[发明专利]提拉工艺装料时测量多晶块大小和分布的方法和设备

说明书

                        技术背景

本发明一般地涉及硅晶体生长方法的改良，具体涉及提拉硅晶体生长工艺装料中观测多晶硅块的大小和分布的方法和设备。

单晶或单一晶格的硅在大多数制造半导体电子元件中是原料。采用引上工艺提拉机制得的晶体生产单晶硅的主体。大体说来，提拉工艺涉及使高纯多硅或多晶硅装料熔化，熔化是在位于专门设计炉体内的石英坩埚中进行。装料一般是通过例如Siemens工艺制造的不规则形状的多晶硅块。多晶硅块的制备和特性一般陈述在F.Shimura的著作半导体硅晶体技术中，Academic Press(San Diego CA,1989)出版，116-121页，本文结合引用。多硅装在坩埚内熔化后，晶体提拉机械降低籽晶，使之接触硅熔体。然后该机械提拉籽晶，将生长的晶体自硅熔体拉上来。

提拉工艺生产单晶硅毛坯中最大的忧虑是必须防止在单晶晶格结构内形成位错，空缺或其他缺陷。一般而言，位错是晶体几何学中不合要求的故障，来源于热冲击、震颤或机械振动、局部冷却速度差异造成的内应力、晶体生长界面处熔体中的固体颗粒、熔体捕获的气泡以及表面张力效应等等。位错一旦产生，就会损伤晶体电性能的均匀性并让杂质在单晶上附着。另一个烦人的问题是，单晶中任何局部缺陷或位错通常会传播，常常造成更多的毛坯不合要求。因此，尽可能生长最大零位错长度的单晶毛坯是合乎要求的。理想的是毛坯整个可用长度都是零位错。

尽管目前可用的提拉生长方法对生长单晶硅的广泛应用比较满意，仍然希望进一步改良。特别是用来装载坩埚的多硅块料，由于它们一般是化学气相沉积生长的U-型棒通过人工破碎得到的，存在不同的形状和大小。因为多晶硅天然的脆性并且是人工破碎作业，块料没有固定形状。况且块料由大块小块构成并带有锋利、迟钝和尖锐圆边相结合的形状。块料的形状和大小以及尺寸分布变化很大，取决于多晶硅的生产商。同样工序可以制造尺寸变化很大的多硅块。

块体的尺寸分布对装料的熔化行为和位错及其他缺陷出现在最终毛坯的可能性方面起至关重要的作用。例如，多晶硅块的尺寸分布影响分配器，造成生长工艺期间的结构损失，诸如喷溅边缘氧化物，剥落，桥接以及石英碎片。目前多晶硅的制造商按常规并不测量硅块的大小或其尺寸分布。多硅制造商最多用标尺测量硅块长度和宽度。恐怕这种测量方法是繁复耗时而且不精确的。对尺寸数据的了解将有助于决定最佳硅块大小和尺寸分布，结果，会改良效率和产量。

出于这些原因，需要一种改良的设备和方法，以在提拉工艺中测量多晶硅块的平均大小和尺寸分布。

                      发明概述

本发明满足了上述需要，克服了现有技术的不足，而提供了一种改良的设备和方法，以分析多晶硅块的平均大小和尺寸分布。这将通过一种图像处理器或视觉设备来实现，它比现有技术更加有效且耗时更少。更优越的是，本发明提供的参数测量范围包括硅块的平均直径，周边尺寸，表面积，长宽比和尺寸分布。另外，该设备经济上能承受而且可商业化实施，该方法能有效且廉价地进行。

概括说来，本发明方法的实施方面使得能够测量用于提拉生长工艺中多晶硅块的大小。该方法包括，在测量背景台上排列一个或多个硅块，该背景台在多晶硅块和测量背景台之间提供一种图象对比。用摄像机在测量背景台上产生多晶硅块的图象。图象有多个象素，每个象素有代表产生图象的光学特征的一个值。将图象处理成象素值的一种函数，以探测图象边缘。根据这种方法，将所探测的边缘集合，来确定图象中相应于多晶硅块的一个或多个目标。该方法进一步包括，测定每个确定目标的尺寸。然后决定测量背景台上有关多晶硅块的尺寸参数，作为确定的目标的求定尺寸的函数。

本发明另一个实施方案是用于提拉生长工艺的、测量多晶硅块尺寸的设备。该设备包括一种定位的测量背景台，以支承一个或多个多晶硅块。测量背景台是这样的，它在多晶硅块和测量背景台之间提供一种图象对比。该设备还包括一种摄像机，用于在测量背景台上产生多晶硅块的图象。摄像机产生的图象有多个象素，每个象素有一个代表所产生图象的光学特征的值。图象处理器将产生的图象处理成象素的函数，以便探测图象中的边缘。图象处理器集合探测到的边缘来确定相应于多晶硅块的图象中的一个或多个目标，然后决定每个检测目标的尺寸。图象处理器还将测量背景台上与多晶硅块有关的尺寸参数，将它作为确定的目标的测定尺寸的函数。

替代地，本发明可包括各种其他设备和方法。

其他目的和特点部分地清楚可见，部分地将在下文指出。