一种石英销及单晶硅生长装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种石英销及单晶硅生长装置。


背景技术：

2.半导体单晶硅生长主要采用切克劳斯基法。在这种方法中，多晶硅被装进石英坩埚内，将多晶硅加热熔化形成硅熔体，然后，让硅熔体略做降温，给予一定的过冷度，把一支特定晶向的硅单晶体(籽晶)与硅熔体接触，硅熔体与籽晶交界面处发生结晶时，边提拉籽晶边旋转籽晶，借此生长出单晶硅锭。通过控制调整硅熔体的温度和籽晶向上提升速率，就可以控制单晶硅锭的直径。
3.多晶硅被装进石英坩埚内，通过布置在石英坩埚外周的加热器对多晶硅进行加热，多晶硅形成硅熔体后，通过控制加热器来控制硅熔体的温度，尤其是硅熔体与籽晶交界面处，也即硅熔体液面的温度。液面上方有反射器，反射器可以反射液面辐射的热，以获得特定的温度梯度来保证单晶硅锭的品质。长晶过程中加热器和反射器的位置固定，为了能够更好的控制硅熔体与籽晶交界面处的温度，硅熔体与籽晶交界面跟加热器以及反射器底部的相对位置应当保持一致，也就是加热器与石英坩埚内的硅熔体的液面应当保持距离恒定。因此，需要实时测量硅熔体的液面，硅熔体的液面与反射器底部也需要保持特定的距离，长晶过程中随着单晶的生长熔体液面高度会下降，同时调整坩埚的高度，以使反射器与石英坩埚内的硅熔体的液面应当保持距离恒定。
4.石英销是一种用于悬挂于反射器底部，悬于熔体液面上方，用来测量硅熔体的液面的工具，目前，由于石英销结构的限制，导致硅熔体的液面的测量存在困难，因此，业内需要一种结构更优的石英销。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种石英销及单晶硅生长装置，能够方便的测量硅熔体的液面与反射器的相对位置。
6.为了达到上述目的，本实用新型提供了一种石英销，包括：
7.杆身，所述杆身沿轴向分为第一部分和第二部分，所述第一部分沿轴向的长度小于所述第二部分沿轴向的长度，且所述第一部分与所述第二部分的轴向不平行，所述第二部分的自由端膨大形成投影部，所述投影部的背离所述第二部分的表面为弧面。
8.可选的，所述第一部分、所述第二部分及所述投影部为一体结构。
9.可选的，所述弧面为球面。
10.可选的，所述投影部为半球形。
11.可选的，所述投影部为球形。
12.可选的，所述第一部分与所述第二部分的轴向的夹角为60度～90度。
13.可选的，所述第一部分与所述第二部分均为圆柱状或多棱柱状。
14.相应的，本实用新型还提供了一种单晶硅生长装置，包括：
15.炉腔体；
16.坩埚，位于所述炉腔体内，用于容纳硅熔体；
17.反射器，位于所述坩埚的上方；
18.如所述的石英销，设置于所述反射器的底部且位于所述硅熔体的上方；
19.成像单元，位于所述炉腔体外，用于拍摄所述石英销的投影部以及所述投影部在所述硅熔体的液面上的投影。
20.可选的，所述单晶硅生长装置还包括加热器，位于所述坩埚的外周，用于对所述硅熔体进行加热。
21.可选的，所述炉腔体具有一观测窗，所述成像单元设置于所述观测窗处。
22.在本实用新型的石英销中，第一部分用于将石英销固定于反射器的底端，第二部分的一端与所述第一部分相连，所述第二部分的另一端设置有一投影部，所述投影部会在硅熔体的液面形成有投影，反射器与加热器均与炉腔体的相对位置保持固定。因此，所述投影与所述投影部之间的距离能够表征硅熔体的液面与反射器的相对位置。在本实用新型中，所述投影部背向所述第二部分的一面为弧面，弧面能够将光线更好的反射至硅熔体的液面，能够使得所述投影更加清晰，有利于所述成像单元获取所述投影与所述投影部之间的图像，进而获取所述投影与所述投影部之间的距离。因此，能够更方便的获取硅熔体的液面与反射器的相对位置。
23.相应的，本实用新型还提供了一种单晶硅生长装置。
附图说明
24.图1为本实用新型实施例一中的单晶硅生长装置的示意图；
25.图2为本实用新型实施例一中的石英销的示意图；
26.图3为本实用新型实施例二中的石英销的示意图；
27.图4为本实用新型实施例三中的石英销的示意图；
28.图5为本实用新型实施例四中的石英销的示意图；
29.其中，附图标记如下：
30.100
‑
石英销；110
‑
第一部分；120
‑
第二部分；130
‑
投影部；131
‑
投影面；
31.200
‑
热屏蔽组件；210
‑
支撑环；220
‑
反射器；
32.300
‑
炉腔体；310
‑
坩埚；311
‑
石英坩埚；312
‑
石墨坩埚；320
‑
基座；330
‑
加热器；340
‑
支撑杆；
33.400
‑
成像单元；
34.500
‑
提拉组件；510
‑
提拉线；520
‑
籽晶卡盘；
35.m
‑
硅熔体；m
‑
籽晶。
具体实施方式
36.下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
37.如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括
复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“或通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，以及术语“安装相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
38.实施例一
39.图1为实施例中的单晶硅生长装置的示意图。如图1所示，所述单晶硅生长装置至少包括：炉腔体300、坩埚310、反射器220、加热器330和成像单元 400。其中，所述坩埚310位于所述炉腔体300内，用于容纳硅熔体m，所述硅熔体m由多晶硅加热融化得到。具体的，所述坩埚310的外形呈一空心半球状。所述坩埚310包括石墨坩埚312以及位于所述石墨坩埚312内的石英坩埚 311。所述坩埚310安放在一个基座320上，所述基座320安装在一个转台(图中未示出)上，所述转台(图中未示出)用于使所述基座320和所述坩埚310 绕一中心纵向轴线旋转。所述基座320还能够升降，以使所述坩埚310能够在所述炉腔体300内升降。
40.加热器330位于所述坩埚310的外周，用于对所述硅熔体m进行加热。具体的，在本实施例中，所述加热器330通过支撑杆340与炉腔体300的底部相连，所述加热器330与所述炉腔体300的相对位置保持固定。所述加热器330 围绕坩埚310的外周设置，用于加热坩埚310使坩埚310中的多晶硅熔化。加热器330由一外部温度控制系统(未示出)控制，以便在整个拉晶过程中，硅熔体m的温度被精确控制。在本实施例的一个实施方式中，所述加热器330为石墨材质加热器。
41.单晶硅生长装置还包括提拉组件500，所述提拉组件500具有一个提拉线 510，提拉线510的尾部设置有一个籽晶卡盘520，所述籽晶卡盘520用来固定用来生长单晶硅锭的籽晶m。在生长单晶硅锭时，提拉组件500通过提拉线510 将籽晶m向下放至与硅熔体m的表面接触。一旦籽晶m开始熔化，提拉组件 500就缓慢地将所述籽晶m向上升起以生长单晶锭。提拉组件500旋转所述籽晶m的速度和提拉组件500升起所述籽晶m的速度由外部的运动控制系统控制，提拉组件500的原理与操作为该技术领域的技术人员所熟知，在此不做过多赘述。
42.单晶硅生长装置还包括热屏蔽组件200，所述热屏蔽组件200包括支撑环 210和反射器220，所述支撑环210与炉腔体300相连，用于支撑所述反射器220，所述反射器220位于所述坩埚310的上方，与所述炉腔体300的相对位置保持固定。具体的，反射器220安装在硅熔体m的上方，并具有一个中央开口(环形筒状)，所述中央开口被加工成一定尺寸和形状，以便当从硅熔体m中向上提拉单晶硅锭时，所述反射器220包围所述单晶硅锭。所述反射器220也称导流筒，用于对炉腔体300内的保护气体进行导流，应知道，所述保护气为氩气。通常，所述反射器220具有内反射器220、外反射器220以及内反射器220 与外反射器220之间隔热层。所述反射器220的结构及原理为本领域技术人员所熟知，在此不做过多赘述。
43.生长单晶硅锭时，当籽晶m(或者生长的单晶硅锭)从硅熔体m的表面移出时，需要控制所述硅熔体m的温度，尤其是所述硅熔体m与所述籽晶m交界面处的温度，也即硅熔体m的液面的温度。所述硅熔体m的液面的温度可以通过调节加热器330与硅熔体m的相对位置
来进行控制。进一步的，通过升降坩埚310以调节加热器330与硅熔体m的相对位置。应知晓，控制硅熔体m的温度时，除了调节硅熔体m的液面和加热器330的相对位置，还可以通过调节加热器330的功率进行控制或额外控制。
44.应知道，反射器220与炉腔体300的相对位置是固定的，加热器330与所述炉腔体300的相对位置也是固定的。因此，所述反射器220与所述硅熔体m的液面的相对位置可以表征所述加热器330与所述硅熔体m的相对位置。如此，业内通过测量反射器220与硅熔体m的液面之间的距离，以表征加热器330与硅熔体m之间的相对位置。具体的，将石英销100设置于所述反射器220的底部且位于所述硅熔体m的上方。通过所述石英销100来测量所述反射器220与所述硅熔体m的液面之间的距离。
45.图2为本实例中的石英销100的示意图。如图2所示，所述石英硝包括杆身，所述杆身沿轴向分为第一部分110和第二部分120，所述第一部分110沿轴向的长度小于所述第二部分120沿轴向的长度，且所述第一部分110与所述第二部分120的轴向不平行，所述第二部分120的自由端膨大形成投影部130，所述投影部130为四棱柱状，所述投影部130在所述硅熔体m的液面上会形成一个投影(或理解成投影部130在硅熔体m的液面中的倒影)。
46.进一步的，所述第一部分110、所述第二部分120及所述投影部130为一体结构，以使所述石英销100的外形与阿拉伯数字7的形状相似。
47.进一步的，所述第一部分110与所述第二部分120的轴向的夹角为60度～90 度。有利于石英销100固定在所述反射器220的底部。
48.进一步的，所述第一部分110与所述第二部分120均为圆柱状或多棱柱状。
49.单晶硅生长装置具有一个成像单元400，用于拍摄所述石英销100的投影部 130以及所述投影部130在所述硅熔体m的液面上的投影。根据所述投影部130 以及所述投影部130在所述硅熔体m的液面上的投影的图像，所述成像单元 400可以获得所述投影与所述投影部130之间的距离，也就是投影部130与硅熔体m的液面之间的距离。由上文可知，反射器220与炉腔体300的相对位置保持固定，加热器330与所述炉腔体300的相对位置保持固定，因此，所述加热器330与所述石英销100的投影部130的位置也是相对固定的。若硅熔体m的液面与投影部130之间的距离出现变化，则说明硅熔体m的液面与反射器220 以及加热器330之间的相对位置也出现了变化。
50.进一步的，成像单元400位于所述炉腔体300外，用于拍摄所述石英销100 的投影部130以及所述投影部130在所述硅熔体m的液面上的投影。若硅熔体 m的液面与投影部130之间的距离出现变化，则单晶硅生长装置的基台320会升降以调节坩埚310的高度，以使所述坩埚310以使硅熔体m的液面保持在一个恒定的高度，进而使得所述硅熔体m的液面与反射器220之间的相对位置保持固定。
51.进一步的，所述炉腔体300具有一观测窗，所述成像单元400设置于所述观测窗处。所述成像单元400为ccd相机和信号处理器，ccd相机的成像原理及信号处理器根据图像获得所述投影与所述投影部130之间的距离的原理为该领域的技术人员所熟知，在此不做过多赘述。
52.实施例二
53.本实施例提供的石英销100，与实施例一中相同的部分在此不再叙述，以下仅针对不同点进行描述。
54.图3为实施例中的石英销100的示意图。如图3所示，所述石英销100包括杆身，所述杆身沿轴向分为第一部分110和第二部分120，所述第一部分110 沿轴向的长度小于所述第二部分120沿轴向的长度，且所述第一部分110与所述第二部分120的轴向不平行，所述第二部分120的自由端膨大形成投影部 130，本实施例与实施例一的区别在于：所述投影部130的背离所述第二部分 120的表面为弧面。
55.应知道，所述投影部130的背离所述第二部分120的表面为投影面131，所述投影面131为弧面。有利于将投射至所述投影部130的光线反射至硅熔体m 的液面。如此，使得所述投影部130在所述硅熔体m的液面的投影更加清晰，有利于成像单元400获取所述投影的图像。进而能够更方便的获取所述硅熔体 m的液面与反射器220的相对位置。
56.实施例三
57.本实施例提供的石英销100，与实施例一和实施例二中相同的部分在此不再叙述，以下仅针对不同点进行描述。
58.应知道，投影部130呈四棱柱状的石英销100，其投影面131为平面，若要平面反射的光线最大程度的投射进成像单元400，需要投影面131与成像单元 400具有一定的夹角，若是所述夹角出现变化，则会导致成像单元400获取反射的光线急剧减少，进而导致了成像单元400获取的投影的图像不清晰。而这种情况在拉晶的过程中是常见的，另外，投影部130的边棱区域对光线的反射能力较弱，这会导致成像单元400难以拍摄到该区域的投影，因此，所述投影部 130呈四棱柱状的石英销100存在成像死角。
59.图4为实施例中的石英销100的示意图。如图4所示，所述投影部130的背离所述第二部分120的表面为球面。球面对光线的反射后扩散的范围更广，因此，即使成像单元400与投影部130的位置有些变化，也不影响成像单元400 获取投影面131反射的光线。此外，投影面131是球面，则投影面131便不存在边棱，因此，投影面131能够360度反射光线，不存在成像死角，进而能够使得所述成像单元400能在更多的角度范围内，清楚的拍摄到投影部130的投影。
60.可选的，在本实例中，所述投影部130为半球形。
61.实施例四
62.本实施例提供的石英销100，与实施例一、实施例二和实施例三中相同的部分在此不再叙述，以下仅针对不同点进行描述。
63.图5为实施例中的石英销100的示意图。如图5所示，所述石英销100，所述投影部130为球形。
64.具体的，所述成像单元400用于拍摄所述石英销100的投影部130以及所述投影部130在所述硅熔体m的液面上的投影。所述成像单元400获取所述投影部130的图像时，呈球形的投影部130，其上部分的半球面所反射的光线，能够更加便于被所述成像单元400捕获，其下部分的半球面为投影面131，投影面 131所反射的光线能够在硅熔体m的表面形成更清晰的投影，因此，呈球形的投影部130有利于所述成像单元400获取所述石英销100的投影部130以及所述投影部130在所述硅熔体m的液面上的投影。
65.综上所述，在本实用新型的实施例提供了一种石英销，所述石英销包括杆身，所述杆身沿轴向分为第一部分和第二部分，所述第一部分沿轴向的长度小于所述第二部分沿轴向的长度，且所述第一部分与所述第二部分的轴向不平行，所述第二部分的自由端膨大形
成投影部，所述投影部的背离所述第二部分的表面为弧面。在本实用新型的石英销中，第一部分用于将石英销固定于反射器的底端，第二部分的一端与所述第一部分相连，所述第二部分的另一端设置有一投影部，所述投影部会反射光线以在硅熔体的液面形成有投影，反射器与加热器均与炉腔体的相对位置保持固定。因此，所述投影与所述投影部之间的距离能够表征硅熔体的液面与加热器的相对位置。所述投影部背向所述第二部分的一面为弧面，弧面能够将光线更好的反射至硅熔体的液面，能够使得所述投影更加清晰，有利于所述成像单元获取所述投影与所述投影部之间的图像，进而获取所述投影与所述投影部之间的距离。因此，能够更方便的获取硅熔体的液面与反射器以及加热器的相对位置。相应的，本实用新型还提供了一种单晶硅生长装置。
66.上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。