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(shè)置多個(gè)坩堝于爐體內(nèi)。于每一坩堝中設(shè)置一單晶晶種。于每一坩堝中設(shè)置硅料于單晶晶種上。進(jìn)行長(zhǎng)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(zhǎng)晶時(shí)達(dá)到無(wú)晶界面的目的，并可減少晶碇的缺陷。
【專利說(shuō)明】
類單晶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種硅材的制作方法，且特別是有關(guān)于一種類單晶(mono-likesilicon)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]類單晶成長(zhǎng)技術(shù)是一種半融法技術(shù)。在類單晶成長(zhǎng)技術(shù)中，是先在坩禍內(nèi)先鋪設(shè)一些單晶來(lái)作為長(zhǎng)晶的晶種，再于這些單晶上鋪設(shè)硅材。接著，在長(zhǎng)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(guò)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(dāng)硅材融化至單晶晶種的位置時(shí)，將長(zhǎng)晶爐切換成長(zhǎng)晶模式，此時(shí)硅晶的成長(zhǎng)沿著單晶晶種成長(zhǎng)，而得到單晶晶碇。但因?yàn)檫@樣的方式所成長(zhǎng)的單晶晶碇并非柴氏(Czochralski)長(zhǎng)晶技術(shù)所得，因而并非無(wú)缺陷，故一般稱為類單晶。
[0003]類單晶無(wú)法有效量產(chǎn)的原因之一在于晶碇品質(zhì)難以控制。晶碇品質(zhì)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(shè)多片單晶晶種方能大致布滿坩禍的整個(gè)底面，而晶種與晶種之間的晶界在長(zhǎng)晶過(guò)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(lái)，將導(dǎo)致所成長(zhǎng)的晶碇品質(zhì)變差，或無(wú)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(yán)重的情況下，硅晶的成長(zhǎng)可能會(huì)長(zhǎng)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(wú)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(guò)程中所能獲得的單晶比率與品質(zhì)。此外，大尺寸的晶碇所需的晶種厚度相對(duì)較大，如此也會(huì)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(zhǎng)晶爐的爐體內(nèi)設(shè)置多個(gè)坩禍，并于每個(gè)坩禍中各設(shè)置一個(gè)單晶晶種，如此一來(lái)可在長(zhǎng)晶時(shí)達(dá)到無(wú)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(shè)置加熱器，如此可在長(zhǎng)晶過(guò)程中，有效控制每個(gè)坩禍內(nèi)的熱場(chǎng)，進(jìn)而可較準(zhǔn)確的控制長(zhǎng)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(gè)坩禍的底部中央?yún)^(qū)域的下方設(shè)置高熱傳導(dǎo)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(shè)置低熱傳導(dǎo)系數(shù)元件，借此可更有效地控制每個(gè)坩禍內(nèi)的熱場(chǎng)，而更準(zhǔn)確地控制長(zhǎng)晶的固液介面，使得固液介面呈現(xiàn)中間凸且外側(cè)低，以使固液介面的外側(cè)均為張應(yīng)力，進(jìn)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(guò)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(gè)坩禍為長(zhǎng)方形，因此于晶片切割時(shí)，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(shè)置多個(gè)坩禍于爐體內(nèi)。于每一坩禍中設(shè)置一單晶晶種。于每一坩禍中設(shè)置硅料于單晶晶種上。進(jìn)行長(zhǎng)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(shí)施例，上述每一坩禍的底面的長(zhǎng)與寬分別較單晶晶種的底面的長(zhǎng)與寬大10mm至100mm。
[0011]依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，上述每一坩禍的底面與單晶晶種的底面的尺寸實(shí)質(zhì)相同。
[0012]依據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)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(shí)施例，上述的晶向?yàn)閇100]晶向。
[0014]依據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，上述每一坩禍的形狀為長(zhǎng)方形。
[0015]依據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，于進(jìn)行該長(zhǎng)晶步驟前，上述類單晶的制備方法還包含設(shè)置數(shù)個(gè)加熱器分別位于相鄰的坩禍之間，其中進(jìn)行長(zhǎng)晶步驟時(shí)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(shí)施例，于進(jìn)行長(zhǎng)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(shè)置高熱傳導(dǎo)系數(shù)元件。
[0017]依據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，于進(jìn)行長(zhǎng)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(shè)置高熱傳導(dǎo)系數(shù)元件、以及于每一坩禍的底部外緣區(qū)域的下方設(shè)置低熱傳導(dǎo)系數(shù)元件。
【附圖說(shuō)明】
[0018]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附附圖的說(shuō)明如下:
[0019]圖1是繪示依照本發(fā)明的一實(shí)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(shí)施方式的一種成長(zhǎng)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(shí)施方式的一種成長(zhǎng)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(shí)施方式的一種類單晶成長(zhǎng)時(shí)的示意圖；
[0023]圖3是繪示依照本發(fā)明的另一實(shí)施方式的一種成長(zhǎng)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(shí)施方式的一種成長(zhǎng)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(shí)施方式的一種成長(zhǎng)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(shí)施方式的一種成長(zhǎng)類單晶的裝置的上視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]有鑒于傳統(tǒng)成長(zhǎng)類單晶時(shí)，因單晶晶種與晶種之間大都有晶界存在，而導(dǎo)致所成長(zhǎng)的晶碇品質(zhì)變差，甚至無(wú)法使晶碇維持單晶晶向，以及制程控制不易等問(wèn)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(zhǎng)晶爐體中設(shè)置多個(gè)坩禍，并于每一坩禍中設(shè)置單一片單晶晶種，借此可達(dá)到無(wú)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(zhì)。此外，本發(fā)明的制備方法更可在相鄰二坩禍之間額外設(shè)置加熱器，及/或于每個(gè)坩禍底部的中央?yún)^(qū)域與外緣區(qū)域分別設(shè)置高熱傳導(dǎo)系數(shù)元件與低熱傳導(dǎo)系數(shù)元件，借此可有效控制每個(gè)坩禍內(nèi)的熱場(chǎng)，提升長(zhǎng)晶過(guò)程中對(duì)固液介面的控制。故，除了可提高晶碇品質(zhì)，更可降低過(guò)融程度。
[0028]請(qǐng)參照?qǐng)D1、圖2A與圖2B，其中圖1是繪示依照本發(fā)明的一實(shí)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(shí)施方式的一種成長(zhǎng)類單晶的裝置的剖面示意圖與上視示意圖。在本實(shí)施方式中，制備類單晶時(shí)，可先進(jìn)行步驟100，以提供多個(gè)坩禍200，并將這些坩禍200均設(shè)置在同一長(zhǎng)晶爐的爐體202內(nèi)的反應(yīng)室204中，如圖2A所示。這些坩禍200可以彼此鄰設(shè)的方式排列在反應(yīng)室204中。每個(gè)坩禍200包含底部206與側(cè)壁208，其中側(cè)壁208沿著底部206的邊緣而設(shè)立在底部206上，且底部206與側(cè)壁208定義出長(zhǎng)晶空間210。在一些例子中，如圖2B所示，每個(gè)坩禍200的形狀為長(zhǎng)方形。長(zhǎng)方形的坩禍設(shè)計(jì)，可使所成長(zhǎng)出的類單晶晶碇為長(zhǎng)方體，如此一來(lái)，于晶片切割時(shí)，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(zhǎng)方形坩禍僅為較佳實(shí)施例的說(shuō)明，坩禍形狀并不限于長(zhǎng)方形。
[0029]接下來(lái)，可進(jìn)行步驟102，以在每個(gè)坩禍200的長(zhǎng)晶空間210中放置一個(gè)單晶晶種212。在每個(gè)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(gè)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(gè)坩禍200的底面214的長(zhǎng)與寬分別較位于其上的單晶晶種212的底面216的長(zhǎng)與寬大1mm至100mm，即每個(gè)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(gè)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(shí)質(zhì)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(shè)置后，可進(jìn)行步驟104，以在每個(gè)坩禍200中的單晶晶種212上設(shè)置硅料218。這些硅料218可例如為硅塊。接著，可進(jìn)行長(zhǎng)晶的步驟106，以利用加熱方式融化每個(gè)坩禍200內(nèi)的硅料218。在長(zhǎng)晶的步驟106期間，透過(guò)控制爐體202的反應(yīng)室204內(nèi)的熱場(chǎng)分布，使硅料218由上而下融化。并且，控制每個(gè)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(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2A與圖2C，其中圖2C是繪示依照本發(fā)明的一實(shí)施方式的一種類單晶成長(zhǎng)時(shí)的示意圖。當(dāng)每個(gè)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(shí)，即可將爐體202的反應(yīng)室204的操作條件切換成長(zhǎng)晶模式。此時(shí)，硅晶就會(huì)沿著單晶晶種212的晶格在坩禍200的長(zhǎng)晶空間210中成長(zhǎng)，而得到類單晶晶碇。在長(zhǎng)晶的過(guò)程中，固態(tài)的類單晶220由單晶晶種212處開(kāi)始往上成長(zhǎng)，因而此時(shí)液態(tài)硅222會(huì)在固態(tài)的類單晶220的上方，且二者之間會(huì)形成有一固液介面224。在本實(shí)施方式中，在長(zhǎng)晶期間，可控制固液介面224，使其呈現(xiàn)中央凸且外側(cè)低。通過(guò)這樣的介面控制，可使張應(yīng)力在中央?yún)^(qū)而壓應(yīng)力產(chǎn)生在外側(cè)，如此若有晶格缺陷，這樣的應(yīng)力分布會(huì)使得這些晶格缺陷形成在類單晶220的外側(cè)邊。當(dāng)完成類單晶晶碇后，通常會(huì)將類單晶晶碇的外側(cè)的部分切除，因而可將形成在類單晶220外側(cè)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(zhì)。
[0032]請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1與圖3，其中圖3是繪示依照本發(fā)明的另一實(shí)施方式的一種成長(zhǎng)類單晶的裝置的剖面示意圖。在本實(shí)施方式中，可在長(zhǎng)晶的步驟106進(jìn)行前，于每個(gè)坩禍200的底部206的中央?yún)^(qū)域228下方設(shè)置高熱傳導(dǎo)系數(shù)元件226。這些高熱傳導(dǎo)系數(shù)元件226可在類單晶220的長(zhǎng)晶過(guò)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(jié)成長(zhǎng)，借此可有利于使固液介面224呈中央凸且外側(cè)低凹的狀態(tài)。故，這樣的裝置設(shè)計(jì)有利于控制固液介面224，而可有效減少晶格缺陷，進(jìn)而可提高類單晶220成品的品質(zhì)。
[0033]請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1與圖4，其中圖4是繪示依照本發(fā)明的又一實(shí)施方式的一種成長(zhǎng)類單晶的裝置的剖面示意圖。在本實(shí)施方式中，可在長(zhǎng)晶的步驟106進(jìn)行前，于每個(gè)坩禍200的底部206的中央?yún)^(qū)域228下方設(shè)置高熱傳導(dǎo)系數(shù)元件226、以及于每個(gè)坩禍200的底部206的外緣區(qū)域230的下方設(shè)置低熱傳導(dǎo)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(dǎo)系數(shù)元件232可整合成一結(jié)構(gòu)層，且高熱傳導(dǎo)系數(shù)元件226可嵌設(shè)在低熱傳導(dǎo)系數(shù)元件232的結(jié)構(gòu)層中。在類單晶220的長(zhǎng)晶過(guò)程中，這些高熱傳導(dǎo)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(jié)成長(zhǎng)，而這些低熱傳導(dǎo)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(jié)成長(zhǎng)，借此可更有利于控制固液介面224呈中央凸且外側(cè)低凹的狀態(tài)。因此，這樣的裝置設(shè)計(jì)更有助于控制固液介面224，而可更有效減少晶格缺陷，進(jìn)而可更有助于類單晶220成品的品質(zhì)的提升。
[0034]請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1、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(shí)施方式的一種成長(zhǎng)類單晶的裝置的剖面示意圖與上視示意圖。在本實(shí)施方式中，可在長(zhǎng)晶的步驟106進(jìn)行前，先在任二相鄰的坩禍200之間額外設(shè)置加熱器234。由于坩禍200彼此鄰設(shè)排列，且這些加熱器234是分別設(shè)置在相鄰二坩禍200之間，因此這些加熱器234分別位于每個(gè)坩禍200的側(cè)面，即每個(gè)坩禍200的側(cè)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?；蛘撸@些加熱器234可分別環(huán)繞住每個(gè)坩禍200。完成加熱器234的設(shè)置后，即可在類單晶220的長(zhǎng)晶過(guò)程中，利用這些加熱器234從每個(gè)坩禍200的側(cè)面來(lái)加熱坩禍200，借以在長(zhǎng)晶過(guò)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(jìn)而達(dá)到提升類單晶220成品的品質(zhì)的效果。
[0035]由上述的實(shí)施方式可知，本發(fā)明的一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的類單晶的制備方法是在同一長(zhǎng)晶爐的爐體內(nèi)設(shè)置多個(gè)坩禍，并于每個(gè)坩禍中各設(shè)置一個(gè)單晶晶種，因此可在長(zhǎng)晶時(shí)達(dá)到無(wú)晶界面的目的，并可減少晶碇的缺陷。
[0036]由上述的實(shí)施方式可知，本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的類單晶的制備方法可在相鄰坩禍之間設(shè)置加熱器，如此可在長(zhǎng)晶過(guò)程中，有效控制每個(gè)坩禍內(nèi)的熱場(chǎng)，進(jìn)而可較準(zhǔn)確的控制長(zhǎng)晶的固液介面。
[0037]由上述的實(shí)施方式可知，本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的類單晶的制備方法可在每個(gè)坩禍的底部中央?yún)^(qū)域的下方設(shè)置高熱傳導(dǎo)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(shè)置低熱傳導(dǎo)系數(shù)元件，借此可更有效地控制每個(gè)坩禍內(nèi)的熱場(chǎng)，而更準(zhǔn)確地控制長(zhǎng)晶的固液介面，使得固液介面呈現(xiàn)中間凸且外側(cè)低，以使固液介面的外側(cè)均為張應(yīng)力，進(jìn)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(guò)融程度，避免局部區(qū)域的單晶晶種被融光。
[0038]由上述的實(shí)施方式可知，本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)樵诒景l(fā)明的類單晶的制備方法中，每個(gè)坩禍可為長(zhǎng)方形，因此于晶片切割時(shí)，可使晶碇獲得較有效率的利用。
[0039]雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何在此技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種類單晶的制備方法，其特征在于，包含: 設(shè)置多個(gè)坩禍于一爐體內(nèi)； 于每一所述坩禍中設(shè)置一單晶晶種； 于每一所述坩禍中設(shè)置一硅料于該單晶晶種上；以及 進(jìn)行一長(zhǎng)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(quán)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(zhǎng)與寬分別較該單晶晶種的底面的長(zhǎng)與寬大1mm至10mm03.根據(jù)權(quán)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(quán)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(quán)利要求4的類單晶的制備方法，其特征在于，該晶向?yàn)閇100]晶向。6.根據(jù)權(quán)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(zhǎng)方形。7.根據(jù)權(quán)利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，于進(jìn)行該長(zhǎng)晶步驟前，還包含設(shè)置多個(gè)加熱器分別位于相鄰的所述坩禍之間，其中進(jìn)行該長(zhǎng)晶步驟時(shí)包含利用所述加熱器加熱所述坩禍。8.根據(jù)權(quán)利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，于進(jìn)行該長(zhǎng)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(shè)置一高熱傳導(dǎo)系數(shù)元件。9.根據(jù)權(quán)利要求1的類單晶的制備方法，其特征在于，于進(jìn)行該長(zhǎng)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(shè)置一高熱傳導(dǎo)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(shè)置一低熱傳導(dǎo)系數(shù)元件。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK105986309SQ201510045470
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日
【發(fā)明人】楊鎮(zhèn)豪
【申請(qǐng)人】茂迪股份有限公司