[发明专利]单晶体直径控制方法及装置、单晶硅拉晶炉

说明书

本发明提供了一种单晶体直径控制方法及装置、单晶硅拉晶炉，属于半导体技术领域。单晶体直径控制装置包括：直径检测模块，用于对所述多晶熔液和晶体的交界处进行图像采样，获得原始图像，对所述原始图像进行二值化处理，得到黑白图像，计算所述黑白图像中白色区域与黑色区域的面积比例，根据所述面积比例得到所述晶体的直径数据值；控制模块，用于将所述直径数据值与预设直径数据值进行比较，并根据比较结果控制所述籽晶提拉结构的晶体提拉速度和/或所述加热器的功率。本发明能够监控晶体生成过程中晶体的直径，保证晶体品质的稳定可控性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种单晶体直径控制方法及装置、单晶硅拉晶炉。

背景技术

单晶硅作为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其他电子元件。在制备硅单晶过程中，将直径较小的籽晶浸入硅熔体中，通过引晶生长出一段直径较细的细晶来排出位错以达到生长零位错晶体的目的。之后会通过放肩过程，使得晶体由细晶长大到目标直径，再通过等径生长获得所需要尺寸的晶体，最终通过收尾工艺，使晶棒与液面分离进而得到完整晶体。

等径过程是长晶过程中极为关键的工艺过程，也是保证晶体品质良率的关键。晶体的直径则是保证晶体生长稳定性的前提以及产品良率的保证；晶体直径自动控制装置则是保证晶体生长过程中直径自动控制的关键；目前主要使用光学高温计传感器以及电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)光学相机来对晶体直径进行检测，其中前者以其具备较小的采光视角，且受热场部件干涉较小等优点，在复杂热场结构系统中应用较多；晶体直径自动控制装置的工作原理是：通过光学传感器监控晶体生长过程中所产生光圈的亮度值，以及监控传感器的位置进行直径控制；简单来说就是通过一固定位置(与晶体的目标直径对应)传感器的监控，来反馈晶体直径的变化信息。但实际生产过程中，随着晶体长度的变化以及热场内部结构的变化，晶体与液面处的光圈信号值会发生较大的变化，这主要是因为传感器所采集到的光圈亮度值实际是晶体与液面交汇处由于表面张力形成的弯月面，凭借熔液以及石英坩埚内壁或者其他热场部件的光学反射而形成一具有一定光亮的光圈；直径监控传感器监控范围内光圈亮度值的变化一方面是由于实际直径的大小波动，另一方面则是由于光源-即热场内部亮度发生变化，从而使得弯月面反射的光亮值产生变化；而，光源-即热场内部亮度发生变化的主要原因是因为晶体在实际生长过程中，坩埚内的剩熔液量、坩埚内壁露出面积、加热器功率、以及生长过程中液面与导流筒之间距离等参数都会随着晶体生长发生相应变化，因此通过弯月面反射到传感器的光亮值也会产生很大的变化，这种情况下就会极大影响设备对直径的控制进而最终影响生长拉速以及产品品质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种单晶体直径控制方法及装置、单晶硅拉晶炉，能够监控晶体生成过程中晶体的直径，保证晶体品质的稳定可控性。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供一种单晶体直径控制装置，应用于单晶硅拉晶炉，所述单晶硅拉晶炉包括炉体，所述炉体内设置有坩埚和加热器，以及位于所述坩埚上方的籽晶提拉结构，所述坩埚用于盛装多晶熔液，所述单晶体直径控制装置包括：

直径检测模块，用于对所述多晶熔液和晶体的交界处进行图像采样，获得原始图像，对所述原始图像进行二值化处理，得到黑白图像，计算所述黑白图像中白色区域与黑色区域的面积比例，根据所述面积比例得到所述晶体的直径数据值；

控制模块，用于将所述直径数据值与预设直径数据值进行比较，并根据比较结果控制所述籽晶提拉结构的晶体提拉速度和/或所述加热器的功率。

一些实施例中，所述控制模块具体用于在所述直径数据值大于所述预设直径数据值时，提高所述籽晶提拉结构的晶体提拉速度和/或所述加热器的功率；在所述直径数据值小于所述预设直径数据值时，降低所述籽晶提拉结构的晶体提拉速度和/或所述加热器的功率。

一些实施例中，还包括：

设置在所述坩埚上方的导轨；