坩堝與坩堝硅材的裝填方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種坩堝與坩堝硅材的裝填方法。此坩堝包括底板以及涂層。底板具有一表面。涂層設(shè)置在底板的表面上。此涂層包括相對的第一面與第二面，第二面與底板的表面接觸。多個第一孔，設(shè)置于涂層上，且多個第一孔沿涂層的第一面朝第二面的方向延伸凹設(shè)。所述坩堝硅材的裝填方法，包括：提供坩堝，其中該坩堝包括底、以及形成于該底板的一表面上的涂層；鋪設(shè)第一硅料層于該涂層上；以及鋪設(shè)第二硅料層于該第一硅料層上，其中，透過該第二硅料層的重量施壓于該第一硅料層上，以使該第一硅料層在該涂層中形成多個第一孔，其中所形成的該多個第一孔的孔密度為2個/cm2～100個/cm2。
【專利說明】坩堝與坩堝硅材的裝填方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種長晶裝置，且特別涉及一種坩堝與坩堝硅材的裝填方法。
【背景技術(shù)】
[0002]參照圖1A，其繪示一種現(xiàn)有裝填有硅料的坩堝的剖面示意圖。坩堝100主要包括由底板102與數(shù)個側(cè)墻104所構(gòu)成的主體。側(cè)墻10位設(shè)于底板102的周緣上，而圍設(shè)出一凹槽112。為了避免雜質(zhì)擴(kuò)散和粘堝，坩堝100還可進(jìn)一步包括保護(hù)層106。此保護(hù)層106涂布在主體的凹槽112的內(nèi)側(cè)表面上。
[0003]此外，在坩堝100的凹槽112內(nèi)裝填硅料IlOa前，可先在凹槽112的底板102上的保護(hù)層106上方鋪上具平面的硅料層108，以保護(hù)坩堝100的底板102和保護(hù)層106。接著，再于坩堝100的凹槽112內(nèi)裝填硅料110a，作為長晶的主要原料。其中，硅料IIOa可為尺寸、形狀不一的硅材原料，其形狀大致為矩形的硅原料。然而，如圖1B所示，作為長晶的主要原料的硅料IlOb亦可為尺寸、形狀不一，且具任意形狀。
[0004]然而，在坩堝100的凹槽112內(nèi)進(jìn)行長晶工藝時，由于坩堝100的局部表面可能存在許多大小不均勻的點(diǎn)或凹孔，且這些點(diǎn)或凹孔可能分布不規(guī)則，如此會造成不規(guī)則成核，而導(dǎo)致晶粒尺寸差異大。在一個例子中，所形成的硅晶碇底部的晶粒粒徑有大到5cm以上的，但也有小到的。
[0005]如上述，晶粒尺寸的差異過大會使得所成長的晶錠中具有更多的晶格缺陷，使得所形成的晶錠品質(zhì)欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

`[0006]本發(fā)明的一個方面提供一種坩堝與坩堝硅材的裝填方法，其在坩堝內(nèi)的涂層和/或坩堝內(nèi)部表面上形成均勻的細(xì)微孔。由于這些均勻的細(xì)微孔易在長晶固化時成為成核點(diǎn)，因此可縮減晶粒之間的尺寸差異，且最佳化成核數(shù)量與成核位置，進(jìn)而得到均勻且優(yōu)質(zhì)的娃晶粒。
[0007]本發(fā)明的另一方面提供一種坩堝硅材的裝填方法，其可大大地提升所成長的晶錠及其娃晶片的品質(zhì)，因此可有效提聞半導(dǎo)體晶片的電性效率。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種坩堝。此坩堝包括底板以及涂層。底板具有一表面。涂層設(shè)置在底板的表面上。其中，涂層包括相對的第一面與第二面，第二面與底板的表面接觸。多個第一孔，設(shè)置于該涂層上，且該多個第一孔沿涂層的第一面朝第二面的方向延伸凹設(shè)。
[0009]依據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，上述第一孔的孔密度為2個/cm2~100個/cm2。
[0010]依據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，上述第一孔貫穿涂層的第二面或并未貫穿涂層的第二面。
[0011]依據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例，上述底板具有多個第二孔凹設(shè)于底板表面中，這些第二孔分別對應(yīng)第一孔。[0012]根據(jù)本發(fā)明的上述目的，另提出一種坩堝。此坩堝包括底板。此底板具有一表面，其中底板的表面凹設(shè)有多個孔，且這些孔的孔密度為2個/cm2~100個/cm2。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的上述目的，又提出一種坩堝硅材的裝填方法，包括下列步驟。提供坩堝，其中此坩堝包括底板以及形成于底板的一表面上的涂層。鋪設(shè)第一硅料層于涂層上。鋪設(shè)第二硅料層于第一硅料層上。其中，透過第二硅料層的重量施壓于第一硅料層上，以使第一硅料層在涂層中形成多個第一孔，上述第一孔的孔密度為2個/cm2~100個/cm2。依據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，上述第二娃料層的重量施壓于第一娃料層上時，第一娃料層在底板的表面中形成多個第二孔，這些第二孔分別對應(yīng)第一孔。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的上述目的，還提出一種坩堝硅材的裝填方法，包括下列步驟。提供坩堝，其中此坩堝包括底板以及形成于底板的一表面上的涂層。鋪設(shè)第一硅料層于涂層上。以人工方式對第一娃料層施壓，以使第一娃料層在涂層中形成多個第一孔。鋪設(shè)第二娃料層于第一娃料層上。
[0015]依據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，上述第一孔的孔密度為2個/cm2~100個/cm2。
[0016]依據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，上述人工方式包括以手掌和/或以工具來實(shí)施。
[0017]依據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例，上述形成第一孔于涂層中時，還包括在底板的表面中形成多個第二孔，這些第二孔分別對應(yīng)第一孔。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了使本發(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，提供附圖，在附圖中:
[0019]圖1A繪示一種現(xiàn)有裝填有硅料的坩堝的剖面示意圖。
[0020]圖1B繪示另一種現(xiàn)有裝填有硅料的坩堝的剖面示意圖。
[0021]圖2繪示依照本發(fā)明一個實(shí)施方式的一種坩堝的剖面示意圖。
[0022]圖3繪示依照本發(fā)明另一個實(shí)施方式的一種坩堝的剖面示意圖。
[0023]圖4A繪示依照本發(fā)明一個實(shí)施方式的一種硅材裝填于坩堝后的示意圖。
[0024]圖4B繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施方式的一種硅材裝填于坩堝后的示意圖。
[0025]圖5繪示依照本發(fā)明又一個實(shí)施方式的一種硅材裝填于坩堝后的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]參照圖2，其繪示依照本發(fā)明一個實(shí)施方式的一種坩堝的剖面示意圖，通常坩堝是采用石英材質(zhì)。在此實(shí)施方式中，坩堝200a主要包括底板202a與涂層206。坩堝200a亦包括有數(shù)個側(cè)墻204。底板202a具有表面214，側(cè)墻20位設(shè)在底板202a的表面214的周緣上，并與底板202a共同形成凹槽212。為避免硅材料在長晶時有雜質(zhì)擴(kuò)散與粘堝，涂層206可涂布在底板202a的表面214上；或者，如圖1A與圖1B所示，涂層206可涂布在坩堝200a的凹槽212的整個內(nèi)側(cè)面上。涂層206包括相對的第一面216與第二面218，其中第二面218與底板2 02a的表面214接觸。在一個實(shí)施例中，涂層206的材料可例如包括氮化硅。
[0027]在一個實(shí)施例中，坩堝200a包括多個第一孔208a、208b和/或208c。這些第一孔208a、208b與208c沿該涂層206的第一面216朝第二面218的方向線上而延伸凹設(shè)。這些第一孔208a、208b與208c可均勻地凹設(shè)于涂層206中。這些第一孔208a、208b與208c在涂層206中的孔密度可例如為2個/cm2~100個/cm2。在一個示范例子中，第一孔208a、208b與208c的孔密度可為20個/cm2~50個/cm2。此外，每個第一孔208a、208b與208c的寬度可例如為0.1mm~10mm。每個第一孔208a、208b與208c的形態(tài)可包括點(diǎn)狀、線狀、棋盤交錯狀或任意形狀與任意排列。
[0028]再次參照圖2，在一個例子中，第一孔208a貫穿涂層206的第二面218。在另一例子中，第一孔208b恰好貫穿涂層206的第二面218，而可裸露出底板202a的表面214。在又一個例子中，第一孔208c并未貫穿涂層206的第二面218，亦即這些第一孔208c并未接觸且未裸露出底板202a的表面214。此外，上述第一孔208a、第一孔208b與第一孔208c于設(shè)置時，可全部個別僅呈現(xiàn)出第一孔208a、第一孔208b或第一孔208c的內(nèi)凹形態(tài)。當(dāng)然，此三種內(nèi)凹形態(tài)亦可視需求而相互搭配設(shè)置。
[0029]在另一個實(shí)施例中，坩堝200a還包括多個第二孔210。這些第二孔210凹設(shè)在底板202a的表面214中。這些第二孔210分別與涂層206中的第一孔208a對應(yīng)，亦即每一第二孔210與對應(yīng)的第一孔208a連通。此外，每個第二孔210在底板202a的深度可例如小于或等于2mm。
[0030]在本發(fā)明中，坩堝的凹槽內(nèi)亦可未設(shè)有涂層。參照圖3，其繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施方式的一種坩堝的剖面示意圖。在本實(shí)施方式中，坩堝200b的架構(gòu)大致上與上述坩堝200a相同，二者的主要差異在于坩堝200b的凹槽212內(nèi)并未設(shè)有涂層。
[0031]坩堝200b包括多個孔220，這些孔220均勻地凹設(shè)在底板202b的表面214中。這些孔220在底板202b中的孔密度可例如為2個/cm2~100個/cm2。在一個示范例子中，孔220的孔密度可為20個/cm2~50個/cm2。此外,每個孔220的寬度可例如為0.1mm~10_。每個孔220的形態(tài)可包括點(diǎn)狀、線狀、棋盤交錯狀或任意形狀與任意排列。
[0032]在適當(dāng)?shù)拈L晶程序下`，硅料長晶固化時可由坩堝200a與200b的凹槽212的底面開始固化。由于固化時硅會在坩堝200a與200b的凹槽212底面的凹孔處優(yōu)先成核，而硅晶核于長晶過程中生長成硅晶粒，因此成核數(shù)量將會影響硅晶粒的尺寸。故，在上述兩個實(shí)施方式中，通過在坩堝200a的涂層206與底板202a、以及坩堝200b的底板202b中分別形成均勻且細(xì)微的第一孔208a、208b和/或208c與第二孔210、以及孔220的方式，以在凹槽212的底面形成均勻且細(xì)微的凹孔，由此可獲得均勻且優(yōu)質(zhì)的小晶粒。在一個例子中，晶碇底部的晶粒粒徑幾乎都落在Imm~IOmm之間。如此一來，可大幅減少晶碇內(nèi)的次結(jié)晶(sub-grain)，并可降低所形成的晶碇的缺陷，而可提升利用所生成的硅晶片制作的元件的性能。
[0033]在本發(fā)明中，可進(jìn)一步通過設(shè)計(jì)坩堝200a與200b的凹槽212內(nèi)的孔的數(shù)量與排列方式，來最佳化長晶時的成核數(shù)量與成核位置。
[0034]參照圖4A，其繪示依照本發(fā)明一個實(shí)施方式的一種硅材裝填于坩堝后的示意圖。在本實(shí)施方式中，裝填娃材時，可先提供尚未形成有圖2的第一孔208a、208b與208c和第二孔210的坩堝200a、或尚未形成有圖3的孔220的坩堝200b。以下是利用坩堝200a來進(jìn)行硅材裝填的說明。如同上述實(shí)施方式所述，涂層206至少設(shè)置在底板202a的表面214上。
[0035]接著，鋪設(shè)第一硅料層222于坩堝200a內(nèi)的涂層206上。在一個示范例子中，第一硅料層222中的硅料的粒徑尺寸約為0.1cm~5cm。接下來，如圖4A所示，鋪設(shè)第二硅料層224a于第一娃料層222上。第二娃料層224a的重量遠(yuǎn)大于第一娃料層222。此外,第二硅料層224a的材料可選用塊狀或板狀且尺寸較大的硅材。在一個實(shí)施例中，利用第二硅料層224a的重量施壓于第一娃料層222上,可使第一娃料層224a中的娃料抵壓涂層206,而在涂層206中形成多個均勻且細(xì)微的第一孔208a、208b及/或208c，如圖2所示。第一孔208c的深度可止于涂層206內(nèi)，第一孔208a與208b接觸到底板202a的表面214。這些第一孔208a、208b與208c在涂層206中的孔密度、尺寸與形態(tài)如上述實(shí)施方式所述。在此實(shí)施例中，第二硅料層224a中的硅料的尺寸、形狀可為不一，但形狀大致為矩形。然而，如圖4B所示，第二硅料層224b中的硅料亦尺寸、形狀可為不一，且具任意形狀。當(dāng)然，上述硅材原料的尺寸、形狀僅為說明之用而非為限制。
[0036]在另一個實(shí)施例中，一并參照圖2、圖4A與圖4B，利用第二硅料層224a的重量施壓于第一硅料層222上時，除了可在涂層206 中形成多個第一孔208a、208b和/或208c外，在第二硅料層224a的重量的壓的底板202a的表面214中對應(yīng)形成多個第二孔210。在一個例子中，每個第二孔210在底板202a的深度可例如小于或等于2mm。
[0043]完成第一孔208a、208b和/或208c、或與第一孔208a對應(yīng)的第二孔210的設(shè)置后，可鋪設(shè)硅料層226覆蓋在涂層206上，而完成此坩堝200a的硅料裝填。其中，硅料層226的材料選擇可如同上述實(shí)施方式的第二硅料層224a或224b。
[0044]如上所述，本發(fā)明主要是源于半導(dǎo)體材料的長晶均為異質(zhì)成核，且由于雜質(zhì)、粒子或長晶處的表面的凹孔可降低成核所需能量，因此長晶時易于這些地方形成晶核，進(jìn)而生長成晶粒。
[0045]由上述的實(shí)施方式可知，本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)即是利用在表面上形成致密分布的內(nèi)凹孔，這些致密分布的內(nèi)凹孔可以陣列形態(tài)的致密分布來設(shè)置，亦即可于坩堝內(nèi)部表面和/或坩堝內(nèi)的涂層上形成有均勻且密布的細(xì)微孔，而這些均勻的細(xì)微孔易在長晶固化時成為成核點(diǎn)，因此可最佳化成核數(shù)量與成核位置，進(jìn)而得到均勻且優(yōu)質(zhì)的硅晶粒。當(dāng)然，上述實(shí)施例中有提到涂層上設(shè)置有凹孔等形態(tài)，如此，雖可能會使坩堝與晶錠之間產(chǎn)生部分粘鍋的情況，但通過本發(fā)明的方式可生產(chǎn)品質(zhì)甚佳的晶錠，具有較佳的電性效率與使用效益，故能吸收粘鍋時可能產(chǎn)生的損耗成本問題。
[0046]由上述的實(shí)施方式可知，應(yīng)用本發(fā)明可大大地提升所成長的硅晶片的品質(zhì)，因此可有效提聞半導(dǎo)體晶片的電性效率。
[0047]雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本【技術(shù)領(lǐng)域】中的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種修改與改變，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書所界定為準(zhǔn)`。
【權(quán)利要求】
1.一種坩堝，包括: 底板，具有一表面；以及 涂層，設(shè)置在該底板的該表面上，其中該涂層包括相對的第一面與第二面，該第二面與該底板的該表面接觸；及 多個第一孔，設(shè)置于該涂層上，且該多個第一孔沿該涂層的該第一面朝該第二面的方向延伸凹設(shè)。
2.如權(quán)利要求1所述的坩堝，其中該多個第一孔的孔密度為2個/cm2~100個/cm2。
3.如權(quán)利要求1所述的坩堝，其中該多個第一孔貫穿該涂層的該第二面或并未貫穿該涂層的該第二面。
4.如權(quán)利要求3所述的坩堝，其中該底板具有多個第二孔凹設(shè)于該表面中，該多個第二孔分別對應(yīng)該多個第一孔。
5.—種相'禍,包括: 底板，具有一表面，其中該底板的該表面凹設(shè)有多個孔，且該多個孔的孔密度為2個/cm2 ~100 個 /cm2。
6.—種i甘禍娃材的裝填方法,包括: 提供坩堝，其中該坩堝包括底板以及形成于該底板的一表面上的涂層； 鋪設(shè)第一硅料層于該涂層上；以及 鋪設(shè)第二硅料層于該第一硅料層上， 其中，通過該第二硅料層的重量施壓于該第一硅料層上，以使該第一硅料層在該涂層中形成多個第一孔，其中所形成的該多個第一孔的孔密度為2個/cm2~100個/cm2。
7.如權(quán)利要求6所述的i甘禍娃材的裝填方法,其中該第二娃料層的重量施壓于該第一娃料層上時，該第一娃料層在該表面中形成多個第二孔，該多個第二孔分別對應(yīng)該多個第一孑U
8.—種坩堝硅材的裝填方法，包括: 提供坩堝，其中該坩堝包括底板以及形成于該底板的一表面上的涂層； 鋪設(shè)第一硅料層于該涂層上； 以人工方式對該第一娃料層施壓，以使該第一娃料層在該涂層中形成多個第一孔；以及 鋪設(shè)第二硅料層于該第一硅料層上。
9.如權(quán)利要求8所述的坩堝硅材的裝填方法，其中所形成的該多個第一孔的孔密度為2 個 /cm2 ~100 個 /cm2。
10.如權(quán)利要求8所述的坩堝硅材的裝填方法，其中該人工方式包括以手掌和/或以工具來實(shí)施。
11.如權(quán)利要求8所述的坩堝硅材的裝填方法，其中形成該多個第一孔于該涂層中時，還包括在該表面中形成多個第二 孔，該多個第二孔分別對應(yīng)該多個第一孔。
【文檔編號】C30B35/00GK103806096SQ201210460387
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月15日
【發(fā)明者】楊鎮(zhèn)豪, 何鎧安, 周建綱 申請人:茂迪股份有限公司