TW413704B - Method and apparatus for real-time monitoring and control of oxygen during czochralski growth of single crystal silicon - Google Patents
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第86Π3161號專利申請案 中文說明書修正頁(89年8月） 五、發明説明（1 ) 發明背景 ---------^ I' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本發明是有關於單晶碎的製造，更特別的是一種裝置與 方法，能即時監控切克勞斯基法所成長的單晶矽含氧量。 大部分給製造電子電路用的單晶矽是使用切克勞斯基 (CZ)法。在該過程中，單晶矽塊的製造是將多晶矽熔於石 英掛禍内’浸入晶核到融溶的妙中，再將該晶核拉出以觸 發晶體成長，並在最佳長晶條件下成長出單晶矽。最後單 晶矽塊的氧含量非常重要。均勻分佈的氧對元件最有利， 而在軸向以及/或徑向非均勻分佈的氧對產品的均一性與 生產量有不利的影響β 石英坩堝是切克勞斯基法製造過程中單晶矽塊最主要的 乳來源。在多晶珍的溶點時’ Si〇2的内表面會溶入碎中。 熔矽中的部分氧便從熔矽的自由表面蒸發出，如揮發性 SiO ^熔矽中的氧也會跑到晶體成長中晶體與融熔體的界 面處。單晶矽含氧量一般隨晶體長度而減少，並且當辕碎 隨長晶過程而縮小時’與坩堝内表面/熔矽接觸面積的減 少有關β 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 已知有不同的方法被用來控制單晶矽含氧量以及其分佈 ’但目前的方法都缺乏能即時決定以及/或監視成長單晶 矽含氧量的機制。氧含量與分佈一般是在晶體成長完後才 來決定。典型決定含氧量的後長晶方法包括FTIR分光技術 與電阻偏移方法，分別如K i t a g a w a r a等所提的美國專利 5,386，1 18與Cazarra等所提的美國專利4,344,8 15中所揭 露的方法。然而，由晶體棒上取下測試樣品所造成的變動 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
第86Π3161號專利申請案 中文說明書修正頁(89年8月） 五、發明説明（1 ) 發明背景 ---------^ I' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本發明是有關於單晶碎的製造，更特別的是一種裝置與 方法，能即時監控切克勞斯基法所成長的單晶矽含氧量。 大部分給製造電子電路用的單晶矽是使用切克勞斯基 (CZ)法。在該過程中，單晶矽塊的製造是將多晶矽熔於石 英掛禍内’浸入晶核到融溶的妙中，再將該晶核拉出以觸 發晶體成長，並在最佳長晶條件下成長出單晶矽。最後單 晶矽塊的氧含量非常重要。均勻分佈的氧對元件最有利， 而在軸向以及/或徑向非均勻分佈的氧對產品的均一性與 生產量有不利的影響β 石英坩堝是切克勞斯基法製造過程中單晶矽塊最主要的 乳來源。在多晶珍的溶點時’ Si〇2的内表面會溶入碎中。 熔矽中的部分氧便從熔矽的自由表面蒸發出，如揮發性 SiO ^熔矽中的氧也會跑到晶體成長中晶體與融熔體的界 面處。單晶矽含氧量一般隨晶體長度而減少，並且當辕碎 隨長晶過程而縮小時’與坩堝内表面/熔矽接觸面積的減 少有關β 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 已知有不同的方法被用來控制單晶矽含氧量以及其分佈 ’但目前的方法都缺乏能即時決定以及/或監視成長單晶 矽含氧量的機制。氧含量與分佈一般是在晶體成長完後才 來決定。典型決定含氧量的後長晶方法包括FTIR分光技術 與電阻偏移方法，分別如K i t a g a w a r a等所提的美國專利 5,386，1 18與Cazarra等所提的美國專利4,344,8 15中所揭 露的方法。然而，由晶體棒上取下測試樣品所造成的變動 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第 86113161 案 rp r 9 中文說明書修正頁(89年8月） Ό .… 五、發明説明（5 ) ................. ' 本發明也針對一種系統，能以接近即時的方式決定或控 制堆瑪内溶妙池上方大氣中SiO量，熔珍氧含量，或依據 切克勞斯基法從位位溶妙拉出的單晶碎氧含量β該系統包 括SiO反應探棒，如上所述’位於熔珍池上方大氣中切克 勞斯基晶體拉出器内，將氣體樣品之S i 〇與反應物反應產 生可被偵測的產物。使用時，該探棒是用前裝載的方式或 連續饋入能與樣品中S i 0反應的反應物，該樣品經入口被 拉入反應室内’以形成可偵測產物。該系統包含一偵測器 ，用來決定所產生的產物量》 本發明的其它特性與目的’將對熟知此技術領域者更為 明顯，並在以下說明中指出來。 圖式簡單說明 圖1 (a)到至1 (e)是S i0反應探棒的不同組合圖。圖丨（a) 是一種適合用於固態反應物的组合剖視圖。圖以。是圖 1 (b)的側視圖"圖1 ( d)是再另一種適合用於固態反應物的 組合剖視圖。圖1 (e)是一種適合用於氣態或噴霧液態反應 物的組合剖視圖。 圖2 (a)到至2 (c)是切克勞斯基晶體拉出器的側视圖。圖 2(a)顯示圖l(a)SiO反應探棒的批次拉出器。圖2(b)顯示 圖1 (b)清洗管與S i 0反應探棒的批次拉出器。圖2 (c)顯示 圖l(b)SiO反應探棒的連續拉出器。 圖3是用來定量，監視以及/或控制融熔體或晶體含氧量 的系統示意圖’包含切克勞斯基晶體拉出器的侧視圖。， 圖4是關聯感測器信號Idetect〇r與氣態c〇反應產物量 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（210X297公釐） 裝 I · ； ^ir線 (請先閱讀背曲之注意事項存碘菸本夷) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印装 413704 A 7 B7 五、發明説明（2 ) ，會使得氧含量的變化無法被镇測出。 此外，習用技術缺乏可行的方法，以便能基於即時含氧 量的變化而調整那些受氧影響的製程參數。目前，是控制 由習用獨立晶體拉出經驗所得的一組特殊製程條件來進行 。基於對長晶後的分析，已經有前程式化控制方式被發展 出來極小化其含氧量的變動。然而，這些方式無法解決非 預期的擾動，如融熔傳導圖案中的突然改變。這些方式對 發展新型或變動含氧量控制方法也不夠實際。 目前，偵測或量測含氧量的即時方法已經專注到電化學 方法=例如，0 wnb y等所提的美國專利4，4 0 0，2 3 2，揭露 一種電化學感測器，決定熔矽上方大氣中氧的分壓，其中 使用固態thoria-yttria的電解液。最近，Seid丨等揭露一種 長晶時所使用的電化學氧感測器，具CaO穩定的Zr02電極 與接觸到熔矽的石墨電極之間的電化電位，被關聯到熔矽 的含氧量 0 Development of an Electrochemical Oxygen Sensor for Czochraski Silicon Melts, J. Electrochem. Soc,, Vol 141, No. 9 (September, 1994) 3 Yi 等揭露出一種類似的方式 3 Asymmetric Distribution of Oxygen Concentration in the Si Melt of a Czochralski System, J. Electrochem. Soc., Vol 143, No. 2 (February, 1996)。然而，電化系統一般有幾個缺點，包括受 限於特定位置量測與受溫度影響。此外，該系統的電極直 接接觸到熔矽，對商業應用來講是不夠實際的，因爲受從 電極而來的融熔體電位干擾以及所量測到的含氧量不夠準 度。 -5 ' 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!0X297公釐） ---^---^----裝—--丨^—訂------線 (請先¾讀背面之注意事項再y'4本頁) 第86113161號專省説考莩04 中文說明書修正頁(88年2月） A7 B7 五、發明説明（6 修正 經濟部中夹標準局員工消費合作社印製 (p p m V清洗氬氣量）的關係圖a 圖5是顯示氣態CO(ppmv清洗氬氣量）反應產物量與給未 摻雜熔矽與給掺雜〇 , 9wt%銻熔矽的溫度變化的關係圖3 圖6是顯示氣態CO(ppmv清洗氬氣量）反應產物量與不同 銻摻雜量熔矽的溫度變化的關係圖，壓力是3 〇 torr(約 4000Pa)以及 200 torr(約 2.6 7xl〇4pa)。 圖7是顯示氣態C0(ppmv清洗氬氣量）反應產物量與不同 壓力倒數（torr'1)的關係圖，分別給未摻雜熔矽與給摻雜 〇.9wt%與1.8wt%銻的溶矽。 圖8是顯示矽晶體含氧量隨長度變化的關係圖，分別針對 使用與不使用本發明控制系統的晶體成長r 本發明内容將配合圖示作更詳細的說明，圖中具有相同 數號的為相類似元件。 圖號簡單說明 】〇代表探棒 15代表本體 20代表入口 30代表反應室； 40代表出口 50代表晶體拉出器； 6 0代表清洗器； 90代表導管； 92代表真空幫浦； 100代表偵測器； -9 - 本紙張尺度適用中國國家榡率（CMS ) A4現格（210X297公釐）
In td ^^^1 nt . ^^^1 一· (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 413704 A7 _______ B7 五、發明説明（3 ) 發明摘要 本發明的目的在提供一種裝置與方法，能即時量測並控 制由切克勞斯基法所成長的切克勞斯基熔矽以及/或單晶 矽中含氧量户另一目的在精確的定量出晶體成長時含氧量 的改變：。 簡&之，本發明是針對一種能決定出溶梦池上方大氣中 SiO量的方法。該方法中，大氣所含Si〇量會與一種反應物 產生一種可被偵測到的產物。將大氣中的樣品取到取樣/ 反應探棒内之後，該反應可能會在該探棒内發生3決定產 物的量並被關聯到目前大氣中5[〇量， 本發明也針對能決定出熔矽池上方大氣中含氧量的方法 3依據一般的方法，熔矽池上方大氣中Si〇量被定量並關聯 到目前大氣中的含氧量。更特別的方法中，含有si0的樣品 從熔矽上方大氣中被取出，而且樣品中的s i 0與反應物反應 產生可被偵測的產物。決定所形成的產物量並關聯到目前 大氣中的含氧量。 本發明也針對能接近即時的方式，決定出由熔矽池中拉 出的單晶梦棒含氧量的方法。其中一種方法中，熔矽池上 方大氣中S i 0量被定量並關聯到單晶梦棒的含氧量。更特別 的方法中，含有Si0的樣品從熔矽上方大氣中被取出，並與 反應物反應產生可被偵測的產物。決定所形成的產物量並 關聯到單晶矽棒的含氧量。 本發明更進一步針對能控制由熔矽池中拉出的單晶矽棒 含氧量的方法。該控制最好是以即時或接近即時的方式進 本纸張尺度適用中囷國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐） ---^---^----裝 —----訂------線 (請先閔讀背面之注意事項再硌“，e本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製
本紙铁尺度適用中國國家標準（CNTS M4規格{ 2!ΟΧ297公釐） 經濟部中央標準局負工消費合作社印f ^13704 A7 --- —_B7 五、發明説明^ ——- 行。一般在單晶矽棒由熔矽池中拉出時，熔矽池上方大氣 中SiO量被疋量，而且改變至少一個會影響單晶矽棒含氧量 的製程條件。用來控制的製程條件所作改變的意義（亦即增 加或減少）與大小，係基於大氣中Si0量被定量到的大。 另一種万法包括將含有Si0的樣品，由熔矽池上方的大氣中 取出，與反應物反應產生可被偵測的產物。決定所形成的 產物量，而且改變至少—個會影響單晶矽棒含氧量的製程 條件。用來控制的製程條件所作改變的意義與大小，並關 聯到所決定的產物量3 此外，本發明針對一種探棒，_適合在該系統中，以即時 或接近即時的方式來決定或控制熔矽池上方大氣中S i 〇量， 或熔矽池中拉出的單晶矽棒含氧量，尤其是適合將熔矽池 上方大氣中所取出的氣體樣品之SiO，與反應物反應產生可 被偵剖的產物。該探棒包含一反應室以及入口與出口的開 口，該開口與反應室以流體方式相連。該入口爲了能將含 有S i 0的樣品從大氣到反應室拉出取樣，而被調整到能與大 氣作流體方式相連，該反應室由探棒本體所定義=探棒本 體是用一種具高熔點且能承受熔矽池上方大氣環境的材料 所作成，當放置在熔矽池上方時，最好是對熔矽無汙染的 ，而且對拉出的單晶矽棒不具汙染性3使用時，以及使用 前的前裝載實施中，該探棒進_步包含一種反應物質在反 應室内。該反應物質能與樣品中的SiO反應，產生一種可偵 測的產物·>該出口爲了能決定出產物量，而被調整到能與 一偵測器作流體方式相連。 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（2丨0x297公釐） ^ U----裝J--Ί;--訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再t4本頁)
86113161 說明書修正頁(88年6月） A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（8 到si〇所曝露的面積。在較佳反應中，否墨棉是當成反應物 用。此外，轉換程度（亦即反應量）並不嚴格的要求，轉換 s】0成一種可被偵測到物質的反應最好是具有一致、可再現 的產量。本發明不同應用中使用S10量的比較數值或藉用校 正所決定的s】o量，說明了低於100%的部分產量，如下所 示，相較於已知標準或相較於經驗式決定的資料。Si0與石 墨的反應最好是在大於約100(rc的溫度下進行，壓力等於 或大於10 t〇rr(約U3 3 3 PM。大於該數值的壓力並不嚴格 的要求，較佳的壓力範圍是约1 〇 t 〇 rr (約丨，3 3 3 p心到約3 〇 〇 torr(約4xl04Pa)。該條件下，達成與溫度無關的產量。一 般情形中，最後產物可被定量偵測出，而且最好不會進一 步反應。然而，本發明包括數個反應方案，其中直接產物 接著經過一個或數個進一步反應，以形成第二（或第三等）產 物。联好是，至少一個產物是一種氣態產物，該產物可被 偵測出，而且不會在室溫下或室溫以上凝結。一氧化碳氣 體是一種最佳產物。 依據圖1(a)，SiO依照上述反應的轉化反應最好是會在反 應探棒10中受影響。探棒1〇包括反應室3〇，入口 2〇以及出 口 4 0 ’反應室3 0由探棒本體1 5所定義，入口 2 〇以流體方式 與反應室相連’並被調整到能與熔矽上方大氣相連，以便 從大氣中取樣氣體樣品到反應室中，而出口 4 〇以流體方式 與反應室相連’並被調整到能通過氣態產物與非反應氣體 以流出反應室3 0外，並在其中一較佳實施例中，流到偵測 器上，以便決定所形成的產物量。反應室3 0的形狀與組合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第 86113161 案 rp r 9 中文說明書修正頁(89年8月） Ό .… 五、發明説明（5 ) ................. ' 本發明也針對一種系統，能以接近即時的方式決定或控 制堆瑪内溶妙池上方大氣中SiO量，熔珍氧含量，或依據 切克勞斯基法從位位溶妙拉出的單晶碎氧含量β該系統包 括SiO反應探棒，如上所述’位於熔珍池上方大氣中切克 勞斯基晶體拉出器内，將氣體樣品之S i 〇與反應物反應產 生可被偵測的產物。使用時，該探棒是用前裝載的方式或 連續饋入能與樣品中S i 0反應的反應物，該樣品經入口被 拉入反應室内’以形成可偵測產物。該系統包含一偵測器 ，用來決定所產生的產物量》 本發明的其它特性與目的’將對熟知此技術領域者更為 明顯，並在以下說明中指出來。 圖式簡單說明 圖1 (a)到至1 (e)是S i0反應探棒的不同組合圖。圖丨（a) 是一種適合用於固態反應物的组合剖視圖。圖以。是圖 1 (b)的側視圖"圖1 ( d)是再另一種適合用於固態反應物的 組合剖視圖。圖1 (e)是一種適合用於氣態或噴霧液態反應 物的組合剖視圖。 圖2 (a)到至2 (c)是切克勞斯基晶體拉出器的側视圖。圖 2(a)顯示圖l(a)SiO反應探棒的批次拉出器。圖2(b)顯示 圖1 (b)清洗管與S i 0反應探棒的批次拉出器。圖2 (c)顯示 圖l(b)SiO反應探棒的連續拉出器。 圖3是用來定量，監視以及/或控制融熔體或晶體含氧量 的系統示意圖’包含切克勞斯基晶體拉出器的侧視圖。， 圖4是關聯感測器信號Idetect〇r與氣態c〇反應產物量 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（210X297公釐） 裝 I · ； ^ir線 (請先閱讀背曲之注意事項存碘菸本夷) 第86113161號專省説考莩04 中文說明書修正頁(88年2月） A7 B7 五、發明説明（6 修正 經濟部中夹標準局員工消費合作社印製 (p p m V清洗氬氣量）的關係圖a 圖5是顯示氣態CO(ppmv清洗氬氣量）反應產物量與給未 摻雜熔矽與給掺雜〇 , 9wt%銻熔矽的溫度變化的關係圖3 圖6是顯示氣態CO(ppmv清洗氬氣量）反應產物量與不同 銻摻雜量熔矽的溫度變化的關係圖，壓力是3 〇 torr(約 4000Pa)以及 200 torr(約 2.6 7xl〇4pa)。 圖7是顯示氣態C0(ppmv清洗氬氣量）反應產物量與不同 壓力倒數（torr'1)的關係圖，分別給未摻雜熔矽與給摻雜 〇.9wt%與1.8wt%銻的溶矽。 圖8是顯示矽晶體含氧量隨長度變化的關係圖，分別針對 使用與不使用本發明控制系統的晶體成長r 本發明内容將配合圖示作更詳細的說明，圖中具有相同 數號的為相類似元件。 圖號簡單說明 】〇代表探棒 15代表本體 20代表入口 30代表反應室； 40代表出口 50代表晶體拉出器； 6 0代表清洗器； 90代表導管； 92代表真空幫浦； 100代表偵測器； -9 - 本紙張尺度適用中國國家榡率（CMS ) A4現格（210X297公釐）
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本紙铁尺度適用中國國家標準（CNTS M4規格{ 2!ΟΧ297公釐） 413V04 A7 B7 經濟部中央椋準局貝工消費合作. 社印製 五、發明説明（ 碎上方大氣中Si〇的定量還沒有被提出來。 熔矽上方大氣中Si〇量最好是利用被取出的氣體樣品來進 行足量，該氣體樣品包含有熔矽上方大氣中§1〇 ’而該si〇 會與反應物反應生成一種可被偵測到的產物，用來決定所 形成的產物量，並將所決定的產物量關聯到熔矽上方大氣 中SiO量。因爲Si0能進行反應，而且最後的產物量可以快 速的定量出，所以s i 0的定量可以接近即時的方式進行。所 使用的含里（如S i 0的或產物的）是不只包括絕對量（莫耳， 重量等）而且還包括相對量（濃度，莫耳分率，莫耳比等）以 及暫時性含量（質量流速，質量流率等）。此外，被定量或決 足的含量可以表示成—數字或一物理表示（亦即電流或電壓 信號）’如（1)相對於所決定量，以直接或相關的定量單位（ 如正比’對數，冪次等），或（2)能與所決定量相關聯的。 從落秒上方大氣被取出的氣體樣品中Si〇量最好是能依據 如下反應式與碳反應生成碳化矽與氣態一氧化碳：
Si0(g) + 2C-^SiC + C0(g)。 其它含碳材料’如二氧化碳與碳氫化物（如曱烷），也能適合 以下的反應物：
Si0(g) + CO2(g)^Si02 + C0(g);
SiO(g) + 2CH4(g)〜SiC + CO(g) + 4H2(g)。 適當的反應物可以包括其它能與從熔矽上方大氣被取出的 氣體樣品中S i ◦反應的材料，以形成可被偵測到並定量的產 物。而反應物的相態（固態，液態，氣態）並不嚴格的要求， 反應物最好是以固態形式供應，並能極小化反應物表面積 -10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X M7公釐） ---^i.----— ---訂------瘃 (请先聞讀背面之注意事項再14本頁)
86113161 說明書修正頁(88年6月） A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（8 到si〇所曝露的面積。在較佳反應中，否墨棉是當成反應物 用。此外，轉換程度（亦即反應量）並不嚴格的要求，轉換 s】0成一種可被偵測到物質的反應最好是具有一致、可再現 的產量。本發明不同應用中使用S10量的比較數值或藉用校 正所決定的s】o量，說明了低於100%的部分產量，如下所 示，相較於已知標準或相較於經驗式決定的資料。Si0與石 墨的反應最好是在大於約100(rc的溫度下進行，壓力等於 或大於10 t〇rr(約U3 3 3 PM。大於該數值的壓力並不嚴格 的要求，較佳的壓力範圍是约1 〇 t 〇 rr (約丨，3 3 3 p心到約3 〇 〇 torr(約4xl04Pa)。該條件下，達成與溫度無關的產量。一 般情形中，最後產物可被定量偵測出，而且最好不會進一 步反應。然而，本發明包括數個反應方案，其中直接產物 接著經過一個或數個進一步反應，以形成第二（或第三等）產 物。联好是，至少一個產物是一種氣態產物，該產物可被 偵測出，而且不會在室溫下或室溫以上凝結。一氧化碳氣 體是一種最佳產物。 依據圖1(a)，SiO依照上述反應的轉化反應最好是會在反 應探棒10中受影響。探棒1〇包括反應室3〇，入口 2〇以及出 口 4 0 ’反應室3 0由探棒本體1 5所定義，入口 2 〇以流體方式 與反應室相連’並被調整到能與熔矽上方大氣相連，以便 從大氣中取樣氣體樣品到反應室中，而出口 4 〇以流體方式 與反應室相連’並被調整到能通過氣態產物與非反應氣體 以流出反應室3 0外，並在其中一較佳實施例中，流到偵測 器上，以便決定所形成的產物量。反應室3 0的形狀與組合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 413704 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（9 ) ，以及入口 20,反應室30與出口 40的相對位置並不嚴格要 求a圖1 (a)與1 (b)説明反應探棒1 〇的另一種設計，具有側 向入口20用入口通道21連接到鉤狀反應器30。如下所述， 圖1 (a)與1 (b)所描述的探棒設計最好可以視使用探棒1 0的 特別應用來決定。其它探棒設計也可以使用。 反應探棒10最好也包括提供反應室30内一種反應物32的 裝置。參閱圖1(a)到1(c)，其中固態反應物將在反應室30 中使用，探棒10的探棒本體15最好是一種二件式本體，包 括第一部分1 1與第二部分1 2，並共同定義出反應室30。第 一部分丨1與第二部分1 2利用固定器1 3，以可分離的方式相 互固定位，以便讓探棒1 0能分離開，提供給反應室3 0内的 反應物，並再组合起來用。圖1(d)顯示另一種裝置，提供 給反應室3 0内的反應物，其中反應探棒丨〇包括進出控制蓋 1 6。進出控制蓋1 6利用固定器1 7固定到探棒本體1 5，而且 能被打開以及/或被移開，使得能進出到反應室30中。參 閱圖1(e)，其中一種液化固體，一種液體，一種噴霧液體 或氣態反應物將被用到反應室3 0内，可以利用反應物通口 1 8而把反應物提供給反應室3 0内，以便與反應室作液體方 式相連，並被調整到與反應物源頭作液體方式相連，使得 反應物從源頭流到反應室3 0中。另一方面，較差的實施例 中，反應探棒10可以用前裝載反應物的方式，或不用任何 裝置，一旦前裝載反應物已經耗損時，提供給反應室3〇内 的反應物，探棒本體15最好是用一種能耐高溫的材料作成 ’可以適應切克勞斯基型晶體拉出器的加熱區高溫環境， _ ___ - 12 - 衣纸張尺度適用中國國家標準{ CNS )八4規格（210 X'^公货) ' ----;---.----束一7 丨 Ί — ·'--訂-----—線 (請先閱讀背面之注意事項再-4爲本頁) A7 B7 413704 五、發明説明（10 ) 特別的疋，直接在熔矽上方與近距離範圍的大氣中。例如 ，探棒本體15的材料具有比矽還高的熔點，最好是約1500 C以上。探棒本體1 5的材料也應該是不會污染到熔矽，當 安置在熔矽池上時β石墨是較佳的材料，尤其當以〇與碳反 應的時候。其它如石英，耐高溫材料（如鉬，鎢）等也適用。 參閱圖2(a)到2(c)，其中探棒10最好位於晶體拉出器5〇 内，該晶體拉出器5 0在熔矽52的表面53上方大氣内，熔矽 表面53上方探棒1〇的確實位置並不嚴格要求，探棒應該 要被安置在垂直靠近熔矽表面53，以便讓揮發性Si〇轉換成 穩定的產物，而不會在與S i 〇結合。探棒1 〇的徑向定位會稍 微影響到S i 0的定量’因爲熔矽表面5 3的揮發性s丨〇 $ 4濃 度可以稍微在靠近晶體5 5的軸向位置之間作變動，與姑瑪 56的靠近程度作比較。因爲si〇量與熔矽52内的Si〇濃度之 間的相關性，對不同徑向位置上揮發性S丨〇 5 4量的定量可 以用來研究熔矽53内SiO濃度在徑向的變化。對這種應用， 圖1 ( a )中所描繪的反應探棒1 〇是較佳的設計。然而一般來 説’ SiO濃度的徑向變化影響最好是用圖中的另一種探 棒設計來作極小化處理，與清洗管60連結在—起，如圖 2(b)所示。一種如氬氣的鈍性清洗氣體58，最好是流到成 長矽晶塊5 5上方晶體拉出器5 0的中央，同時被清洗管6 〇的 垂直側壁62内表面61所限制住a清洗氣體58與熔矽表面53 上方大氣内的S i 0混合’而且混合物向外流出並向上穿過由 垂直側壁62的外表面63與坩堝56的内壁表面57所定義的套 管區59。SiO/鈍性氣.體混合物所穿過的套管區59，如所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐+) ----^---.----^ J—.—---訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再t.-4本頁) 經濟部中央標準局員X消費合作杜印製 413704 A7 ___B7 五、發明説明（11 ) 示的清洗通道5 9 ^在該組合中，探棒丨〇最好安置在能使得 包含S i Ο的氣體樣品從清洗通道5 9的氣體混合物中被拉進探 棒1 0的入口 20内》在最佳實施例中，用貫穿過清洗管6〇探 棒10内通道21 ’將探棒10適當的靠近垂直侧壁62的内表面 6 1 ’以便讓入口 2 0能與清洗通道5 9的氣體混合物作液體相 通。類似的設置可以用在連續切克勞斯基系統中。（圖2(c)) 。藉取樣出清洗通道5 9内氣體混合物，s i Ο濃度的徑向變化 被混合作用所平均掉。雖然單一探棒1 〇 一般是足夠的，使 用多重探棒1 〇也是在本發明的範園内3 在包含SiO的氣體樣品反應後形成一個或多個產物，至少 有一個產物的量由適當的偵測器所決定。雖然所偵測並定 量到的產物最好是氣態產物（如C 0 ( g )，Η2 (g)等），固態產 物（如S i C)也可以被定量的偵測到。此外，偵測器的確實位 置並不嚴格要求。本發明包圍住偵測器，該偵測器安置晶 體拉出器壓力邊緣内以及邊緣外。 經濟部中央標苹局員工消費合作社印製 參閱圖3 ’從包含S i 0的氣體樣品中，在探棒I 〇内所形成 的氣態產物取好疋由安置在晶體拉出器5 0外侧（亦即在其外 部）的偵測器1 〇0所決定。未反應氣體的混合物（亦即鈍性清 洗氣體）與氣態產物，參閱前述的偵測器樣品，由探棒1〇的 出口40穿過導管90到偵測器100，並與探棒1〇作液體相連 且被ό周整到與偵測！§ 1 〇 〇作液體·相連。最好是，直徑1 / * ,，（ 約6mm)的可繞曲不銹鋼導管90，向左轉到加熱區絕緣封裝 上方的晶體拉出器加熱筒。從探棒1 〇到偵測器丨〇 〇的氣體產 物的傳送，可以藉具有與導管92作液體相連的抽氣線93的 本紙張尺度適用中國國家標準（〇奶）八4規格{2丨0:<297公釐） 413704 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明) 眞空f浦92而變得更便利。眞空幫浦92最好是能產生低到 lOtorr(約l，3 33 Pa)的壓力。抽氣線93能在沿著導管的某 一點上從導管90抽氣，該導管是外接到晶體拉出器5〇，而 且在相當靠近偵測器100的位置。抽氣線93從介於第一與第 二偵測器取樣孔94，95之間的導管9〇中抽氣，會調節取樣 流速到偵測器100。可以使用單一取樣孔，但圖3所示的雙 取樣孔組合對降壓而言是一種較佳的系統，而且適合用來 與一連續取樣流旁通作連結。第一與第二取樣孔94，95之 間的壓力最好保持約500mtorr(約67Pa),以提供充足的壓 差’將偵測器樣品從探棒1 0經由導管9 〇傳送到偵測器1 〇 〇 。第一取樣孔9 5的孔徑约1 。第—取樣孔的孔徑則不嚴 格要求’最好是10 到5mm。取樣系統被調節到能取得穿 過探棒10的固定氣體質量流速，以及第—與第取樣孔94， 9 5之間的固定壓力。在該條件下，偵測器樣品以固定的體 積流速進入偵測器1 0 0中》 用來定量出偵測器樣品内特殊氣態產物量的適當偵測器 100，包括質量分析器與氣體色層偵測器，而以質量分析器 較爲適合。封閉離子源四極氣體質量分析器是一種較佳的 偵測器100，用來定量偵測樣品内的co(g)含量。封閉離子源 四極氣體分析器在離子化區’—般是操作在壓力約lxl0-4 torr(約1.3 3xlO_2Pa)，而在偵測區的壓力約在lx〗〇-6 t〇rr( 約1.33x10 4Pa)下。揮發性Si〇依據較佳反應與碳進行反 應’而氬氣當作晶體拉出器的清洗氣體5 8，偵測器樣品包 括未反應的氬氣與C0(g)。四極氣體分析器決定出c〇(g)量， 15 - 私紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210 X 297公楚） ； . I—Γ — Ί.— ---訂------線 (請先閱锖背面之注意事項再t本頁) 413704 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ΑΊ Β7 五、發明説明（Β ) 相對於36Αγ量（亦即Co莫耳/3%莫耳）。3%是以接近 CO(g)所偵測到濃度的相當量濃度存在於氬氣中的。而偵剛 器100最好能偵測到氣態樣品内I〇oy〇的氣態產物，相符的 部分偵測也適合於本發明中。如以下所述的，使用比較法 或經驗校正來説明該部分偵測。此外，所決定的c〇(g)相對 量可以表示成其它相對單位（如莫耳分率，濃度等），或是絕 對的或暫時性的相關量，基於已知的且調節過的偵測器樣 品流运。 偵測器1 0 0會輸出偵測信號（如電流，電壓等），以物理性 表示成相對於或相關於產物量。在較佳實施例中，—氧化 碳量是使用四極質量A分析器來定量，並當成偵測器用， 在樣品中CO量的決定，可以讓Ar* I%c〇的標準氣體’以 相同壓力與流速條件傳送到偵測器，當成從Si0探棒的樣品 氣& = CO，I28與36Ar，I36偵測器輸出電流，是用來量測 標準氣體與獨立的樣品氣體，而且依據以下關係式用來定 f樣品氣體的C 0 : [%c〇]samp, =[%c〇]standard* [ __pfii!^i]sarnpie*[-be__ jstandard 36 -8 background 其中〗28,background —般是〇。該關係式最好是用控制系統中一部 分的電算機所計算出，但也可以用手算以及/或如圖i所示 的圖形表示。（範例1)。 熔矽上方大氣中S i 0量與偵測器丨〇 〇的信號輸出之間的關 係，包含取樣效率’計量因子，轉化量，偵測關係與偵測 效率。其精確的關係偵測器型式而改變，關係可以用經驗 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公釐） I ^ . f-T I. 訂-----.—線 "·讀先閲讀背面之注意事項再,4:寫"瓦j 413704 A7 B7 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製
五、發明説明（W 式來決定’將偵測器信號，idetectQr，關聯到氣體樣品中如 C 0的氣態產物已知量（如濃度）(範例1)。如範例〗所示的 ，偵測器100是一種四極氣體質量分析器，用來定量出Si〇 與碳反應所形成的CO含量，偵測器100的輸出信號是與壓 力有關的’而且正比於偵測器樣品中所偵測到的產物量。 此外’偵測器樣品中的產物量（如濃度）相當於所形成的產物 量，與依反應式並依轉化程度所得的SiO反應量有關。因此 ’所偵測到的與所決定的產物量可以定量的與s i 〇反應量有 關’同時與熔矽上方大氣中所取樣到的氣體樣品中s i 〇量有 關。熔矽上方大氣中所取樣到的i體樣品中s i 0量可以由所 形成的產物量來決定，而且將該產物量關聯到用反應式與 轉化程度所得到的SiO量。爲了獲得有意義的比較資料，反 應量’樣品流速與偵測效率最好是能保持固定，使得相符 的定量關係能存在於偵測器1 0 0的偵測信號輸出與Si〇反應 量之間。SiO反應量與最後產物的定量發生在小於10分之内 較好，而能在5分鐘之内是更好的，但能在I分鐘内則是最 好。因爲晶體扛出速率相當慢，而且在5分到10分内，切克 勞斯基晶體的前進距離相當少，所以該方法基本上是即時 性的。本發明也包括那些能在更短時間内所發生的情形β 在獨立但較差的實施例中，使用光吸收法，則熔矽上方 大氣中所取樣到的氣體樣品中择發性SiO含量，也可以用即 時的或接近即時的定量出。其中，穿透雷射安置在坩堝内 ，以便送出入射光，最好是單色光，穿過熔矽上方大氣。 該入射光的強度以及/或能階是已知的。光接收器安置在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2I0X297公釐） 束 J---, -Ί1 - ^ -------線 (請先聞讀背面之注意事項再嗔寫本頁) 經濟部中央樣隼局負工消費合作社印製 413704 A7 — B7 " 1 ~· .__ 五、發明説明（15 ) 坩堝内，以便接收穿過熔矽上方大氣的入射光。接收光的 強度以及/或能階能被決足出’並與入射光做比較。二者 的差値與熔矽上方大氣中所取樣到的氣體樣品中Si〇含量有 關。 上述熔矽上方大氣中所取樣到的氣體樣品中揮發性S丨〇含 量的定量方法，可以應用到幾個應用中。例如，該定量方 法可以用來即時的決定出熔矽上方大氣中氧含量，或從熔 矽中所拉出晶體内的氧含量《在定量熔矽上方大氣中所取 樣到的氣體樣品中揮發性Sio含量後，si〇量可以關聯到嫁 矽的氧含量，或使用預先決定的經驗關係，關聯到晶體的 氧含量。在該實施例中，類似的關聯作用可以用來將產物 量（而非熔硬上方的s i 0量）關聯到炼砍的氧含量，或單晶石夕 塊的氧含量。利用決定出在融熔體或晶體中不同的已知含 氧程度時的SiO量或產物量，以求得Si〇量或產物量與溶石夕 或晶體中的氧含量之間的經驗關係。溶石夕的氧含量可以用 電化學方法來決定，或決定從熔矽的單晶矽含氧量來決定 ，而且經由遷移係數（約1 · 0 )，將晶體含氧量關聨到融猿體 含量。單晶碎含氧量可以在長晶之後決定出，使用FTIR分 光技術或電阻偏移方法=另外，晶體含氧量能用定量熔矽 中含氧量（如電化學方法）以及將熔矽中含氧量經由遷移係數 關聯到晶體含量來決定。一旦該關係決定後，便可以用來 即時的決定或監視熔矽或晶體中的含氧量^參閲圖3，伯測 器1 0 0的偵測器信號最好是直接的或間接的連接到微處理器 200(如個人電腦），具有可存取記憶體，包含有熔矽以及/ 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（W〇x297公釐） I. ; . 装 J Mi* . (1 . 線 <請先閲讀背面之注項再t4本頁) 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 413704 Μ —-------- Β7 五、發明説明〇6 ) 或晶體含氧量預先決定的肪 疋的關係β該關係的計算受微處理器 的影響，同時其結果可以 乂顯不出來，並儲存以及/或提供 給更進-步的使用。即時氧含量資料的進—步潛在應用， 包括在私序ϋ機構中使用該資料，或產生輸人信號給警 報電路。這些應用不愛座莫/你，， J不而要影響到關聯計算，最好是，非相 關性偵測器輸出信號太奋冬你& L现尽身s作輸入信號，提供給程序控制 或警報電路用。 溶妙上方Si〇i或產物量也可以用來監視溶石夕含氧量以及 (或晶體含氧量的即時變化5例如，可以追蹤出晶體含氧 里的變化。也可以決定出因製程條件改變造成的含氧量變 化’如溫度’壓力，攙雜濃度等。參閱圖3，某時間或固定 製程士數下的產物量，用上述方式決定，而且偵測器刚的 偵測器仏號輸出直接或間接的與微處理器2 〇 〇相連。微處理 器200可以監视，顯示，記錄或進_步處理該偵測器信號。 含乳量變化可用f際含氧量（如用上述預先校正來將偵測器 信號關聯到含氧量）或正比數量（如偵測器信號，hf， 代表產物量）來作監视。包含Si0探棒1〇，偵測微 處理器200的監視系統，依據所揭露的方法，計算出溫度， 壓力與銻攙雜濃度對矽晶體含氧量的影響。 (範例2，圖5，圖6與圖7)。 含氧量的改變，以實際量或正比量表示，也可以用即時 來控制熔矽中拉出的單晶矽塊的含氧量s (範例3)。可以觀 察S i 0量或產物量來手動的改變該控制，而且再手動調節〒 響晶體含氧量的製程條件。然而’最好使用—種自動: |___ - 19 - 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---： . ^—ΊΙΊΊ,--訂------線 {請先聞請背面之注意事項再奠离本頁) ^濟部中央標準局員工消费合作衽印裝 413704 A7 B7 五、發明説明（Π ) 避路的控制系統來改變控制。雖然所使用的控制系統並不特別 要求，但是溶碎上方的SiO量或產物量的定量最好是使用在 反饋或推理控制系統中，基於熔發上方S i 〇量或產物量與在 橡矽/晶體的界面上成長晶體中的氧含量的關係3控制系 統的组合並不特別要求；影響矽晶體含氧量中一個或多個 製程條件的改變，會被基於SiO量或基於產物量所影響到。 參閲圖3，使用上述的SiO反應探棒1〇與偵測器1〇〇來進 行揮發性S i ◦的定量3最後的偵測器信號是產物量的代表， 而且可以被定量的關聯到熔矽上方的s丨〇量。偵測器信號使 用在空系統中，當成成長晶體中氧含量的間接（第二）量測。 偵測器仏號被直接的或間接的（如經由微處理器2 〇 〇)傳送到 或連接到控制器300。可以使用任何標準控制器，包括類比 正比控制器'(p) ’正比積分控制器（pi)，或正比積分微分控 制器（PID)，與P ’ PI或PID類似的數位控制器。數位pID 控制器比較好。數位控制器3 0 0包含微處理器，或包含較大 微處理器200的一部分。控制器3 00能直接或間接的與分立 的微處理斋2 0 0相連’以提供使用者輸入給該控制器，資料 搜集’警報標示’程序控制追蹤等。控制器3 〇 〇 (或微處理 器200)可以改變所接收的偵測器信號，用來計算出所需製 程條件的變化量给使用者介面或資料擷取器或顯示器。例 如，控制器300(或微處理器200)將偵測器信號關聨到成長 晶體的實際含氧量，使用預定的經驗關係或理論關係。此 外’所接收到的偵測器信號可以轉化成差额信號，藉比較 偵測器信號與預設値，以及/或隨後所接收到的信號來產 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） I - - - ί - ϋ t 1 In -1^--- - I - - jm 1i mi I ---- I I. (請先閲讀背面之注意事項再t.4本頁) 413704 A7 ____B7 五、發明説明（18 ) 生。後者中’當晶塊從熔矽中拉出時，藉定量出第一溫度t| 與隨後溫度h下熔矽上方大氣中si〇量，單晶妙塊氧含量的 即時改變便被偵測出。時間^與“從偵測器1〇〇所傳送過來 的偵測器信號，被連接到控制器3 〇〇(或微處理器200)，以 比較並產生差額信號。控制器3 〇 〇能用其積體控制-微處理 器，來改變所接收到的偵測器信號，或者，用該系統微處 理器200來實現這些改變，並將改變後的信號連接到控制器 ’以產生控制信號。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 控制器3 0 0基於偵測器信號（如從偵測器1 〇 〇所接收的或由 微處理器2 0 0或控制器3 0 0改變的）來產生控制信號。典型應 用中，使用有關製程條件的控制理論，控制器轉化偵測器 信號或差額信號，變成控制信號，該製程條件被改變成會 影響到晶體含氧量的變化。該控制理論可以是基於理論的 以及/或經驗的考量。特殊情形下的控制理論，視所改變 的製和條件而定，而且视被操控並用來實現製程條件改變 的％序控制單元而定。控制器3 〇 〇產生的控制信號可以是任 意種彳a號（如氣體的或電氣的.信號），而且可以被直接或間 接的傳送到或連接到製程控制單元4 〇 〇，以改變至少一個影 響矽晶體含氧量的製程條件。一控制信號也可以被連接到 該製程控制單元400，經由微處理器200(圖3的虛線）。 影響含氧量的製程條件是習用技術所熟知的。熔矽中氧 濃度主要是受溫度，坩堝内循環程度以及晶體拉出器内的 總壓力影響。坩堝-熔矽界面的溫度以及熔矽的循環都會影 響氧的供應’從S i 0 2坩堝經由擴散作用到熔矽的體内。從 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） 413704 A7 B7 經濟部中央橾準局员工消費合作社印製 五、發明説明（19 ) 熔矽中損耗掉的氧主要是在融熔體表面的si0蒸發作用；該 晶體會移去相當少量的氧。雖然蒸發速率與熔矽中氧的濃 度，熔矽上方si〇的分壓，以及總壓力有關，而Si〇的分壓 在使用清洗氣體的c Z系統中是很小的，因此總壓力是影響 氧的損耗較爲重要的因素。因此用來影響熔矽以及/或矽 塊含氧量的製程條件，包括加熱區的溫度分佈（Ghosh等的 美國專利4,511，428);坩堝56旋轉速率（Frederick等的美 國專利4,436,577);調節坩堝旋轉速率；磁場的強度與位 置（Barraclough等的日本專利 sh〇 58[1983]-217493， WO 89/0873 1，Hirata 等的-日本專利 Hei 1[ 1 989]- 282 1 85 與 Hei 2[ 1 990]-55284，Frederick 等的美國專利 5, 178,720);晶體55的拉出速率；溶矽表面53上方氧或純 性氣體的分壓（〇〜1^丫等的美國專利4,400,232與2丨6111等 的美國專利4,59 1,409):晶體拉出器5〇的總壓（0da等的美 國專利5，131，974);以及鈍性清洗氣體58的流率（〇da等的 美國專利5，1 3 1，9 7 4 ) °本發明的控制系統包含有會影響氧 含量的這些以及其它的製程條件，不論已知存在的或未來 要發展的。利用習用技術中不同的控制單元4 〇〇，影響氧含 量的製程條件可以同時的或依序的分別控制，或一起控制 。典型的控制器單元400包括閥，繼電器，變阻器，SCR與 其他電源控制器，變速馬達，變速f浦，變速壓縮機等。 當製程控制單元4 0 0接收到控制信號，相對應製程條件便利 用控制單元400控制住，以便即時的將氧含量帶到較接近的 所需數値。製程條件改變的符號（如增加或減少）與大小是基 -22 {、紙張尺度適用中國圉家標準（[阳）六4規格（210乂297公釐） 1. . 1 —-Ι» —^^1 1*^·: . I ί l 1 (請先閱讀背面之注意事項再嚎寫本頁}
、tT 413704 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___ B7 五、發明説明（2〇 ) 於從控制器或微處理器所接收到的控制信號，經由控制單 元400的設計，而且也是基於熔矽上方Si〇量或Si〇在探棒 内反應形成的產物量。 以下範例將説明本發明的原理以及優點。 範例 1^1 :將偵測器信號，，校正到產物C0(g)濃彦 氣體混合物包含氣態一氧化碳，而且不同已知CO(g)濃度 的氬氣從氣體源備製而來，具有1%重量的C0，在氬氣中。 在約30torr(約 400Pa)與約 200torr(约 2.67xl04Pa)下，氣 體混合物以每分約1 -5公升的速率放到冷晶體拉出器内。晶 sa拉出為裝纟又有S i 0探棒’裝載石墨棉反應物，而很測器通 過探棒經由配有眞空幫浦的導管，到四極質量分析器中3 偵測器壓力約4xl〇-5torr(約5.33xl〇-3Pa)。偵測器信號輸 入， T — ^28 ^2t,{bodc^r〇und) ^detector — ---， ’36 其中h與I36是產生给C0(g)與36Ar量的電流（amp)，針對 不同C0(g)濃度被決定出，如圖4所示。偵測器信號正比於 偵測樣品的C0(g)量，而且與壓力無關。 範例2 :融熔溫度’餍力與銻攙雖濃度對CZ矽晶體氧含量的 影響 包含SiO探棒10 ’偵測器丨00與微處理器200(如圖3)的監 視系统，用來求出溫度，壓力與銻攙雜濃度對熔矽SiO蒸發 的影響。在實驗中，包含26kg熔矽的14吋石英坩堝以4rpm ； 裝，J ΊΊ-— ---訂-------線 (請先閏讀背面之注意事項再嗓碎本頁) 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Μ現格（2ΐ〇χ297公缝) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印褽 A7 虹一 B7 五、發明説明（21 ) 作旋轉。建立並保持約66.1scfh(約0.521iters/sec)的氬氣 清洗。氣態Si〇與探棒1〇内的石墨棉反應物反應，產生SiC 與一氧化碳氣體。一氧化碳量由四極質量分析偵測器100決 定。偵測器信號關聯到一氧化碳濃度（ρρτην)，基於經驗式 校正，如圖4所示（範例1)。 第一組實驗中，無攙雜與（〇.9wt%)銻攙雜的熔矽，其溫 度對溶矽Si〇蒸發的影響被決定出。圖5顯示產物濃度 (ppmv C0)對溫度（相對於浸入溫度的加熱器設定溫度》C ) 的關係’總壓固定在約2 〇 〇 torr(約2.6 7 X 1 04 P a) »如所顯 示的’ Si〇的蒸發隨溫度增加（固熔矽氧濃度增加）而增加， 但S i 0的蒸發只有微小的變化被觀察到，當纟弟在該壓力下加 到熔矽中。 另一組實驗檢視在不同壓力下，攙雜對橡5夕^丨Q蒸發的影 響a圖6顯示產物濃度（p p m ν α)如何随銻攙雜濃度（重量百 分率sb)而改變’壓力爲30torr(約4000Pa#2〇〇i〇rr(約 2.67xl04pa)。圖6所顯示的資料建議，熔矽氧含量（與熔矽 中拉出的矽晶體氧含量）在高壓下幾乎與銻攙雜濃度無關， 如與低壓下的相依關係作比較。 再另一組實驗對不同銻濃度的熔矽组成，考慮壓力對熔 矽S 10恶發的影響。圖7顯示，對無攙雜與〇 9與 KSwt%銻攙雜的熔矽，產物濃度（ρριην)*何隨壓力倒數 (torr )而改變。該資料進—步建議，在相對於低壓的高壓 時，綈攙雜濃度對氧含量的影響被極小化。 藍例3 :在CZ晶體成長^^氧含量使用s f 〇埤枰 本紙張尺度適用t國囡家標準（CNS ) A4規iT「21〇>^公楚） ----^---.---丨裝---訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再t.寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消资合作社印製 413704 A7 ----------ΒΊ_ 五 '發明説明（22 ) 從14"坩堝内26kg中產生二個晶體，使用15rpni ccW的 晶體旋轉，配合8rpm Cw的坩堝旋轉。對每—晶體，融熔 表面位置在加熱器定部底下6〇mm，而且在長晶過程中保持 在族位置=起始烘箱壓力是3〇i〇rr，氬氣流率爲 (6 0 s 1 m卜目標拉出速率分佈約爲： 拉出速率(mm/min) = l+〇.8*eXp[Length(mm)/150(mm)]。 在第一晶體成長時，總壓保持在30torr，而不控制其它 影響氧含量的製程條件9在第二晶體成長時，包含S丨〇的樣 品氣體由熔矽上方大氣中取出放入si0反應探棒内，使用如 圖2(a)所示的系統組合。Sic>與探棒内的石墨棉反應生成 CO氣體，而CO量（CO在氬氣中的濃度）由四極質量分析器 所決4。當第二晶體成長時，增加總加熱箱絕對壓力，以 保持CO量在550Ppmv以下。基於圖6範例2的結果，量 的最低限値最好是設在55 0ppmv。在長晶過程中，降低加 熱箱的節流閥（亦即降低開口的設定），一種蝴蝶型氣體節流 閥，以增加總加熱箱絕對壓力。 如圖8所示，第一晶體（封閉正方形）的氧含量，對4 2 %晶 體，在所需的含氧下限之下。然而，第二晶體（開口正方形） 氧含量，整個長度内都在所需下限之上。 以上本發明的詳細説明以及實施例，都能達到本發明的 幾個目的。本發明的解説要告知其他熟知本發明技術，原 理與實際用途的人。熟知該技術者可以變化並應用本發明 到許多形式，如同最好應用到特殊使用的需求。因此，上 述本發明的特定實施例不能據以限定本發明的範園3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公廣） ^ 裝h Ν ΊΊ ---訂------線 (請先閱讀背面之."意事項再嗔寫本頁〕
Claims (1)
- 楚狀… 413704 第86113161號專利申請邊 中文申請專利範園修正本(89年8月） 六、申請專利範圍 1· 一種在熔矽池上方大氣中定量出si〇含量的方法，係包含 有 從熔矽池上方大氣中，取出包含SiO的樣品， 將樣品中SiO與一反應物在1000°c以上之溫度及10至 300 torr之壓力下反應，形成一種可被偵測到的產物， 決定出所形成的產物量，及將所決定的產物量關聯到大 氣中的SiO量。 2 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該產物是一種氣 體產物，可在室溫下被偵測出。 3.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該產物是一種含 碳材料，同時至少一種產物是一氧化碳氣體。 4，如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在熔矽上方大氣 中的SiO量與石墨反應，生成一氧化碳氣體與碳化矽。 5. —種接近即時方式決定單晶矽塊的含氧量之方法，該矽 晶塊是從熔矽池申拉出，係包含有 經濟部十央棣準局員工消费合作社印IA8 B8 C8 D8 (請先Μ讀背面之注f項存填寫本K ) 從大氣中取出包含SiO的樣品，將樣品中的SiO與反應 物在1000°C以上之溫度及10至300 torr之壓力下反應， 形成一種可被偵測到的產物，而且決定出所形成的產物 量而定量出溶妙上方大氣中的SiO量，以及| 將定量出的SiO量關聯到晶矽塊的含氧量。 6. —種接近即時控制從熔矽池中拉出單晶矽塊的含氧量的 方法，在一組影響晶塊中氧含量的製程條件下，該方法 包含有 當矽晶塊被拉出時’從大氣中取出含si〇的樣品，將樣 本紙張尺度適用中國國家橾率（CNS ) Μ規格（2丨0X297公釐） 楚狀… 413704 第86113161號專利申請邊 中文申請專利範園修正本(89年8月） 六、申請專利範圍 1· 一種在熔矽池上方大氣中定量出si〇含量的方法，係包含 有 從熔矽池上方大氣中，取出包含SiO的樣品， 將樣品中SiO與一反應物在1000°c以上之溫度及10至 300 torr之壓力下反應，形成一種可被偵測到的產物， 決定出所形成的產物量，及將所決定的產物量關聯到大 氣中的SiO量。 2 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該產物是一種氣 體產物，可在室溫下被偵測出。 3.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該產物是一種含 碳材料，同時至少一種產物是一氧化碳氣體。 4，如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在熔矽上方大氣 中的SiO量與石墨反應，生成一氧化碳氣體與碳化矽。 5. —種接近即時方式決定單晶矽塊的含氧量之方法，該矽 晶塊是從熔矽池申拉出，係包含有 經濟部十央棣準局員工消费合作社印IA8 B8 C8 D8 (請先Μ讀背面之注f項存填寫本K ) 從大氣中取出包含SiO的樣品，將樣品中的SiO與反應 物在1000°C以上之溫度及10至300 torr之壓力下反應， 形成一種可被偵測到的產物，而且決定出所形成的產物 量而定量出溶妙上方大氣中的SiO量，以及| 將定量出的SiO量關聯到晶矽塊的含氧量。 6. —種接近即時控制從熔矽池中拉出單晶矽塊的含氧量的 方法，在一組影響晶塊中氧含量的製程條件下，該方法 包含有 當矽晶塊被拉出時’從大氣中取出含si〇的樣品，將樣 本紙張尺度適用中國國家橾率（CNS ) Μ規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央樣準局肩工消費合作社印装 413704 as B8 C8 -----—_____ 六、申請專利範圍 如的SiO與一種反應物在i〇〇〇»c以上之溫度及至3〇〇 torr之壓力下反應’生成一種可被偵測到的產物，以及決 疋出所形成的產物量而定量出熔矽池上方大氣中Si〇量， 以及 改變至少一個影響矽晶塊含氧量的製程條件，該改變是 基於所定量出的大氣SiO量。 7 .如申請專利範圍第6項所述之方法，其中取出樣品步驟 到改變至少一個影響含氧量的製程條件步驟之間的時 間，約在10分鐘之内。 8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中影響含氧量的 製程條件係利用一種自動化控制系統來改變。 9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該製程條件由 坩堝旋轉速率，坩堝旋轉速率調變，磁場強度與磁場位 置之中選取。 10. —種接近即時決定或控制熔矽池上方大氣中SiO量或熔碎 含氧量或依據切克勞斯基方式由熔矽中拉出單晶矽塊含氧 量的裝置，係包含 一 SiO .反應探棒，使得嫁:矽池上方大氣中氣體樣品的 SiO與一反應物反應，生成一種可被偵測到的產物，以及 一偵測器，決定產物量， 該反應探棒位於一切克勞斯基晶體拉出器之内，而且還 包含一反應室，一入口’一出口，該反應室由探棒本體 所定義，該入口與反應室以及大氣以流體方式相連，而 該出口與反應室以及偵測器以流體方式相連。 -2 - 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ---------裝 --------ix------泉 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 413701 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 u_^申請專利範圍第10項所述之裝置，其中該反應探棒進 ~步包含一反應材料，在反應室内，或能提供一種反應物 給反應室的裝置，該反應材料能與經由該入口而注入到反 應室的樣品氣體中SiO進行反應，生成一種可被偵測到的 產物。 12·Ι申請專利範圍第10項所述之裝置，進一步包含 —控制器，與該偵測器相連，以及 —製程控制單元，與該控制器連接並能改變至少一個會 影響到矽晶塊含氧量的製程條件》 ^1 ^1 ^1 ϋ n H n -1 (請先WT*背面之注$項再填寫本頁) 訂 經濟部t史楯準扃貝工消费合作社印装 本紙張尺度逋用中國困家標準（CNS)A4规格（210x297公釐）
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