的類單晶220由單晶晶種212處開始往上成長，因而此時液態(tài)硅222會在固態(tài)的類單晶220的上方，且二者之間會形成有一固液介面224。在本實施方式中，在長晶期間，可控制固液介面224，使其呈現(xiàn)中央凸且外側低。通過這樣的介面控制，可使張應力在中央?yún)^(qū)而壓應力產(chǎn)生在外側，如此若有晶格缺陷，這樣的應力分布會使得這些晶格缺陷形成在類單晶220的外側邊。當完成類單晶晶碇后，通常會將類單晶晶碇的外側的部分切除，因而可將形成在類單晶220外側的缺陷一并切除。故，可減少類單晶220成品的缺陷，而可大幅提升類單晶220的品質。
[0032]請同時參照圖1與圖3，其中圖3是繪示依照本發(fā)明的另一實施方式的一種成長類單晶的裝置的剖面示意圖。在本實施方式中，可在長晶的步驟106進行前，于每個坩禍200的底部206的中央?yún)^(qū)域228下方設置高熱傳導系數(shù)元件226。這些高熱傳導系數(shù)元件226可在類單晶220的長晶過程中，使坩禍200的底部206的中央?yún)^(qū)域228上方的硅融湯較快速地凝結成長，借此可有利于使固液介面224呈中央凸且外側低凹的狀態(tài)。故，這樣的裝置設計有利于控制固液介面224，而可有效減少晶格缺陷，進而可提高類單晶220成品的品質。
[0033]請同時參照圖1與圖4，其中圖4是繪示依照本發(fā)明的又一實施方式的一種成長類單晶的裝置的剖面示意圖。在本實施方式中，可在長晶的步驟106進行前，于每個坩禍200的底部206的中央?yún)^(qū)域228下方設置高熱傳導系數(shù)元件226、以及于每個坩禍200的底部206的外緣區(qū)域230的下方設置低熱傳導系數(shù)元件232。在一些例子中，如圖4所示，這些坩禍的低熱傳導系數(shù)元件232可整合成一結構層，且高熱傳導系數(shù)元件226可嵌設在低熱傳導系數(shù)元件232的結構層中。在類單晶220的長晶過程中，這些高熱傳導系數(shù)元件226可使坩禍200的底部206的中央?yún)^(qū)域228上方的硅融湯較快速地凝結成長，而這些低熱傳導系數(shù)元件232可使坩禍200的底部206的外緣區(qū)域230上方的硅融湯較中央緩慢地凝結成長，借此可更有利于控制固液介面224呈中央凸且外側低凹的狀態(tài)。因此，這樣的裝置設計更有助于控制固液介面224，而可更有效減少晶格缺陷，進而可更有助于類單晶220成品的品質的提升。
[0034]請同時參照圖1、圖5A與圖5B，其中圖5A與圖5B是分別繪示依照本發(fā)明的再一實施方式的一種成長類單晶的裝置的剖面示意圖與上視示意圖。在本實施方式中，可在長晶的步驟106進行前，先在任二相鄰的坩禍200之間額外設置加熱器234。由于坩禍200彼此鄰設排列，且這些加熱器234是分別設置在相鄰二坩禍200之間，因此這些加熱器234分別位于每個坩禍200的側面，即每個坩禍200的側墻208旁。在一些例子中，如圖5A所示，這些加熱器234為石墨棒。如圖5B所示，這些加熱器234可分別排列在相鄰二坩禍200之間。或者，這些加熱器234可分別環(huán)繞住每個坩禍200。完成加熱器234的設置后，即可在類單晶220的長晶過程中，利用這些加熱器234從每個坩禍200的側面來加熱坩禍200，借以在長晶過程中協(xié)助控制固液介面224，以利減少類單晶220的晶格缺陷，進而達到提升類單晶220成品的品質的效果。
[0035]由上述的實施方式可知，本發(fā)明的一優(yōu)點就是因為本發(fā)明的類單晶的制備方法是在同一長晶爐的爐體內(nèi)設置多個坩禍，并于每個坩禍中各設置一個單晶晶種，因此可在長晶時達到無晶界面的目的，并可減少晶碇的缺陷。
[0036]由上述的實施方式可知，本發(fā)明的另一優(yōu)點就是因為本發(fā)明的類單晶的制備方法可在相鄰坩禍之間設置加熱器，如此可在長晶過程中，有效控制每個坩禍內(nèi)的熱場，進而可較準確的控制長晶的固液介面。
[0037]由上述的實施方式可知，本發(fā)明的又一優(yōu)點就是因為本發(fā)明的類單晶的制備方法可在每個坩禍的底部中央?yún)^(qū)域的下方設置高熱傳導系數(shù)元件，或可額外再于坩禍的底部外緣區(qū)域的下方設置低熱傳導系數(shù)元件，借此可更有效地控制每個坩禍內(nèi)的熱場，而更準確地控制長晶的固液介面，使得固液介面呈現(xiàn)中間凸且外側低，以使固液介面的外側均為張應力，進而可減少晶界面的缺陷。由于固液介面可獲得有效控制，因此有利于減少過融程度，避免局部區(qū)域的單晶晶種被融光。
[0038]由上述的實施方式可知，本發(fā)明的再一優(yōu)點就是因為在本發(fā)明的類單晶的制備方法中，每個坩禍可為長方形，因此于晶片切割時，可使晶碇獲得較有效率的利用。
[0039]雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【主權項】
1.一種類單晶的制備方法，其特征在于，包含: 設置多個坩禍于一爐體內(nèi)； 于每一所述坩禍中設置一單晶晶種； 于每一所述坩禍中設置一硅料于該單晶晶種上；以及 進行一長晶步驟，以利用每一所述坩禍中的該硅料與該單晶晶種形成一類單晶晶碇。2.根據(jù)權利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，每一所述坩禍的底面的長與寬分別較該單晶晶種的底面的長與寬大1mm至10mm03.根據(jù)權利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，每一所述坩禍的底面與該單晶晶種的底面的尺寸相同。4.根據(jù)權利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，所述單晶晶種具有相同的一晶向。5.根據(jù)權利要求4的類單晶的制備方法，其特征在于，該晶向為[100]晶向。6.根據(jù)權利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，每一所述坩禍的形狀為長方形。7.根據(jù)權利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，于進行該長晶步驟前，還包含設置多個加熱器分別位于相鄰的所述坩禍之間，其中進行該長晶步驟時包含利用所述加熱器加熱所述坩禍。8.根據(jù)權利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，于進行該長晶步驟前，還包含于每一所述坩禍的底部中央?yún)^(qū)域的下方設置一高熱傳導系數(shù)元件。9.根據(jù)權利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，于進行該長晶步驟前，還包含: 于每一所述坩禍的底部中央?yún)^(qū)域的下方設置一高熱傳導系數(shù)元件；以及 于每一所述坩禍的底部外緣區(qū)域的下方設置一低熱傳導系數(shù)元件。
【文檔編號】C30B29/06GK105986309SQ201510045470
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月29日
【發(fā)明人】楊鎮(zhèn)豪
【申請人】茂迪股份有限公司