一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制系统及方法；所述控制系统包括：设置于热屏下部的L型石英硝，所述石英硝的测量端垂直于待测熔体液面且沿竖直向下方向，并且低于所述热屏的最低点；图像检测单元，经配置为获取所述测量端与所述测量端在所述待测熔体液面上形成的倒影之间的像素距离；与所述图像检测单元电连接的埚升校准单元，所述埚升校准单元经配置为根据所述像素距离确定所述测量端与所述待测熔体液面之间的实际距离；与所述埚升校准单元电连接的增益控制单元，所述增益控制单元经配置为基于所述实际距离，按照设定的校准条件来校准埚升速度。按照设定的校准条件来校准埚升速度。按照设定的校准条件来校准埚升速度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制系统及方法


[0001]本专利技术实施例涉及半导体制造
，尤其涉及一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，单晶硅棒是大多数半导体元器件的基底材料，其中绝大多数的单晶硅棒都是由切克劳斯基(Czochralski)法，又或被称之为直拉法制造。该方法运用熔体的冷凝结晶驱动原理，在固体和液体的交界面处，由于熔体温度下降产生由液体转换成固态的相变化。具体来说，通过将多晶硅原料放置于石英坩埚内加热熔化，在单晶硅棒制造过程中，首先让籽晶与熔体相接触，使固液界面处的熔体沿着籽晶冷却结晶，并通过缓慢拉出籽晶而生长出单晶硅棒。通常来说，在缩颈工艺完成之后通过降低拉速或熔体温度来放大晶体生长直径直至达到目标直径；在转肩工序之后，通过控制拉速和熔体温度使晶体生长进入“等径生长”阶段，最后，通过增大拉速和提高熔体温度使晶体生长面的直径逐步减小形成尾锥，直至最后晶体离开熔体表面，即完成了整根单晶硅棒的制造。
[0003]在单晶硅棒的生长过程中，根据Voronkov的缺陷理论，晶体生长界面附近处的温度梯度是决定晶体内微缺陷形成的关键因素之一。另一方面，由晶体生长界面处温度梯度决定的界面形状也对晶体生长的稳定性、均匀性等起到了关键影响。因此，为生长得到集成电路(Integrated Circuit，IC)用的单晶硅棒，必须严格控制晶体生长界面处的温度梯度。众所周知地，在带有热屏结构的热场中，熔体液面与热屏之间的距离显著影响晶体生长界面处的温度梯度，因此在单晶硅棒生长过程中需要严格控制熔体液面与热屏之间的距离。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制系统及方法；能够有效降低因液面间距的波动而引起的单晶硅棒品质的变化，提升单晶硅棒的生产品质。
[0005]本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制系统，所述控制系统包括：
[0007]设置于热屏下部的L型石英硝，所述石英硝的测量端垂直于待测熔体液面且沿竖直向下方向，并且低于所述热屏的最低点；
[0008]图像检测单元，经配置为获取所述测量端与所述测量端在所述待测熔体液面上形成的倒影之间的像素距离；
[0009]与所述图像检测单元电连接的埚升校准单元，所述埚升校准单元经配置为根据所述像素距离确定所述测量端与所述待测熔体液面之间的实际距离；
[0010]与所述埚升校准单元电连接的增益控制单元，所述增益控制单元经配置为基于所述实际距离，按照设定的校准条件来校准埚升速度。
[0011]优选地，所述增益控制单元，还经配置为：
[0012]当所述实际距离大于设定的液面间距最大值时，所述埚升速度提升设定的第一百分比；或者，
[0013]当所述实际距离小于设定的液面间距最小值时，所述埚升速度降低所述设定的第一百分比。
[0014]示例性地，所述设定的第一百分比为5％～8％。
[0015]优选地，所述增益控制单元，还经配置为：
[0016]当所述实际距离小于所述设定的液面间距最大值且大于所述设定的液面间距最小值时：
[0017]当所述实际距离大于目标液面间距时，所述埚升速度提升设定的第二百分比；或者，
[0018]当所述实际距离小于所述目标液面间距时，所述埚升速度降低所述设定的第二百分比。
[0019]示例性地，所述设定的第二百分比为1％～2％。
[0020]第二方面，本专利技术实施例提供了一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制方法，所述控制方法能够应用于第一方面所述的控制系统，所述控制方法包括：
[0021]利用图像检测单元获取石英硝的测量端与所述测量端在待测熔体液面上形成的倒影之间的像素距离；
[0022]根据所述像素距离确定所述测量端与所述待测熔体液面之间的实际距离；
[0023]基于所述实际距离，按照设定的校准条件来校准埚升速度。
[0024]优选地，所述基于所述实际距离，按照设定的校准条件来校准埚升速度，包括：
[0025]当所述实际距离大于设定的液面间距最大值时，所述埚升速度提升设定的第一百分比；或者，
[0026]当所述实际距离小于设定的液面间距最小值时，所述埚升速度降低所述设定的第一百分比。
[0027]示例性地，所述设定的第一百分比为5％～8％。
[0028]优选地，所述基于所述实际距离，按照设定的校准条件来校准埚升速度，还包括：
[0029]当所述实际距离小于所述设定的液面间距最大值且大于所述设定的液面间距最小值时：
[0030]当所述实际距离大于目标液面间距时，所述埚升速度提升设定的第二百分比；或者，
[0031]当所述实际距离小于所述目标液面间距时，所述埚升速度降低所述设定的第二百分比。
[0032]示例性地，所述设定的第二百分比为1％～2％。
[0033]本专利技术实施例提供了一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制系统及方法；通过在现有的单晶炉中设置石英硝、图像检测单元、埚升校准单元以及增益控制单元，以利用图像检测单元获取石英硝的测量端与测量端在待测熔体液面中形成的倒影之间的像素距离，从而通过埚升校准单元根据像素距离获得待测熔体液面的实际位置，进而利用增益控制单元根据待测熔体液面的实际位置来校准埚升速度，实现了对单晶硅棒生长过程中液面间距
的稳定控制，以获得高品质的单晶硅棒。
附图说明
[0034]图1为本专利技术实施例提供的一种单晶炉结构示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例提供的石英硝结构示意图；
[0036]图3为本专利技术实施例提供的一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制系统组成示意图；
[0037]图4为本专利技术实施例与现有技术中单晶硅棒生长过程中液面间距变化示意图；
[0038]图5为本专利技术实施例提供的一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制方法流程示意图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0040]参见图1，其示出了能够实现本专利技术实施例技术方案的单晶炉1，该单晶炉1可以包括：炉体10；其中，炉体10中设有热屏20，加热系统和提拉系统；其中，
[0041]加热系统包括石墨坩埚30、石英坩埚40以及石墨加热器50；其中，石英坩埚40用于盛放多晶硅原料。多晶硅原料在石英坩埚40中被加热熔化为熔体MS，石墨坩埚30包裹在石英坩埚40的外侧，用于在加热过程中对石英坩埚40提供支撑，石墨加热器50设置在石墨坩埚30的外侧。
[0042]提拉系统包括竖直设置的坩埚轴60和籽晶缆70；其中，籽晶缆70设置在石英坩埚40的上方，坩埚轴60设置在石墨坩埚30的底部。在具体实施过程中，籽晶缆70的底部通过夹具安装有籽晶，其顶部连接有籽晶驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于单晶硅棒生长的液面间距的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：设置于热屏下部的L型石英硝，所述石英硝的测量端垂直于待测熔体液面且沿竖直向下方向，并且低于所述热屏的最低点；图像检测单元，经配置为获取所述测量端与所述测量端在所述待测熔体液面上形成的倒影之间的像素距离；与所述图像检测单元电连接的埚升校准单元，所述埚升校准单元经配置为根据所述像素距离确定所述测量端与所述待测熔体液面之间的实际距离；与所述埚升校准单元电连接的增益控制单元，所述增益控制单元经配置为基于所述实际距离，按照设定的校准条件来校准埚升速度。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述增益控制单元，还经配置为：当所述实际距离大于设定的液面间距最大值时，所述埚升速度提升设定的第一百分比；或者，当所述实际距离小于设定的液面间距最小值时，所述埚升速度降低所述设定的第一百分比。3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述设定的第一百分比为5％～8％。4.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述增益控制单元，还经配置为：当所述实际距离小于所述设定的液面间距最大值且大于所述设定的液面间距最小值时：当所述实际距离大于目标液面间距时，所述埚升速度提升设定的第二百分比；或者，当所述实际距离小于所述目标液面间距时，所述埚升速度降低所述设定的第二百分比。5.根据权利要求4所述的控制系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘浩，全铉国，
申请(专利权)人：西安奕斯伟硅片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：