TW200815629A - Silica glass crucible with barium-doped inner wall - Google Patents

Description

200815629 九、發明說明： 【明所肩】 本申請案係2〇〇5年9月8日所提申之”具有無氣泡及較 ^ 少氣泡生長壁的矽玻璃坩堝”之美國專利申請案第 5 11/223，158號的一個部分延續案，茲將其在此列入通盤參 、 考。 1.發明領域 φ 本發明係有關矽坩堝之領域，尤其是有關具有含鋇摻 雜内層之多層壁的一個矽坩堝。 10 【先前技術】 2.發明背景

CzochralskKCZ)法於單晶矽之晶棒生產技術中廣為所 知，矽晶圓即由晶棒製成，而用於半導體業中。

於CZ法中，乃將金屬石夕裝入位於容器内部的一個石夕 玻璃坩堝中，接著利用-個環繞此容器之加熱器將此填充 物加熱贿化賴填之扣，由⑽或接妙贿化溫度 時所熔化之石夕石拉出一個單晶石夕。 、&法、例如大量摻雜且用以製作晶棒供太陽能電 池使用者’贿化物與_之間具有非常高的 高的反應性，當拉出—奸曰& 飞非甲 出根曰曰棒以切割出太陽能電池晶圓 時，需要相當高的效率，μ _ 爲要極南熱量才能在初始階段 快速熔化錢長作業時間 高时禍之❹壽命。 -狐之了必須提 5 20 200815629 於作業溫度下，矽坩堝的内表面常會和矽熔化物起反 應。在許多案例中，坩堝内表面歷經形態改變，可看出坩 堝内表面於延長之cz作業期間變粗糙。 此粗糙結果可能導致失去拉出晶棒的結晶構造，内表 面k粗糙會使坩堝無法用於矽晶棒製作。當坩堝内表面的 主要部分被一粗糙表面覆蓋時，位於結晶_熔融界面處的妗 晶構造會破裂，這種變粗糙的坩堝不適用於晶棒製作，: 必須停止使用變粗糙的坩堝進行矽晶拉製，以免製出未達 標準之晶棒。 10 15 20 另外在CZ法期間，石夕玻璃掛禍的内表面可能部分地溶 解於石夕炼化物中，料_主要成分秒及氧對卿化物並 無害’然而，㈣内層中的雜質可能在製程中轉移至石夕炼 化物中，所拉出的單晶品質可能被破壞，端視污染範圍及 污染物性質而定。 -個致力於控制内表面形態之成果在於内表面上塗覆 了含鋇化學製品的一個坩堝，其可增進坩堝内表面上之失 透效果。此係從非晶矽轉變成晶矽之相變化，失透作用可 防止在矽-熔化物界面處產生微粒，於一 02程序中所形成的 失透層包含了 -層結晶碎層，且報告指出可均句地溶解， 並維持平滑的一個坩堝内表面。 若所形成之結晶層太厚，則相變化所造成的體積改變 會導致此層破裂，而使熔化物穿過結晶與非晶層之間，最 終可能導致破裂層剝落。 9 9 此外，位於摻雜層下方之未摻雜㈣壁中的氣泡雜 6 200815629 會釋出氣體，可能導致掺雜層於其内表面上形成凹孔，即 使内表面並未因失軸間膨脹而破裂。 【發明内容】 5 依據

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一 實施例，係特地提出一種用於製作一 、=S夕坩堝之方法，其包括有··將塊狀矽晶粒沿著一旋轉 拉的個内表面饋人’以將塊狀石夕晶粒配置成徑向内表面 朝向轉模内部空間、而徑向外表面緊鄰著鑄模内部的一個 ^瑪形狀，從該鑄模内部空間加熱該塊財晶粒；將氣體 :已加=之晶粒中排出；於該徑向内表面處開始形成一個 ^化物w部’並朝該徑向外表面行進；維持贿化物前部 ^鑄模㈣之間的—個壓力差，而以高於將其饋入之 =度將氣體抽離該溶化物前部，直到該以粒形成一層 I 、 A屋之透明玻璃層；其後將該熔化物前部與該 :模内壁之間的壓力差降至該氣體以低於其被注入之速 ς抽離該炼化物前部的—個速度；將鋇摻_晶粒饋入 =透明_層上面；以及將該鋇摻雜⑪晶㈣合於該透 明破璃層上面。 依據本發明之一實施例，係特地提出-種用於製作一 2二融錢瑪之方法，其包括有:於-旋轉㈣莫的内表面 古形，一層塊狀晶粒㉟，該塊狀晶粒層具有一個底部、一 部:以及—個塊狀晶粒層内表面；於該鑄模内部形成 、“、、區，至少部分地熔化該塊狀晶粒層以形成一厚層； =及將-層平均深度小於⑽麵之含鋇内層沈積於該塊狀 日日粒層内表面上。 7 200815629 依據本發明之-實施例，係特地提出一種石英掛禍， 其包括有·-層内層，其厚度大於2〇匪且於橫截面區域 中含有少於大約1%之氣泡，其中當以接近“刈度匚之溫 度、於接近0·1 Pa的壓力下將坩堝加熱大約三小時之真空燒 -5結試驗後，該内層中的氣泡直徑小於大約〇·3 mm •，一層外 : 層，其視密度經過真空燒結試驗之後乃大於或等於大約 2.05 g/cm3·，一個坩堝壁，其至少包括内層及外層，該壁經 過真空燒結試驗之後所增加的厚度小於或等於大約3% ;以 鲁 及一層在内層上面所形成的鋇摻雜層。 10 圖式簡單說明 第1圖乃其内形成了一個坩堝之鑄模橫截面概略圖解 侧視圖。 弟1A圖為弟1圖之掛竭核的一條氣道之放大橫截面 侧視圖。 15 第2圖為第1圖之坩堝壁的一個放大圖。 第3及4圖為用於以第1圖之鱗模製作矽玻璃坩堝的方 ® 法之圖解說明。 v 第5圖為第一種習知技藝坩堝於C Z法中使用之後的一 個截面透視圖。 20 第6圖為第5圖之坩堝的部分放大圖。 第7圖為沿第6圖之線段7-7所取的一個橫截面圖。 第8圖第二種習知技藝坩堝於CZ法中使用之後的一個 截面透視圖 第9圖為根據本發明而完成之坩堝於CZ法中使用之後 8 200815629 的一個截面透視圖。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 本發明一方面提供了一種矽玻璃坩渦，其包含一層有 5助於失透效果之最内鋇摻雜層，以及一層厚度足以延長作 業時間且無氣泡及氣泡生長的中間層，該坩堝更包含一層 於重複拉晶棒期間幾乎不會膨脹的穩定外層。

中間層具有無氣泡(，，BF，，)特性，其呈現出無氣泡生長 (”NBG”)且為2 mm或更厚。鋇摻雜内層厚度則小於大約0.4 10 mm，但最好小於大約(X2mm厚。外層之穩定度乃利用真空 燒結試驗C’VBT”)進行測定，其係以接近1650度C之溫度、 於接近0.1 Pa的壓力下燒結坩堝大約三小時之後測量厚度 變化，並將其標定為視密度。更具體地說，本坩堝於VBT 之後所觀測到的厚度增加小於1%，而視密度於VBT之後大 於2·05 g/cm3。 本發明這項觀點中的一個矽破璃坩堝乃藉將大量矽晶 粒（本質上由石英晶粒組成）饋入一個旋轉中的坩塥鑄模 中，此形成了一塊厚壁，接著將所形成之晶粒加熱以熔解 坩堝，同時有一個與鑄模相通的泵對整個所形成之晶粒抽 20氣，氣體從鍛燒過的晶粒中排出，且氣體會隨著晶粒熔化 而排出。全部氣體與一條連接内模面和泵之流動通道的傳 導率及泵之排氣功率保持動態平衡，此動態平衡受到控制 而使位於形成之晶粒熔化物前部處的大量氣相物質能維持 在小於製作一層BF或NBG矽玻璃層所要求的一個閾值。 9 200815629 2形成之晶㈣最内轉化後1 入’麵著移向㈣化之最内面而被料，因而形成了一 層融a在已成形晶粒之最内面處的鋇摻雜層。 製作坩堝之裝置具有一條連接内根:二 „甘免> * * 、面與泵的流動通 運，其内μ餘力甚低，岐㈣率μ朗要求之動 態平衡。流動通道可包含諸如管線1、流量計、以及透 氣模本身等結構’透氣模之流動阻力可㈣石墨模中的若 干通道以及朝向鑄模内侧上面之石墨的—個多孔材料加以

控制。 10 用以熔化已成形晶粒的熱必須夠強才能燒結熔融矽， 而使氣體不會在CZ法期間排出，此氣體釋放會導致坩堝壁 中形成氣泡或增生氣泡，此氣體釋放造成了坩堝壁膨脹， 依序導致熔融程度不一。 更詳細地說，本發明一方面提供了適用於CZ法中的一 15 個矽玻璃坩堝，該坩堝具有一層厚度為2 mm以上之無氣泡 中間層、——層不透明外層、以及一層厚度範圍高達大約0.4 mm的鋇摻雜層。於VBT(其係CZ法的/個加速模擬)之後的 壁厚變化乃小於或等於3%，最好是小於，換言之，坩堝 壁之視密度於VBT之後大於或等於2·〇5 g/cm3。此些微之厚 20 度變化起因於不透明層中的極微氣泡生長與内層中的極微 氣泡增生及生長兩者。 經過VBT之後，無氣泡内層在橫截面區域中含有少於 1%的氣泡量，而個別氣泡不會長成直徑大於〇.3mm。氣泡 含量乃氣泡影像面積總和除以穿透式光學顯微鏡在橫截面 200815629 影像中的總面積所得到之比值，氣泡尺寸亦可利用一部穿 透式光學顯微鏡测量。 整個壁的厚度變化係利用一個測微計測量，不透明層 最好估坩堝壁的50%到70%，至少25%，以符合極佳的散熱 5 特性。不透明層之視密度於VBT之後最好大於2.05 g/em3。 現在將注意力轉到第1及1A圖，10通常表示用於溶化本 發明之矽坩堝的一個系統，系統10包括一個具有内模面之 禱模12，模面14則包括一個大體上為圓柱形的垂直壁16。 於第1圖之鑄模中，壁16界定了 一個直徑大約18英吋的圓柱 1〇形空腔，但本發明對於具有較小或較大直徑之鑄模同樣相 當適用。 有多條氣道與内模面14相通，例如氣道18、20(從第1 及1 A圖中均可看出），每條氣道包括有一個圓柱孔，而在模 面14上形成一個圓形開口、例如開口 22、24。每條氣道、 15 例如第1A圖中的氣道2〇，含有一個多孔石墨栓塞、例如栓 基26,其防止矽石被從模穴抽入氣道中。氣道與歧管相通， 例如歧官28、30、32，歧管則依次與一個膛孔34相通。有 一個泵（由圖中無法看出）接至膛孔34，泵乃裝配為經由氣道 且最後透過膛孔34將空氣從模穴抽出系統1〇外。雖然可看 2〇出泵的容量通常介於大約每小時80和350立方米之間，但是 本發明可利用此範圍之外的泵完成，端視通道、膛孔、歧 官、閥、以及配置在模面14與泵之間的其他結構之傳導率 而定。所有配置在模面14與泵之間的結構在此稱為一條流 動通道。 11 200815629 鑄模12可透過-具馬達(未示出）⑽—根垂直轴_ 轉’有-組傳統式電極38 ' 40可垂直地進出禱模内部，電 極乃接至-個傳統DC電源供應器42上，其可選擇將範圍介 於大約300㈣到觀KVA之間的功率施於電極上，當足 5夠之功率作用於電極38、40上面時，電極周圍會有一:極 熱的電漿氣體球44形成。 禱模12含有-個已大致成形之㈣45，掛禍則由一層 46(放大圖示於第2圖中)溶融石夕構成，兹將其打破且部糾 顯示，以露出模面14。層46包含一層内層46a，其係一層平 10均厚度範圍可高達大約〇·4 mm的鋇摻雜熔融矽層；一層清 晰玻璃中間層46b，其厚度通常大於大約2〇咖；以及= 以不透明玻璃構成之厚外層46c。這三層46a、46b、46c: 起構成了坩堝45壁，正好於鑄模内成形，而留下一薄層未 熔融晶粒46d，原因在於内模面無法達到形成晶粒之炫點。 15 大體上說明系統10之運作，隨著鑄模12繞軸36轉動 時，將天然石英晶粒置入模内，坩堝外層、亦即模内最先 接收到的晶粒可利用於2001年7月16日所提申之美國專利 申請案第09/906,879號中敘述的方式摻雜紹，該申請案乃讓 渡予本申請案之受讓人，並將其在此列入通盤參考。一旦 20所有晶粒均裝入模内，則將電極38、40通電而啟動泵（圖中 無法看出）。一旦電極將晶粒加熱至最内表面上之晶粒開始 熔化的點時，會有一個熔化物前部形成，並隨著時間而從 坩堝最内表面逐漸接近模面14，熔化物前部於該處達到飽 和。將要說明的是，當從已加熱及正在熔化之晶粒釋出的 12 200815629 5 氣體、加上從尚祕化之晶粒所抽出的氣體（㈣經由已成 形晶粒之内表面及上表面)料功率及流動通道之傳 具有某—預定_時，則已成形之㈣的品質可精確地控 制。當最絲面上之晶粒熔化後，透過電漿加人鎖換雜曰 粒，以形成—層含有薄層㈣_融錢滑面的最内獅 對於重要參數的平衡有多項要求，首先，假設以時剛 為函數之熔融矽的量為G(t)。

起初，由於將石夕石預熱至所需的溶化溫度相當耗時， 10因想融㈣比率緩慢增加，㈣發·晶粒界面接著迅速地 行進直到其接近鑄模内表面，於某—特定點處，溶化物前 部達到飽和’未熔化之晶粒則餘留在鑄模纽融堆禍之 間，吾人已經發現G⑴大致上可利用_個誤差方程式表示。 當熔化物打進時，會有大量的氣體與溶化速度成比例 i5地釋出，氣體釋出的速度Vl75定義為每單位時間由炼化每 單位重量之熔融晶粒所釋出的氣體體積： VI = A · aG(t)/at ·_·⑴ 此處A係一比例常數。 已成形晶粒之密度不足以維持熔化物前部和周圍環境 20隔離，即使坩堝内表面被高密度玻璃相物質所覆蓋，空氣 仍可能穿過熔融壁與掛堝頂端處鱗模之間的未溶融晶粒， 因此除了已釋出的氣體之外，排氣系統應該處理此洩漏中 的氣體。吾人發現漏氣量與未熔融晶粒的量成比例，更精 確地說，吾人發現其和（l_erf(t))的三次方成比例，其中erf⑴ 13 200815629 為誤差函數，而B為比例常數。 V2=B · (l-erf⑴)3 (2) 此一参數VI及V2乃必須透過排氣裝置移除之主要氣 體來源，釋出氣體的量由方程式⑺表示，其中P為泵功率， 5而c為流動通道之正規化電導、亦即。 V3=P · C ...(3) 於晶粒-溶融石夕界面的溶化物前部處，氣流在V3和 (V1+V2)之間取得平衡。若整個平衡νι+ν2_ν3變成正值， 則溶融玻璃會含有更多溶解氣體；若其超過某一間值qi， 10則炼融石夕中會產生氣泡；若平衡為負值，則㈣石夕含有較 少溶解氣體。可使用第二閾值吸製作無氣泡玻璃，另—個 閾值Q3則用於無氣泡生長特性，此處^丨未必等於q]。 Q3及Q2 —如預期為負值，經過測定Q3係比Q2更大的 -個負值、亦即Q3<Q2。於VBt(其係Cz法的一個加速模擬) 15之後，可於傳統式坩堝中觀察到氣泡釋出或生長-即使所製 造之該坩堝為無氣泡坩堝。這些氣泡之釋出或生長起因於 内層中的溶解氣體之釋放，而溶解氣體係與平衡 (V1+V2-V3)之負值高低有關。 吾人亦發現，氣泡生長特性強烈受熔化溫度所影響， 2〇由於炼化速度隨著熔化溫度而增加，高熔化速度可增加氣 體釋出’故誕兩溶化溫度以滿足NBG要求相當重要。jD ^ 際上若所有增加的氣體未於形成時即釋出，則會形成氣 泡，而不利於内層。 坩堝之製造目標在於設計出能使(V1+V2_V3)維持適當 14 200815629 負值之裝置，以滿足内層之BF+NBG要求與外層之NBG要 求而同時符合層厚要求。更具體地說，當使用大於3〇〇 KVA DC的電弧供應源（且最好大於950 KVA)、並使用容量大於 每小時200立方米（且最好大於350立方米/小時）的氣泵（自 5由排氣式）製作大坩堝（亦即標稱尺寸大於24英对）時，可控 制(V1+V2-V3)而形成一層BF+NBG内層和一層NBG外層。 設計這種坩堝最明顯的限制點在於流動通道，例如管 線、接頭和閥’其必須具有大於10 cm2的最小橫截面積， 且最好大於或等於約50 mm的圓形直徑（亦即大約eg cm2 10的面積）。此尺寸乃和習知技藝呈強烈對比，其中這種管線 通常具有大約12 111111的直徑（亦即大約113(：1112的面積）。 最窄橫截面位於與成形晶粒之交界處，這些通道必須 維持夠小以防晶粒被降低的壓力吸進排氣系統中。 流動通道於晶粒界面處之各開口最好至少有〇 2平方 15公分(cm2)，且至少0.6cm2更佳。界面配備了多孔材質，例 如多孔石墨栓塞26，其橫截面積如上所述，而最大長度大 約25 111111。由於機械上理由，吾人發現12111111最理想。 接著敘述利用上述裝置製作本發明之㈣的方'去。吾 人已經發現，從♦晶粒轉變成溶融碎期間主要係測定B f及 20 NBG特性’ Μ預熱處理(例如晶粒之锻燒）、亦非後献處理 (亦即掛祕化之後強烈燒結）能明顯地改變BF或NBG特 性。 本發明另-項觀點在於單靠真空程度並無法完全地控 制BF或娜，已經證實注入和移除的氣體之間必須平衡。 15 200815629 對於NBG特性而言，於CZ法中使用掛術獨亦必須釋出1 體，吾人已經測定，釋出的氣體和溶化溫度息息相關，： 言之，強烈燒結乃NBG之關鍵。 當於極薄之掛塥最内層配置鋇摻雜炫融石夕晶粒以防其 在失透作用期間隨著體積膨脹而破裂時，可提供具有鋇掺 雜效果之相關優點，這種輯對於大量摻雜了/、、砰^ 之矽熔化物特別有用。

第3及4圖中例示之方法描述了如何利用第^的系统 製作第1圖中所示之㈣45。欲形成一層塊狀晶粒⑽，使 1〇用了大容量晶粒料斗50、節流閥52以及供料管54。於第3圖 中，將塊狀石夕晶粒56倒入鑄模12中以形成塊狀晶粒層48， 塊狀石夕晶粒56最好為純石英晶粒。通常利用一片形狀和禱 模内表面匹配之到刀60將注入的塊狀石夕晶粒予以塑形，以 此方式，塊狀晶粒層48可形成所選定之厚度。 15 成形矽晶粒之熔化物繪示於第4圖中，電極38、4〇部分 地配置在旋轉中鑄模12的内模穴内部，如上所述，有一個 电弧於电極38、40之間產生，因而在模穴内部形成一個熱 66區域’此熱66係用以熔化鑄模内所形成之塊狀晶粒層48。 熔化物由近而遠(相對於電極38、4〇)穿過已成形之晶 20粒，熟悉技藝者應瞭解此技術中熔化物穿過矽晶粒層之進 仃機制，例如Uchikawa等人之美國專利第4,935,046及 4,956,208號中所述。 當已形成之塊狀晶粒層48的表面熔化後，内側的矽晶 粒68從内側矽晶粒料斗70經由供料管72倒出，可利用内側 16 200815629 晶粒節流閥74控制内侧晶粒68注入熱66區域的速度。電極 之間所產生的電5瓜形成了一個強烈電漿場，將已部分地溶 化之内侧矽晶粒68往外推，使其能夠沈積於坩堝内表面的 側面和底部。内側晶粒68穿過加熱區66，至少部分地被其 5中的電孤火焰所溶化，並沈積於溶融塊狀晶粒層48的表面 上。 此内側晶粒68與塊狀晶粒層融合成内層46a，溶化的内 側晶粒因此不斷地沈積和融合一段時間而形成内層46a。熔 融内層46a之厚度係利用内侧矽晶粒之注入速度和熔化期 10間内侧晶粒的供應時間加以控制。 内侧石夕晶粒68本質上由摻雜了鋇之純矽晶粒組成，例 如經洗淨除去污物之天然矽晶粒。另外，亦可使用摻雜了 鋇之合成矽晶粒。 於第一個範例中，利用直徑18英吋之鑄模形成一個外 15徑18英吋的坩堝，例如第1圖中的坩堝45。如第3圖中所示， 當基底晶粒56置於鑄模12中並形成塊狀晶粒層佔之後，經 由膛孔34施以大約3〇〇 m3/hl•的一個自由排氣速度卯秒鐘， 同時電極38、40產生第4圖中的熱區66。此形成了一個熔化 物前部，從鑄模中的塊狀晶粒内表面朝鑄模壁行進，經過 20大約90秒，熔化物前部觸及層46b的最外壁，此形成了清晰 玻璃層46b。 之後’將真空壓力降至大約700托，而溶化物前部則接 近模壁’層偏代表較窄層的未溶融妙，其由於相當接近模 壁而無法加熱溶化。 17 200815629 ㈣二：之最内層形成一段時間後、亦即炼化物前部開 移動，從料斗7G將鋇摻雜晶粒饋人熱祕，此晶 5 10 15 20 ΓΓ料在熱區⑽化推向已熔化之厚 ^因而形成鋇摻雜層46a。在此範例中，晶粒68係由推雜 wt ppm鋇之晶粒組成，此晶粒尺寸範圍從励到_ t 於晶㈣能僅由加熱區部分崎化，其未必能均 勾地分佈，且最内層在摻雜程度及深度上可能不同’其某 1區域可能㈣·lmnmT，但平均大·2mm。在此範 例中，對於18英奴單-㈣而言，總共有9G公克之刚wt ppm鋇摻雜晶粒從料斗7〇供應。 在此例中，90公克之摻雜晶粒係於開始加熱之後供應 ^約6分鐘到大約7分鐘10秒，於是，在開始形成層46 a之 刖，中間層46b和大部分的厚層松即形成。於開始加熱時， 即啟動大_3/㈣最大限度排氣流速，並於開始加献後 切換成彻托之真U觸秒，纽化物大體上完成時，再 維持700托之真空大約8分鐘，。 在另-個範例中，除了供應⑽公克之摻雜晶粒外，所 有參數均維持不變。隨著晶粒在㈣内加熱至裂化並使炼 化物穿過層46b’約有公克以上之晶粒會膨脹成相當厚 的層46a，此對CZ法有不利影響。· 應該庄w的疋，不需利用高壓真空形成層你^即可獲得 #乂/專鋇摻a層之優點，換言之，可制如上所述之薄型鎖 内層（平均厚度小⑨大約〇·2 mm)提高失透效果，同時維持夠 薄以免該層在cz法期間膨脹時破裂。 18 200815629 翻閱第5圖，第一種習知技藝坩堝8〇包含一層熔融矽外 壁82，顯不並無上述之無氣泡及無氣泡生長特質，並有一 層鋇摻雜内層84，其在習知技藝中乃大於〇.2腿。由第帽 之放大圖中可以看出，於一cz熔融期間，坩堝80出現若干 5凹孔、例如凹孔85、86(亦可於第7圖中看出），並於底部和 例土之間的接面出現裂缝，其乃cz法期間最熱之區域。這 二凹孔及裂縫起因於坩堝製作期間落入層82中的氣泡。於

=法期間’這些氣泡會生長並釋出氣體，因而產纟第6圖中 曰丁之破衣及凹陷表面，這在cz法期間可能會釋出微粒至 熔化物中，當夠嚴重時，Cz法中的溶化物可能穿入層82内， 此並非吾人所欲。 #由第7圖中可以看出，形成凹孔85、86之氣泡亦形成了 右干條和摻雜層84與層82之間的界面約相通之通道π、 88於疋，坩堝8〇中的矽熔化物會穿入界面89中。 於第8圖中，另一種坩堝90乃做成類似第5圖中的坩堝 /、亦包含一層外侧熔融壁92和一内側鋇摻雜層94。於 15 cz溶融期間，層94會脫層（通常標示於 9與8 =間留下-個空隙。層94之另—個部分（通常標示於 會脫層並㈣’因而使層92的表面於cz_間暴露於 、化物中。廷些情況起因於層94在CZ熔融期間隨著其失去 透明性且體積軸，兩種情況㈣cz法有不利影響。 最後，第9圖緣示了掛螞45(fl圖中）用於一 cz法之後 2形輯上面有一條明顯的溶化線1〇〇，此溶化線乃a 〜月間’於_、職物無圍空氣之交界處形成的 19 200815629 一條淺溝。可以看出，由於暴露在矽熔化物中，位於熔化 線以下的表面具有最低限度之均勻結構，然而並無習知技 藝中的鋇摻雜層破裂、凹陷、脫層或剝落現象，上述兩個 fe例通常正如第9圖所敘述和可看出的情況。 5 熟悉技術者將能完全依照本文所述實現本發明，為了 更徹底瞭解本發明，已經陳述了眾多細節，於其他實例中， 尚未洋細說明眾所周知的特色，以免不必要地模糊了本發 明。 雖然已經就其較佳型式說明了本發明，然而此處所揭 10示及例示之特定實施例並不希望造成限制，毫無疑問地， 熟悉技術者依照本發明應該报容易瞭解，本發明可以眾多 方式進行變更，發明者認為本發明之内容必須包括此處敘 述之各種不同元件、特色、功能及（或）性質的所有組合和次 組合。 15 【圖式簡單說明】 第1圖乃其内形成了一個坩堝之鑄模橫截面概略圖解 側視圖。 第1A圖為第1圖之掛瑪鱗模的一條氣道之放大橫截面 侧視圖。 20 第2圖為第1圖之坩堝壁的_個放大圖。 第3及4圖為祕以第1圖之鑄模製作石夕玻璃掛禍的方 法之圖解說明。 第5圖為第-種習知技藝叫法中使用之後的一 個截面透視圖。 20 200815629 第6圖為第5圖之坩堝的部分放大圖。 第7圖為沿第6圖之線段7-7所取的一個橫截面圖。 第8圖第二種習知技藝坩堝於CZ法中使用之後的一個 截面透視圖 5 第9圖為根據本發明而完成之坩堝於CZ法中使用之後 的一個截面透視圖。

【主要元件符號說明】 10…系統 46b…中間層 12…鑄模 46c…厚外層 14…内模面 46d· · ·未容融晶粒 16…垂直壁 48···晶粒層 18、、20…氣道 50、70…料斗 22、、24…開口 52、74…節流閥 26…检塞 54、72···供料管 28、30、32…歧管 56、68···秒晶粒 34···膛孔 58…基底晶粒 36…垂直轴 60"·刮刀 38、40···電極 66…熱區 42…電源供應器 82…外壁 45、80、90···甜塌 84…銀摻雜内層 46…層 85、86···凹孔 46a···内層 87、88···通道 21 96 … 200815629 98…剝落層 100···熔化線 89···界面 92…熔融壁 94···鋇摻雜層

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Claims (1)

1. 200815629 — 5 • 十、申請專利範圍： 1. 一種用於製作一熔融矽坩堝之方法，其包括有： 將塊狀矽晶粒沿著一旋轉模的一個内表面饋入，以 將塊狀矽晶粒配置成徑向内表面朝向鑄模内部空間、而 徑向外表面緊鄰著鑄模内部的一個坩堝形狀； 從該鑄模内部空間加熱該塊狀矽晶粒； 將氣體從已加熱之晶粒中排出； 於該徑向内表面處開始形成一個熔化物前部，並朝 該徑向外表面行進； 10 維持該熔化物前部與該鑄模内壁之間的一個壓力 差，而以高於將其饋入之速度將氣體抽離該熔化物前 部，直到該矽晶粒形成一層大於大約2公釐之透明玻璃 層； 其後將該熔化物前部與該鑄模内壁之間的壓力差 15 • 降至該氣體以低於其被注入之速度抽離該熔化物前部 的一個速度； 將鋇摻雜矽晶粒饋入該透明玻璃層上面；以及 將該鋇摻雜矽晶粒熔合於該透明玻璃層上面。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中將該鋇摻雜矽晶粒 20 饋入該透明玻璃層上面包括： 至少部分地熔化該鋇摻雜矽晶粒；以及 將該鋇摻雜矽晶粒熔合於該透明玻璃層中。 3.如申請專利範圍第2項之方法，其中將空氣經由該塊狀 矽晶粒抽進分佈於該鑄模内壁中的若干出入口包括當 23 200815629 至少有部分之透明玻璃層形成相至少大咖Qm3/_ 一個速度抽氣。 4.如申請專利範圍第2項之方法，其中該鋇捧雜石夕晶粒乃 摻雜了範圍大約70-200 ppm的鋇。 5 5·如申請專利範圍第2項之方法，其中該鋇摻雜秒晶粒乃 捧雜了大約100 ppm的鋇，且其中將該鋇摻雜石夕晶粒饋 入該透明玻璃層上面包括每公分的塊狀晶粒層外徑即 饋入大約2公克到大約8·5公克之晶粒。 6. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該鎖捧師晶粒之 10 尺寸介於大約100和大約300微米之間。 7. 如申請專利範圍第2項之方法，其中藉將該鎖推雜石夕晶 粒炫合於該透明玻璃層中所形成的層厚度介於大約〇 〇8 mm與0.2 mm之間。 8. 如申請專利範圍第2項之方法，其中將空氣經由該塊狀 15 梦晶/粒抽進分佈於該鑄模内壁中的若干出人π包括當 至少有部分之透明玻璃層形成時以至少大約3〇〇 m3^ 的一個速度抽氣；其中該鋇摻雜石夕晶粒乃捧雜了大約 刚ppm的鋇；其中將該鎖摻雜♦晶粒饋入該透明玻璃 層上面包括每公分的塊狀晶粒層外徑即饋人大約2公克 2〇至]大’抓5公克之晶粒，其中該鋇摻雜石夕晶粒之尺寸介於 大約觸和大約300微米之間；且其中藉將該鋇摻雜石夕晶 粒熔合於該剌觸層巾卿成的層厚度介於大约請 mm與0.2 mm之間。 9. -種用於製作-炼融料螞之方法，其包括有： 24 200815629 於一旋轉坩堝模的内表面上形成一層塊狀晶粒 層，該塊狀晶粒層具有一個底部、一個侧部、以及一個 塊狀晶粒層内表面； 於該鑄模内部形成一個熱區； 5 至少部分地熔化該塊狀晶粒層以形成一厚層；以及 將一層平均深度小於〇.2mm之含鋇内層沈積於該 塊狀晶粒層内表面上。 10·如申請專利範圍第9項之方法，其中將一層平均深度小 於0.2mm之含鋇内層沈積於該塊狀晶粒層内表面上包 1〇 括： 至少部分地熔化該鋇摻雜矽晶粒；以及 將該鋇摻雜矽晶粒熔合於該塊狀晶粒層内表面。 11·如申請專利範圍第1〇項之方法，其中該旋轉坩堝模具有 一個界定了一模穴之内模面，且更具有多條在模内形成 15 並與内模面相通的通道，其中該方法更包括在塊狀晶粒 層開始熔化期間，以至少大約300 m3/hr的一個速度將氣 體從該鑄模中抽出。 12·如申請專利範圍第10項之方法，其中該鋇摻雜矽晶粒乃 摻雜了範圍大約70-200 ppm的鋇。 20 13·如申請專利範圍第10項之方法，其中該鋇摻雜矽晶粒乃 掺雜了大約lOOppm的鋇，且其中將該鋇掺雜秒晶粒饋入 該鵠模中包括每公分的塊狀晶粒層外徑即饋入大約2公 克到大約8.5公克之晶粒。 14.如申請專利範圍第1〇項之方法，其中該鋇摻雜矽晶粒之 25 200815629 尺寸介於大約100和大約300微米之間。 15·如申請專利範圍第10項之方法，其中藉將該鋇摻雜矽晶 粒溶合於該塊狀晶粒層内表面所形成的層厚度介於大 約0·08 mm與0.2 mm之間。 5 16·—種石英坩堝，其包括有： 一層内層’其厚度大於2·〇 mm且於橫截面區域中含 有少於大約1%之氣泡，其中當以接近1650度(：:之溫度、 於接近0.1 Pa的壓力下將坩堝加熱大約三小時之真空燒 結試驗後，該内層中的氣泡直徑小於大約〇 3mm; 一層外層，其視密度經過真空燒結試驗之後乃大於 或等於大約2.05 g/cm3 ; -個㈣壁’其至少包括内層及外層，該壁經過真 空燒結試驗之後所增加的厚度小於或等於大約3%;以 及

   一層在内層上面所形成的鋇摻雜層。 17·如申請專利範圍第16項之掛禍，f &曰^ D其中該鋇摻雜層係熔合 於邊透明石夕玻璃層中。 18.如申請專利範圍第17項之坩堝， ^ Π其中該鋇摻雜層乃摻雜 了範圍大約70-200 ppm的鋇。 19·如申請專利範圍第18項之坩堝 ~其中該鋇摻雜層乃摻雜 了大約ppm的鋇。 20·如申請專利範圍第18項之坩堝， Π其中該鋇摻雜層厚度介 於大約0·08 mm與大約0.2 mm之門 26