CN115807259A - 晶体生长装置和确定引晶埚位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶体生长装置，包括：炉体；坩埚，用于容纳硅熔液；加热器结构，围设于坩埚的外围，以对坩埚进行加热；保温层，设置于加热器结构的外围；导流筒，呈桶状并沿竖直方向设置在炉体内的硅熔液的上方；导流筒升降结构，设置于炉体的顶部，用于控制导流筒的升降，并使得导流筒和保温层之间在炉体的轴向方向上始终具有间隙。本发明还涉及一种确定引晶埚位的方法。通过导流筒升降结构控制导流筒的升降，并使得导流筒和保温层之间在炉体的轴向方向上始终具有间隙，相对于传统技术中，导流筒支撑于保温层顶端，解决保温层形变造成的导流筒的位置发生变化的问题，保证液面位置和导流筒之间的相对位置关系的稳定。

Description

晶体生长装置和确定引晶埚位的方法

技术领域

本发明涉及硅产品制作技术领域，尤其涉及一种晶体生长装置和确定引晶埚位的方法。

背景技术

在半导体领域，硅单晶棒生长在引晶过程中，需要确认每炉的引晶埚位，通过控制导流筒至硅溶液液面的液位间距来确认适当的引晶埚位，进而找到合适的引晶温度，进行单晶拉制。另外对于不同的液面高度，为了控制稳定的晶体直径需要通过频繁调节直径控制传感器的位置或角度，因此稳定的液面位置对于直径控制尤为重要。

目前确定引晶埚位的方式为：开炉前操作工先量测探针突出部分长度，开炉并熔料完成后，导流筒下降至盖板上，操作工首先上升坩埚的位置，至探针接触硅熔液的液面后，记录接触埚位，再根据工艺要求的引晶液位间距减去探针突出部分的长度，得出坩埚需下降的距离，从而确定引晶埚位。该操作由于热场的保温层在开炉过程中会变形，导流筒置于保温层顶部的盖板上，导流筒位置会跟随热场的变形而发生变化，确认引晶埚位后，液面的位置相对于导流筒的位置发生变化，影响每炉直径、温度、拉速的控制，进而影响晶棒的品质。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种晶体生长装置和确定引晶埚位的方法，解决由于导流筒的位置随着保温层形变而发生变换，引起液晶埚位变换的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种晶体生长装置，包括：

炉体；

坩埚，设置于所述炉体内部，用于容纳硅熔液；

加热器结构，围设于所述坩埚的外围，以对所述坩埚进行加热；

保温层，设置于所述加热器结构的外围；

导流筒，沿竖直方向设置在所述炉体内的所述硅熔液的上方；

导流筒升降结构，设置于所述炉体的顶部，用于控制所述导流筒的升降，并使得所述导流筒和所述保温层之间沿所述炉体的轴向方向上具有间隙。

可选的，所述炉体包括炉盖，所述导流筒升降结构包括提拉杆和用于控制所述提拉杆升降的升降单元，所述拉杆穿过所述炉盖并与所述导流筒连接。

可选的，所述升降单元包括丝杠和驱动电机；

所述提拉杆通过连接块螺栓连接于所述丝杠上；

所述驱动电机用于驱动所述丝杠旋转以控制所述提拉杆沿着所述丝杠移动，以带动所述导流筒升降。

可选的，还包括固定于所述炉盖上的刻度尺，所述刻度尺位于所述提拉杆的一侧，且所述刻度尺上的刻度值沿着所述导流筒的升降方向设置；

所述提拉杆朝向所述刻度尺的一侧设置有指向块。

可选的，所述保温层靠近所述炉体的顶部一端与所述导流筒靠近所述炉体的顶部的一端之间具有间隙。

可选的，所述导流筒靠近所述炉体的顶部的一端设置有挡风板，在所述炉体的径向方向上，部分所述挡风板延伸至所述保温层的上方，以遮挡部分所述保温层，且所述挡风板与所述保温层之间具有间隙。

可选的，所述挡风板在所述炉体的轴向方向上的截面形状呈Z字形，所述挡风板包括与所述导流筒连接的第一部分，位于所述保温层的上方的第二部分，以及位于所述第一部分和所述第二部分之间的第三部分，所述第一部分和所述第二部分平行设置。

可选的，所述挡风板在所述保温层上的正投影覆盖所述保温层的顶端的第一区域，所述第一区域向靠近所述炉体的底部的方向下沉以形成凹槽。

本发明实施例还提供一种确定引晶埚位的方法，采用上述的晶体生长装置进行确定，包括以下步骤：

化料完成后，控制导流筒和/或坩埚进行升降运动，使得导流筒靠近炉体的底部的一端的探针接触硅熔液；

根据预设液位间距确定所述导流筒或者所述坩埚需要升降的距离，并根据该距离控制所述导流筒或所述坩埚进行升降，以确定引晶埚位；

其中，所述导流筒和所述保温层之间沿所述炉体的轴向方向上具有间隙。

可选的，所述炉体包括炉盖，所述导流筒升降结构包括提拉杆和用于控制所述提拉杆升降的升降单元，所述提拉杆穿过所述炉盖与所述导流筒连接；

所述升降单元包括丝杠和驱动电机；

所述提拉杆通过连接块螺栓连接于所述丝杠上；

所述驱动电机用于驱动所述丝杠旋转以控制所述提拉杆沿着所述丝杠移动，以带动所述导流筒升降；

所述晶体生长装置还包括固定于所述炉盖上的刻度尺，所述刻度尺位于所述提拉杆的一侧，且所述刻度尺上的刻度值沿着所述导流筒的升降方向设置；

所述提拉杆朝向所述刻度尺的一侧设置有指向块；

所述确定引晶埚位的方法包括以下步骤：

化料完成后，控制坩埚上升至预设位置；

控制导流筒下降，直至导流筒靠近炉体的底部的一端的探针接触硅熔液，并记录当前刻度值；

根据预设液位间距确定导流筒需上升的距离，并根据该距离控制导流筒上升，并记录所述导流筒上升后的刻度值，并以该刻度值所在的位置作为相同工艺条件下的导流筒的标准位置。

本发明的有益效果是：通过导流筒升降结构控制所述导流筒的升降，并使得所述导流筒和所述保温层之间在所述炉体的轴向方向上始终具有间隙，相对于传统技术中，导流筒支撑于保温层顶端，解决保温层形变造成的导流筒的位置发生变化的问题，保证液面位置和导流筒之间的相对位置关系的稳定。

附图说明

图1表示本发明实施例中的晶体生长装置的示意图；

图2表示本发明实施例中的导流筒和保温层的位置关系示意图一；

图3表示本发明实施例中的导流筒和保温层的位置关系示意图二；

图4表示本发明实施例中的引晶埚位确定方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考图1-图3，本实施例提供一种晶体生长装置，包括：

炉体10；

坩埚9，设置于所述炉体10内部，用于容纳硅熔液；

加热器结构101，围设于所述坩埚9的外围，以对所述坩埚9进行加热；

保温层7，设置于所述加热器结构101的外围；

导流筒1，呈桶状并沿竖直方向设置在所述炉体10内的所述硅熔液的上方；

导流筒1升降结构，设置于所述炉体10的顶部，用于控制所述导流筒1的升降，并使得所述导流筒1和所述保温层7之间在所述炉体10的轴向方向上始终具有间隙。

传统技术中，导流筒1支撑于保温层7顶部的盖板71上，将导流筒1置于盖板71上后，首先通过上升坩埚9，使得硅熔液与探针11的突出部分接触，记录接触埚位后，再根据所需的液位间距控制坩埚9下降，从而确定引晶埚位。在确定引晶埚位的过程中，是在导流筒1置于盖板71上后，基于导流筒1的位置，通过移动坩埚9进行确定的，但是由于保温层7会发生膨胀等形变，导致导流筒1的位置发生变化，则液面的位置相对于导流筒1的位置发生变化，影响每炉直径、温度、拉速的控制，进而影响晶棒的品质。本实施例中，打破保温层7对导流筒1的位置的限定，通过导流筒1升降结构控制所述导流筒1的升降，并使得所述导流筒1和所述保温层7之间在所述炉体10的轴向方向上始终具有间隙，这样即使保温层7发生形变，不会影响导流筒1的位置，硅熔液的液面位置相对于导流筒1的位置不会发生变化，进而确保液面位置与加热器结构101的相对位置关系的稳定，从而节约稳定试温的时间并提升了晶棒品质。

并且由于本实施例中的晶体生长装置，使得导流筒1摆脱了盖板71对导流筒1的位置的限定，则在调整液位间距，进行引晶埚位的确定时，可以先调整导流筒1到预设位置后，再根据所需的液位间距，相对于导流筒1的位置调整坩埚9的位置，也可以先将坩埚9移动至一预设位置后，再根据所需的液位间距，相对于坩埚9的位置调整导流筒1的位置，调节比较灵活。

示例性的实施方式中，所述炉体10包括炉盖8，所述导流筒1升降结构包括提拉杆2和用于控制所述提拉杆2升降的升降单元3，所述提拉杆2穿过所述炉盖8与所述导流筒1连接。

示例性的，所述升降单元3包括丝杠31和驱动电机32；

所述提拉杆2通过连接块4螺栓连接于所述丝杠31上，所述连接块4的一端固定连接于所述提拉杆2远离所述导流筒1的一端，所述连接块4的另一端设置有连接孔，所述连接孔内壁上设置有内螺纹，所述连接孔螺旋连接于所述丝杠31上；

所述驱动电机32用于驱动所述丝杠31旋转以控制所述提拉杆2沿着所述丝杠31移动，以带动所述导流筒1升降。

示例性的实施方式中，所述晶体生长装置还包括固定于所述炉盖8上的刻度尺5，所述刻度尺5位于所述提拉杆2的一侧，且所述刻度尺5上的刻度值沿着所述导流筒1的升降方向设置；

所述提拉杆2朝向所述刻度尺5的一侧设置有指向块。

示例性的，所述连接块4可复用为所述指向块，以简化结构。

在进行引晶埚位的确定时，先将坩埚9上升至一预设位置，然后调节所述导流筒1的位置，使得导流筒1的一端的探针11的突出部分接触硅熔液的液面，此时可以记录第一刻度值；然后根据所需的液位间距获取导流筒1需要移动的距离，并据此距离移动所述导流筒1至第二位置，此时可距离第二刻度值。通过所述刻度尺5的设置，可以直观的进行移动所述导流筒1。并且可将第二刻度值设定为标准值，在同等拉晶工艺条件(包括等量的硅料的引晶条件等)下，可将所述导流筒1的位置直接调节至所述第二刻度值对应的位置，节省工序，提高效率。

示例性的实施方式中，所述保温层7呈筒状设置，所述保温层7靠近所述炉体10的顶部一端与所述导流筒1靠近所述炉体10的顶部的一端之间具有间隙。该间隙的存在保证所述导流筒1的位置不受保温层7形变的影响。

示例性的实施方式中，所述导流筒1靠近所述炉体10的顶部的一端设置有挡风板12，在所述炉体10的径向方向上，部分所述挡风板12延伸至所述保温层7的上方，以遮挡部分所述保温层7，且所述挡风板12与所述保温层7之间具有间隙。

需要说明的是，一些实施方式中，所述保温层7靠近所述炉体10的顶部的一端设置有盖板71，所述导流筒1和所述保温层7之间具有间隙，指的是所述导流筒1和所述盖板71之间具有间隙，所述挡风板12遮挡的也是所述盖板71。

所述导流筒1通常是由石墨材料制成的倒锥形屏蔽物，用于调节氩气的流向和流速，使向下吹的氩气集中到晶体的生长界面附近，以及阻止高温的液面和坩埚9对冷却中的晶体的热辐射传递，提高晶体表面对周围的热输出，提高晶体侧热传出速率和晶体侧的温度梯度。传统技术中，所述导流筒1支撑于所述保温层7上，本实施例中，所述导流筒1与所述保温层7分离，使得所述导流筒1和所述保温层7之间存在间隙，为了避免氩气进入该间隙影响晶体的生长质量，通过设置挡风板12来遮挡所述导流筒1和所述保温层7之间的间隙。

示例性的，所述导流筒1呈筒状，则所述挡风板为设置于所述导流筒1的顶部的环形结构。

参考图1和2，示例性的，所述挡风板12为环形平面结构。

参考图3，示例性的实施方式中，所述挡风板12在所述炉体10的轴向方向上的截面形状呈Z字形，所述挡风板12包括与所述导流筒1连接的第一部分121，位于所述保温层7的上方的第二部分122，以及位于所述第一部分121和所述第二部分122之间的第三部分123，所述第一部分121和所述第二部分122平行设置。

Z字形的设置使得在所述炉体10的轴向方向上，所述第二部分122与所述炉体10的底部之间的距离大于所述第一部分121与所述炉体10的底部之间的距离，从而增大所述第二部分122与所述保温层7之间的距离，有效的避免所述导流筒1与所述保温层7接触。

示例性的实施方式中，所述挡风板12在所述保温层7上的正投影覆盖所述保温层7的顶端的第一区域，所述第一区域向靠近所述炉体10的底部的方向下沉以形成凹槽711。

所述凹槽711的设置有效的避免所述导流筒1与所述保温层7接触，保证所述保温层7和所述导流筒1之间在所述炉体10的轴向方向上的间隙的存在。

参考图4，本发明实施例还提供一种确定引晶埚位的方法，采用上述的晶体生长装置进行确定，包括以下步骤：

化料完成后，控制导流筒1和/或坩埚9进行升降运动，使得导流筒1靠近炉体10的底部的一端的探针11接触硅熔液，其中所述导流筒1与保温层之间具有间距；

根据预设液位间距确定所述导流筒1或者所述坩埚9需要升降的距离，并根据该距离控制所述导流筒1或所述坩埚9进行升降，以确定引晶埚位。

通过本实施例中晶体生长装置，使得所述导流筒1脱离了所述保温层7的限定，从而在进行液位间距的调控时，可以移动所述导流筒1和所述坩埚9中的至少一个，保证硅溶液的液面位置的稳定，避免液面和导流筒1之间的距离的变化，进一步的避免液面和加热器结构之间的相对位置关系的变换。

需要说明的是，根据预设液位间距确定所述导流筒1或者所述坩埚9需要升降的距离，具体的所述导流筒1或所述坩埚9需要升降的距离，为预设的液位间距与探针11的突出部分的长度的差值。其中，所述探针11的突出部分指的是探针11外露于导流筒1的部分。

示例性的实施方式中，所述炉体10包括炉盖8，所述导流筒升降结构包括提拉杆2和用于控制所述提拉杆2升降的升降单元3，所述提拉杆2穿过所述炉盖8与所述导流筒1连接；所述升降单元3包括丝杠31和驱动电机32；

所述提拉杆2通过连接块4螺栓连接于所述丝杠31上；

所述驱动电机32用于驱动所述丝杠31旋转以控制所述提拉杆2沿着所述丝杠31移动，以带动所述导流筒1升降；

所述晶体生长装置还包括固定于所述炉盖8上的刻度尺5，所述刻度尺5位于所述提拉杆2的一侧，且所述刻度尺5上的刻度值沿着所述导流筒1的升降方向设置；

所述提拉杆2朝向所述刻度尺5的一侧设置有指向块；

所述确定引晶埚位的方法包括以下步骤：

化料完成后，控制坩埚9上升至预设位置(可根据实际需要设定)；

控制导流筒1下降，直至导流筒1靠近炉体10的底部的一端的探针11接触硅熔液，并记录当前刻度值；

根据预设液位间距确定导流筒1需上升的距离，并根据该距离控制导流筒1上升，并记录所述导流筒1上升后的刻度值(定义为第一刻度值)，并以该刻度值所在的位置作为相同工艺条件下的导流筒1的标准位置。

通过所述刻度尺5等结构的设置，可以将确定引晶埚位时，所述导流筒1的位置所对应的所述第一刻度值作为标准值，在进行同等工艺条件下的拉晶设置时，在将坩埚9移动至预设位置后，可直接将所述导流筒1移动于所述第一刻度值对应的位置，简单快捷，提高效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶体生长装置，其特征在于，包括：

炉体；

坩埚，设置于所述炉体内部，用于容纳硅熔液；

加热器结构，围设于所述坩埚的外围，以对所述坩埚进行加热；

保温层，设置于所述加热器结构的外围；

导流筒，沿竖直方向设置在所述炉体内的所述硅熔液的上方；

导流筒升降结构，设置于所述炉体的顶部，用于控制所述导流筒的升降，并使得所述导流筒和所述保温层之间沿所述炉体的轴向方向上具有间隙。

2.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述炉体包括炉盖，所述导流筒升降结构包括提拉杆和用于控制所述提拉杆升降的升降单元，所述提拉杆穿过所述炉盖并与所述导流筒连接。

3.根据权利要求2所述的晶体生长装置，其特征在于，所述升降单元包括丝杠和驱动电机；

所述提拉杆通过连接块螺栓连接于所述丝杠上；

所述驱动电机用于驱动所述丝杠旋转以控制所述提拉杆沿着所述丝杠移动，以带动所述导流筒升降。

4.根据权利要求3所述的晶体生长装置，其特征在于，还包括固定于所述炉盖上的刻度尺，所述刻度尺位于所述提拉杆的一侧，且所述刻度尺上的刻度值沿着所述导流筒的升降方向设置；

所述提拉杆朝向所述刻度尺的一侧设置有指向块。

5.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述保温层靠近所述炉体的顶部一端与所述导流筒靠近所述炉体的顶部的一端之间具有间隙。

6.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述导流筒靠近所述炉体的顶部的一端设置有挡风板，在所述炉体的径向方向上，部分所述挡风板延伸至所述保温层的上方，以遮挡部分所述保温层，且所述挡风板与所述保温层之间具有间隙。

7.根据权利要求6所述的晶体生长装置，其特征在于，所述挡风板在所述炉体的轴向方向上的截面形状呈Z字形；

所述挡风板包括与所述导流筒连接的第一部分，位于所述保温层的上方的第二部分，以及位于所述第一部分和所述第二部分之间的第三部分，所述第一部分和所述第二部分平行设置。

8.根据权利要求6所述的晶体生长装置，其特征在于，所述挡风板在所述保温层上的正投影覆盖所述保温层的顶端的第一区域，所述第一区域向靠近所述炉体的底部的方向下沉以形成凹槽。

9.一种确定引晶埚位的方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的晶体生长装置进行确定，包括以下步骤：

化料完成后，控制导流筒和/或坩埚进行升降运动，使得导流筒靠近炉体的底部的一端的探针接触硅熔液；

根据预设液位间距确定所述导流筒或者所述坩埚需要升降的距离，并根据该距离控制所述导流筒或所述坩埚进行升降，以确定引晶埚位；

其中，所述导流筒和所述保温层之间沿所述炉体的轴向方向上具有间隙。

10.根据权利要求9所述的确定引晶埚位的方法，其特征在于，所述炉体包括炉盖，所述导流筒升降结构包括提拉杆和用于控制所述提拉杆升降的升降单元，所述提拉杆穿过所述炉盖与所述导流筒连接；

所述升降单元包括丝杠和驱动电机；

所述提拉杆通过连接块螺栓连接于所述丝杠上；

所述驱动电机用于驱动所述丝杠旋转以控制所述提拉杆沿着所述丝杠移动，以带动所述导流筒升降；

所述晶体生长装置还包括固定于所述炉盖上的刻度尺，所述刻度尺位于所述提拉杆的一侧，且所述刻度尺上的刻度值沿着所述导流筒的升降方向设置；

所述提拉杆朝向所述刻度尺的一侧设置有指向块；

所述确定引晶埚位的方法包括以下步骤：

化料完成后，控制坩埚上升至预设位置；

控制导流筒下降，直至导流筒靠近炉体的底部的一端的探针接触硅熔液，并记录当前刻度值；

根据预设液位间距确定导流筒需上升的距离，并根据该距离控制导流筒上升，并记录所述导流筒上升后的刻度值，并以该刻度值所在的位置作为相同工艺条件下的导流筒的标准位置。

Images