具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举一优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图1及图 2所示，为本发明一优选实施例之单晶生长设备1，包含有一腔体10、一坩埚20、一晶体掺杂装置30及一加热模块40，所述坩埚20、晶体掺杂装置30及所述加热模块40皆设置于所述腔体10中，且所述晶体掺杂装置30设置于所述坩埚20上方，所述加热模块40用以提供所述坩埚20及所述晶体掺杂装置30热能，在本实施例中，所述加热模块40使所述容杯34 维持约700～1000℃之热场分布，以熔化晶体掺杂装置30内容置之掺杂物D，并使所述坩埚 20维持约1414℃以使硅料熔化为液态。

如图2所示，所述晶体掺杂装置30包含一罩盖32、一容杯34及一缓冲件36，其中罩盖 32、容杯34及缓冲件36可以是由耐热1500度以上且不会有污染物析出如石英或是陶瓷等耐高温材质制成，但不以前述之材料为限，所述罩盖32内部具有一容置空间S且具有朝向所述坩埚20方向的一开口321，所述容杯34与所述缓冲件36皆设置于所述容置空间S中，所述容杯34底部呈锥形并具有一开孔341，所述缓冲件36设置于所述容杯34之下方，且所述缓冲件36具有一承接面361及一出料部362，所述承接面361呈倾斜设置且位于所述容杯34 开孔341的正下方，所述出料部362连接于所述承接面361且位置低于所述承接面361。在本实施例中，容杯34与缓冲件36是分开设置的，实务上，不排除将容杯34部分或是完全设置于缓冲件36之内部容置空间中；除此之外，在本实施例中，缓冲件36是以一与容杯34相同之容杯为例说明，在其他实施例中，缓冲件36也可以是只具有承接面361及出料部362的物件，缓冲件36并不一定要具有容杯之杯身。

请配合图3，所述容杯34具有一中心轴线C，所述缓冲件36具有一锥孔36a，所述锥孔36a的一孔壁361a构成所述承接面361，所述锥孔36a具有一下开孔362a构成所述出料部362，定义有一第一参考面F1垂直所述中心轴线C，请再配合图4，所述容杯34之所述开孔341具有投影于所述第一参考面F1上的一第一投影面A1，所述下开孔362a具有投影于所述第一参考面F1上之第二投影面A2，其中所述第一投影面A1与所述第二投影面A2彼此不相交，也就是说，当液态掺杂物由所述容杯34之开孔341落下后，不会直接穿过所述缓冲件36之下开孔362a而落入坩埚20内之液态硅料的表面I，本发明之所述第一投影面A1与所述第二投影面A2彼此不相交的设计，能使液态掺杂物由所述容杯34之开孔341落下后，先与所述缓冲件36之孔壁361a接触，再滑入所述下开孔362a而落入坩埚20中之液态硅料表面I上，具有避免熔液喷溅的功效。

如图3所示所述容杯34之开孔341具有一第一中心点P1，所述缓冲件36之锥孔36a的下开孔362a具有一第二中心点P2，所述第一中心点P1与所述第二中心点P2两者中的至少一者与所述中心轴线C具有一间距，且所述间距大于等于3mm，优选地，所述间距大于等于4mm且小于等于10mm，优选为所述间距大于等于5mm且小于等于10mm，在本实施例中，所述第一中心点P1与所述中心轴线C间之间距定义为第一间距D1，所述第二中心点P2与所述中心轴线C间之间距定义为第二间距D2，其中所述第一间距D1等于所述第二间距D2，在其他实施例中，所述第一间距D1与所述第二间距D2也可以是彼此不相等。值得一提的是，在本实施例中，所述间距大于等于所述容杯34内半径R1的8％且小于等于所述容杯34内半径R1的30％，所述所述容杯34内半径R1是自所述容杯34内壁至所述容杯34中心轴线C 的最小距离，本实施例中选用所述间距大于等于所述容杯34内半径的8％且小于等于所述容杯34内半径的30％之范围是因为，当所述间距小于所述容杯34内半径R1的8％时，由于所述容杯34之开孔341与所述缓冲件36之下开孔362a之间距太近，而使得自所述容杯34之开孔341落至所述缓冲件36之所述承接面361的溶液太快由所述下开孔362a流出，导致缓冲效果不佳；而当所述间距大于所述容杯34内半径R1的30％时，则易因为所述容杯34之开孔341与所述缓冲件36之下开孔362a之间距太远，导致溶液在所述缓冲件36之所述承接面361停留时间太久而有掺杂效果不佳的问题。在其他实施例中，所述间距也能满足大于等于所述容杯34内半径R1的11％且小于等于所述容杯34内半径R1的30％，或是满足大于等于所述容杯34内半径R1的15％且小于等于所述容杯34内半径的25％之条件。

请配合图5，定义有一第二参考面F2通过所述中心轴线C并垂直于所述第一参考面F1，所述容杯34底部与所述第二参考面F2相交于两条第一线段L1，两条第一线段L1间之夹角θ1大于等于50度且小于等于70度，优选地，夹角θ1满足大于等于60度且小于等于65度，所述缓冲件36之所述承接面361与所述第二参考面F2相交于两条第二线段L2，两条第二线段L2间之夹角θ2大于等于50度且小于等于70度，优选地，夹角θ2满足大于等于60度且小于等于65度，所述容杯34及所述缓冲件36之角度设计具有能顺利导引液态掺杂物流出之功效，其中设计夹角θ1、夹角θ2大于等于50度且小于等于70度之原因在于，当夹角θ2小于50度时其缓冲效果不佳，容易因为夹角θ2过小于液态掺杂物由所述容杯34落下至所述缓冲件36时产生喷溅，而夹角θ1、夹角θ2大于70度时，则容易造成液态掺杂物流动速度太慢的问题。在本实施例中，是以夹角θ1与夹角θ2皆等于63度为例说明，实务上，夹角θ1 与夹角θ2也可以是不同角度之设计，进一步来说也可以是夹角θ2大于等于夹角θ1之设计。

请配合图6及图3，所述罩盖32内壁设置有四个卡槽，各所述卡槽具有一朝上的上开放端322a、323a，所述多个卡槽以两个为一组，分别定义为第一卡槽322及第二卡槽323，所述多个第一卡槽322设置于高于所述多个第二卡槽323的位置，且各所述第一卡槽322彼此于水平方向上相对设置、各所述第二卡槽323彼此于水平方向上相对设置，所述容杯34具有相对设置的两个凸耳342，所述缓冲件36具有相对设置的两个凸耳363，所述容杯34之凸耳 342与所述缓冲件36之凸耳363分别与所述第一卡槽322及所述第二卡槽323能拆离地连接，且各所述凸耳342、363系由各所述上开放端322a、323a进入各所述卡槽，借此，使用者在安装所述容杯34及所述缓冲件36于所述罩盖32中时，能先将所述容杯34由所述罩盖32开口321置入所述容置空间S中后，将所述容杯34之凸耳342设置于所述罩盖32之第一卡槽 322中，而后再将所述缓冲件36由所述罩盖32开口321置入所述容置空间S中后，将所述缓冲件36之凸耳363设置于所述罩盖32之第二卡槽323中，所述容杯34之凸耳342与所述缓冲件36之凸耳363分别与所述第一卡槽322及所述第二卡槽323能拆离地设置，具有方便拆装之功效，除此之外，所述容杯34与所述缓冲件36之两件式的设计，具有方便拆装、清洗之效果。

值得一提的是，如图2所示，在本实施例中，所述容杯34与所述缓冲件36是以两个相同的烧杯为例说明，借此，当使用者在安装所述容杯34与所述缓冲件36时，能先将所述容杯34之凸耳342设置于所述罩盖32之第一卡槽322中，而后再将所述缓冲件36相对所述容杯34设置的方向于水平旋转180度，并将所述缓冲件36之凸耳363设置于所述罩盖32之第二卡槽323中，如此一来，即可达成所述容杯34之开孔341与所述缓冲件36之下开孔362a 彼此交错的设置，具有方便安装之功效。

请配合图7，所述罩盖32在所述开口321的周缘具有第一凹槽324及第二凹槽325，所述第一凹槽324是自所述开口321的周缘凹陷形成，所述第一凹槽324之槽底距离所述开口 321之最小距离h1为大于等于5mm且小于等于15mm，选用所述第一凹槽324之槽底距离所述开口321之最小距离h1为大于等于5mm且小于等于15mm之范围是因为，当所述最小距离小于5mm时，所述坩埚20内之液态硅料会因虹吸效应被吸入所述罩盖32内，而当所述最小距离h1大于15mm时，则会因为所述第一凹槽324之开口过大而导致过度挥发，进而影响掺杂效率，在其他实施例中，所述第一凹槽324之槽底距离所述开口321之最小距离h1 为满足大于等于8mm且小于等于15mm之条件，或是满足大于等于5mm且小于等于10mm 之条件。所述第二凹槽325是自所述第一凹槽324之槽底凹陷形成，所述第二凹槽325之槽底距离所述开口321之最小距离h2为大于所述第一凹槽324之槽底距离所述开口321之最小距离h1，且所述第二凹槽325之槽底距离所述开口321之最小距离h2大于等于10mm且小于等于20mm，借此，所述罩盖32之开口321能更设置于接触或是靠近所述坩埚20内液态硅料表面I的位置以将受热挥发之气态掺杂物限制于罩盖32内避免气态掺杂物过度挥发，且当所述罩盖32之开口321接触所述坩埚20内液态硅料表面I时，所述罩盖32之容置空间S 能通过所述第一凹槽324及第二凹槽325与外部相连通，其可避免掺杂物进入液态硅料后，所述罩盖32内部压力减小而将液态硅料吸入所述罩盖32内部，使得液面升高而使所述罩盖 32之容置空间S形成一密闭空间，且当第一凹槽324被所述坩埚20内液态硅料表面淹没时，通过所述第二凹槽325之设计，所述罩盖32之容置空间S还是能与罩盖32外部空间相连通，在本实施例中，所述罩盖32于所述开口321的周缘具有两个相对设置的第一凹槽324，每个第一凹槽324之槽底两侧凹陷形成有两个第二凹槽325。

在本实施例中，如图8所示，第一凹槽324是以两个一组且各所述第一凹槽324呈相对设置为例说明，其中所述多个第一凹槽324以彼此相对的方式设置，具有使所述罩盖32之容置空间S与罩盖32外部空间之间的气流流动稳定之功效，实务上，所述第一凹槽324之数量也可以是大于一组，一样具有使所述罩盖32之容置空间S与外部相连通，以避免所述罩盖32之内部容置空间S与外部产生压差之功效。

值得一提的是，在本实施例中，是以所述多个第二凹槽325设置于所述第一凹槽324之槽底两侧说明，也就是所述第二凹槽325a、325b是自所述第一凹槽324之槽底凹陷形成，在其他实施例中，如图9所示，所述第二凹槽325a、325b也可以是与各所述第一凹槽324相分离的设置，也就是所述第二凹槽325a、325b是自所述开口321的周缘凹陷形成，且所述第二凹槽325a、325b之槽底距离所述开口321之最小距离ha2、hb2能选用ha2不等于hb2之设置(如图9)或是ha2等于hb2之设置，除此之外，所述第二凹槽325a、325b之槽宽wa2、 wb2能选用wa2不等于wb2之设置或是wa2等于wb2(如图9)之设置，一样能达成当第一凹槽324被所述坩埚20内液态硅料表面淹没时，通过所述第二凹槽325a、325b之设计，所述罩盖32之容置空间S能与罩盖32外部空间相连通之效果，此外，在上述所述第二凹槽325a、 325b与各所述第一凹槽324相分离的设置之实施例中，第二凹槽之数量也可以是两个或是大于两个。

除此之外，在本实施例中，所述第一凹槽324之槽宽w1满足大于等于所述罩盖32内直径R2(配合图3)之25％且小于等于50％，所述第二凹槽325之槽宽w2满足大于等于所述罩盖32内直径R2之5％且小于等于10％之条件，所述所述罩盖32内直径R2为所述罩盖32 内壁之横向圆形切面之直径，选用所述第一凹槽324之槽宽w1满足大于等于所述罩盖32内直径R2之25％且小于等于50％之条件是因为，当所述第一凹槽324之槽宽w1小于罩盖32 内直径R2之25％时，所述坩埚20内液态硅料会因虹吸效应被吸入所述罩盖32内，而当所述第一凹槽324之槽宽w1大于罩盖32内直径R2之50％时，则会造成气态掺杂物过度挥发，因此，选用本发明之所述第一凹槽324之槽宽w1满足大于等于所述罩盖32内直径R2之25％且小于等于50％之条件，可有效地将受热挥发之气态掺杂物限制于罩盖32内并避免气态掺杂物过度挥发。在其他实施例中，所述第一凹槽324之槽宽w1满足大于等于所述罩盖内直径 R2之30％且小于等于50％之条件或所述第一凹槽324之槽宽w1满足大于等于所述罩盖内直径R2之35％且小于等于50％之条件。实务上，第一凹槽与第二凹槽也可以是其他例如弧形、倒V形或是任何形状，并不以本发明之实施例为限。

值得一提的是，在本实施例中，是以所述罩盖32之开口321接触所述坩埚20内液态硅料表面I为例说明，以有效的将受热挥发之气态掺杂物限制于罩盖32内避免气态掺杂物过度挥发，实务上，如图10所示所述罩盖32之开口321与液态硅料表面I间之最小距离h3以满足小于等于10mm之条件为佳，在其他实施例中，所述罩盖32之开口321与液态硅料表面I间之最小距离h3能满足小于等于5mm或小于等于1mm，一样可达成避免气态掺杂物扩散之效果。

续请参阅下列表1，其中实验组是使用本发明之晶体掺杂装置30进行掺杂之实验数据，对照组是使用现有晶体掺杂装置之掺杂数据，所述现有之晶体掺杂装置系将固态硅料置放于坩埚中熔化为液态硅料后，将烧结于晶种上之固态掺杂物通过吊线垂降至液态硅料中，使得上述固态掺杂物与液态硅料接触而进行掺杂。其中，根据量测掺杂完成之产品的电阻值，可计算出实际掺入产品之掺杂物的量，而通过计算实际掺入产品之掺杂物的量及投入之掺杂物总量之比例关系可得出掺杂效益，根据表1所示，可知使用本发明之晶体掺杂装置30进行掺杂相较对照组能得到具有较高掺杂效益之产品，也就是说，使用本发明之晶体掺杂装置30进行气态与液态掺杂，能有效减少气态掺杂物扩散挥发，其掺杂效率较对照组使用固态掺杂之掺杂效率更佳。

【表1】

据上所述，当所述容杯34中容置之固态掺杂物D受热熔化为液态后，液态之掺杂物能经所述容杯34之开孔341流出并落在所述缓冲件36之承接面361上，再经由倾斜设置的所述承接面361之导引而流至所述出料部362，而后自所述出料部362进入所述坩埚20中。借由所述缓冲件36之承接面361之缓冲，能改善现有晶体掺杂装置直接将固态或液态之掺杂物投入液态硅中，造成熔液飞溅的问题。除此之外，本发明之罩盖32的设计能将受热挥发之气态掺杂物限制于罩盖32内，使气态的掺杂物也能由液态的硅料之液面扩散进入硅料中，具有提升掺杂效率的功效。

以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为之等效变化，理应包含在本发明之专利范围内。

附图标记说明

[本发明]

1：单晶生长设备

10：腔体

20：坩埚

30：晶体掺杂装置

32：罩盖

321：开口

322：第一卡槽

322a、323a：上开放端

323：第二卡槽

324：第一凹槽

325：第二凹槽

34：容杯

341：开孔

342：凸耳

36：缓冲件

361：承接面

362：出料部

363：凸耳

36a：锥孔

361a：孔壁

362a：下开孔

40：加热模块

A1：第一投影面

A2：第二投影面

C：中心轴线

D：掺杂物

D1：第一间距

D2：第二间距

F1：第一参考面

F2：第二参考面

I：表面

L1：第一线段

L2：第二线段

P1：第一中心点

P2：第二中心点

S：容置空间

θ1、θ2：夹角

R1：内半径

R2：内直径

h1、h2、h3、ha2、hb2：距离

w1、w2、wa2、wb2：槽宽

A、B：剖视方向。