硅单晶长晶方法及硅单晶长晶设备技术

本发明专利技术公开一种硅单晶长晶方法及硅单晶长晶设备，所述硅单晶长晶方法包括：提供炉体、不会相对于炉体转动的支撑座与坩埚、及设置于支撑座外围的加热模块；在坩埚内的硅熔汤液面实施固化以形成晶体后，逐次调降加热模块的加热功率而对坩埚的外周围区域进行适当的温度调节，并有效控制坩埚周围热场的温度梯度，借以得到由所述硅熔汤固化形成的一硅单晶晶锭。

【技术实现步骤摘要】
硅单晶长晶方法及硅单晶长晶设备
本专利技术涉及一种长晶方法，尤其涉及一种硅单晶长晶方法及硅单晶长晶设备。
技术介绍
现有的长晶设备用以将固态的原料加热熔化再使液态的原料凝固结晶，而制成晶棒。由于硅单晶的晶棒成长方式大都是使用柴氏长晶法(CzochralskiMethod，简称CZmethod)，所以现有的硅单晶长晶方法大都局限于柴氏长晶法，因而不利于本领域的发展。于是，本专利技术人认为上述缺陷可改善，乃特潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术实施例在于提供一种硅单晶长晶方法及硅单晶长晶设备，能有效地改善现有硅单晶长晶方法所可能产生的缺陷。本专利技术实施例公开一种硅单晶长晶方法，包括一准备步骤：在一硅单晶长晶设备的一坩埚内设有一硅熔汤；其中，所述硅单晶长晶设备还包含有支撑所述坩埚的一支撑座及设置于所述支撑座外围的一加热模块，并且所述支撑座与所述坩埚不会相对于所述加热模块而转动；一起始步骤：自所述硅熔汤的液面实施固化以形成有一晶体，并使所述晶体朝向所述坩埚侧壁进行横向长晶，以增加所述晶体的一外径；一转肩步骤：在所述晶体的所述外径达到一预定值的至少90％时，调整所述坩埚周围的一热场，以使所述晶体的所述外径达到所述预定值、并定义为一头段晶体，而后使所述头段晶体朝向所述坩埚内底面进行纵向长晶；一主体步骤：降低所述加热模块的热能总输出，以使所述头段晶体接续固晶形成一第一段晶体；接续降低所述加热模块的热能总输出，以使所述第一段晶体接续固晶形成一第二段晶体；再次降低所述加热模块的热能总输出，以使所述第二段晶体接续固晶形成一第三段晶体；以及一结尾步骤：降低所述加热模块的热能输出，以使所述第三段晶体接续固晶形成一尾段晶体，并使所述尾段晶体脱离所述坩埚，以得到由所述硅熔汤固化形成的一硅单晶晶锭。优选地，在形成所述第一段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出，为在所述转肩步骤中所述加热模块的热能总输出的93％～97％；在形成所述尾段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出，为在形成所述第三段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出的93％～97％。优选地，在形成所述第二段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出，为在形成所述第一段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出的93％～97％；在形成所述第三段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出，为在形成所述第二段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出的93％～97％。优选地，所述头段晶体与所述尾段晶体的体积和不大于所述硅单晶晶锭的体积的30％。优选地，所述第一段晶体、所述第二段晶体、及所述第三段晶体各自的体积为所述硅单晶晶锭的体积的23～32％。优选地，于所述准备步骤中，所述加热模块包含有一第一加热单元、一第二加热单元、及一第三加热单元，所述第一加热单元围绕并面向所述坩埚的上半部，所述第二加热单元围绕并面向所述坩埚的下半部，所述第三加热单元位于所述坩埚的下方；于所述主体步骤中，所述第一加热单元的热能输出大于所述第二加热单元的热能输出，并且所述第二加热单元的热能输出大于所述第三加热单元的热能输出。优选地，在形成所述第一段晶体的过程中，所述第一加热单元的热能输出为所述第二加热单元的热能输出的170％～240％，所述第二加热单元的热能输出为所述第三加热单元的热能输出的180％～220％；在形成所述第二段晶体的过程中，所述第一加热单元的热能输出为所述第二加热单元的热能输出的170％～240％，所述第二加热单元的热能输出为所述第三加热单元的热能输出的180％～220％；在形成所述第三段晶体的过程中，所述第一加热单元的热能输出为所述第二加热单元的热能输出的180％～260％，所述第二加热单元的热能输出为所述第三加热单元的热能输出的180％～220％。优选地，于所述起始步骤中，所述第一加热单元的热能输出为所述第二加热单元的热能输出的80％～120％，所述第二加热单元的热能输出为所述第三加热单元的热能输出的80％～120％；于所述转肩步骤中，所述第一加热单元的热能输出为所述第二加热单元的热能输出的150％～230％；于所述结尾步骤中，所述第一加热单元的热能输出为所述第二加热单元的热能输出的80％～120％，所述第二加热单元的热能输出为所述第三加热单元的热能输出的180％～220％。本专利技术实施例也公开一种硅单晶长晶设备，包括：一炉体；一支撑座，设置于所述炉体内；一坩埚，设置于所述支撑座，并且所述支撑座与所述坩埚不会相对于所述炉体而转动；其中，所述坩埚的中心轴线定义有一轴向；以及一加热模块，设置于所述支撑座的外围，并且所述加热模块包含有一第一加热单元、一第二加热单元、及一第三加热单元；其中，所述第一加热单元、所述第二加热单元、及所述第三加热单元分别对应于所述轴向而位于不同的高度位置上。优选地，所述第一加热单元围绕并面向所述坩埚的上半部，所述第二加热单元围绕并面向所述坩埚的下半部，所述第三加热单元位于所述坩埚的下方，并且所述第三加热单元沿所述轴向正投影于所述坩埚而形成的一投影区域，是落在所述坩埚的外底面。综上所述，本专利技术实施例所公开的硅单晶长晶方法，利用硅单晶长晶设备包含不转动地设置于炉体内的支撑座与坩埚，通过加热模块能有效地对坩埚的外周围区域进行适当的温度调节，提供在硅单晶晶碇的长晶过程中，有效控制晶种的定向固化与晶体顺利进行长晶步骤，以提升晶体的良好长晶效果，借以提升硅单晶晶碇的质量。此外，所述硅单晶长晶方法能够使晶棒使用率提高，并提升生产量。为更进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本专利技术的保护范围作任何的限制。附图说明图1为本专利技术实施例硅单晶长晶设备的剖面示意图。图2为图1的硬轴的局部放大示意图。图3为本专利技术实施例硅单晶长晶设备中坩埚内生长硅单晶晶锭示意图。图4为本专利技术实施例硅单晶长晶方法的步骤流程图。图5A至图5F为本专利技术实施例硅单晶长晶方法的示意图。具体实施方式请参阅图1至图5F所示，其为本专利技术的实施例，需先说明的是，本实施例对应附图所提及的相关数量与外型，仅用来具体地说明本专利技术的实施方式，以便于了解本专利技术的内容，而非用来局限本专利技术的保护范围。[硅单晶长晶设备]请参阅图1至图3所示，本实施例公开一种硅单晶长晶设备100，其包含一炉体1、设置于所述炉体1内的一支撑座2、设置于所述支撑座2的一坩埚3、设置于所述支撑座2的外围的一加热模块4、及设置于所述炉体1内并位在所述坩埚3上方的一热能调节模块5。需先说明的是，本实施例是以热能调节模块5搭配上述相对应组件来作说明，但本专利技术不限制热能调节模块5与上述相对应组件之间的连接关系。也就是说，在本专利技术未绘示的其他实施例中，所述热能调节模块5也可以单独地应用(如：售卖)或搭配其他组件使用。此外，所述炉体1、支撑座2、坩埚3、及加热模块4也可以搭配不同于本实施例热能调节模块5的构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅单晶长晶方法，其特征在于，所述硅单晶长晶方法包括：/n一准备步骤：在一硅单晶长晶设备的一坩埚内设有一硅熔汤；其中，所述硅单晶长晶设备还包含有支撑所述坩埚的一支撑座及设置于所述支撑座外围的一加热模块，并且所述支撑座与所述坩埚不会相对于所述加热模块而转动；/n一起始步骤：自所述硅熔汤的液面实施固化以形成有一晶体，并使所述晶体朝向所述坩埚的侧壁进行横向长晶，以增加所述晶体的一外径；/n一转肩步骤：在所述晶体的所述外径达到一预定值的至少90％时，调整所述坩埚周围的一热场，以使所述晶体的所述外径达到所述预定值、并定义为一头段晶体，而后使所述头段晶体朝向所述坩埚内底面进行纵向长晶；/n一主体步骤：降低所述加热模块的热能总输出，以使所述头段晶体接续固晶形成一第一段晶体；接续降低所述加热模块的热能总输出，以使所述第一段晶体接续固晶形成一第二段晶体；再次降低所述加热模块的热能总输出，以使所述第二段晶体接续固晶形成一第三段晶体；以及/n一结尾步骤：降低所述加热模块的热能输出，以使所述第三段晶体接续固晶形成一尾段晶体，并使所述尾段晶体脱离所述坩埚，以得到由所述硅熔汤固化形成的一硅单晶晶锭。/n

【技术特征摘要】
20181228 TW 1071478271.一种硅单晶长晶方法，其特征在于，所述硅单晶长晶方法包括：
一准备步骤：在一硅单晶长晶设备的一坩埚内设有一硅熔汤；其中，所述硅单晶长晶设备还包含有支撑所述坩埚的一支撑座及设置于所述支撑座外围的一加热模块，并且所述支撑座与所述坩埚不会相对于所述加热模块而转动；
一起始步骤：自所述硅熔汤的液面实施固化以形成有一晶体，并使所述晶体朝向所述坩埚的侧壁进行横向长晶，以增加所述晶体的一外径；
一转肩步骤：在所述晶体的所述外径达到一预定值的至少90％时，调整所述坩埚周围的一热场，以使所述晶体的所述外径达到所述预定值、并定义为一头段晶体，而后使所述头段晶体朝向所述坩埚内底面进行纵向长晶；
一主体步骤：降低所述加热模块的热能总输出，以使所述头段晶体接续固晶形成一第一段晶体；接续降低所述加热模块的热能总输出，以使所述第一段晶体接续固晶形成一第二段晶体；再次降低所述加热模块的热能总输出，以使所述第二段晶体接续固晶形成一第三段晶体；以及
一结尾步骤：降低所述加热模块的热能输出，以使所述第三段晶体接续固晶形成一尾段晶体，并使所述尾段晶体脱离所述坩埚，以得到由所述硅熔汤固化形成的一硅单晶晶锭。


2.根据权利要求1所述的硅单晶长晶方法，其特征在于，在形成所述第一段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出，为在所述转肩步骤中所述加热模块的热能总输出的93％～97％；在形成所述尾段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出，为在形成所述第三段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出的93％～97％。


3.根据权利要求1所述的硅单晶长晶方法，其特征在于，在形成所述第二段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出，为在形成所述第一段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出的93％～97％；在形成所述第三段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出，为在形成所述第二段晶体的过程中所述加热模块的热能总输出的93％～97％。


4.根据权利要求1所述的硅单晶长晶方法，其特征在于，所述头段晶体与所述尾段晶体的体积和不大于所述硅单晶晶锭的体积的30％。


5.根据权利要求1所述的硅单晶长晶方法，其特征在于，所述第一段晶体、所述第二段晶体及所述第三段晶体各自的体积为所述硅单晶晶锭的体积的23～32％。


6.根据权利要求1所述的硅单晶长晶方法，其特征在于，于所述准备步骤中，所述加热模块包含有一第一加热单元、一第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊宏，王兴邦，徐文庆，李依晴，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71