一种晶体提拉机构及晶体生长装置
阅读说明：本技术 一种晶体提拉机构及晶体生长装置 (Crystal pulling mechanism and crystal growing device ) 是由 沈伟民 刘大海 于 2019-02-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种晶体提拉机构及晶体生长装置,所述晶体提拉机构包括:腔体；晶体提拉单元,所述晶体提拉单元位于所述腔体中,配置为通过提拉晶绳提拉晶体；颗粒捕获单元,所述颗粒捕获单元位于所述腔体中,配置为捕获所述提拉晶绳上吸附的颗粒物。根据本发明提供的晶体提拉机构,通过颗粒捕获单元捕获提拉晶绳上吸附的颗粒物,避免了提拉过程中产生的金属颗粒落入硅熔体,进而避免了生长后的单晶棒中金属元素浓度超出许可范围,提高了产品质量和生产效率。(The invention provides a crystal pulling mechanism and a crystal growing device, wherein the crystal pulling mechanism comprises a cavity; the crystal pulling unit is positioned in the cavity and is configured to pull the crystal through a pulling rope; a particle capture unit located in the cavity configured to capture particulate matter adsorbed on the pull cord. According to the crystal pulling mechanism provided by the invention, the particle capturing unit is used for capturing the particles adsorbed on the pulling rope, so that the metal particles generated in the pulling process are prevented from falling into silicon melt, the concentration of metal elements in the grown single crystal rod is prevented from exceeding the allowable range, and the product quality and the production efficiency are improved.)
技术领域
本发明涉及晶体生长技术领域，具体而言涉及一种晶体提拉机构及晶体生长装置。
背景技术
随着集成电路(Integrated Circuit，IC)产业的迅猛发展，器件制造商对IC级硅单晶材料提出了更加严格的要求，而大直径单晶硅是制备器件所必须的衬底材料。提拉法(Czochralski，CZ法)是现有技术中由熔体生长单晶的一项最主要的方法，其具体做法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。
在半导体用晶圆中，对混入单晶的金属杂质的浓度有严格限制，特别是金属铜(Cu)、金属铁(Fe)、金属铬(Cr)等元素。但是由于提拉晶绳的反复升降，导致和滑轮和转鼓反复摩擦，其表面产生金属颗粒，这些金属颗粒可能会落入硅熔体，导致金属污染，使得生长后的单晶棒中金属元素浓度超出许可范围。
因此，有必要提出一种新的晶体提拉机构及晶体生长装置，以解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在
具体实施方式
部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供一种晶体提拉机构，包括：
腔体；
晶体提拉单元，所述晶体提拉单元位于所述腔体中，配置为通过提拉晶绳提拉晶体；
颗粒捕获单元，所述颗粒捕获单元位于所述腔体中，配置为捕获所述提拉晶绳上吸附的颗粒物。
进一步，所述颗粒捕获单元包括电磁体。
进一步，所述颗粒捕获单元与所述提拉晶绳相邻设置。
进一步，所述晶体提拉单元包括滑轮和用于缠绕所述提拉晶绳的转鼓。
进一步，所述滑轮和所述转鼓由不锈钢制成。
进一步，所述提拉晶绳由数组钨丝捻绕而成。
进一步，所述腔体中为真空或者充满惰性气体。
本发明还提供一种晶体生长装置，包括上述晶体提拉机构。
根据本发明提供的晶体提拉机构，通过颗粒捕获单元捕获提拉晶绳上吸附的颗粒物，避免了提拉过程中产生的金属颗粒落入硅熔体，进而避免了生长后的单晶棒中金属元素浓度超出许可范围，提高了产品质量和生产效率。
附图说明
通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
附图中：
图1示出了根据现有技术的一种晶体提拉机构的示意图。
图2示出了根据本发明示例性实施例的一种晶体提拉机构的示意图。
图3示出了根据本发明示例性实施例的一种晶体生长装置的示意性图。
附图标识
101 腔体 102 滑轮
103 转鼓 104 提拉晶绳
105 颗粒捕获单元 1 晶体提拉机构
2 提升马达 3 旋转马达
4 炉体 5 单晶硅棒
6 反射屏 7 硅熔体
8 坩埚 9 加热器
10 坩埚升降机构
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
提拉法(Czochralski，CZ法)是现有技术中由熔体生长单晶的一项最主要的方法，其具体做法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。图1示出了现有技术中晶体提拉机构的示意图，所述晶体提拉机构包括：腔体101、滑轮102、转鼓103和提拉晶绳104。
由于在晶体生长过程中提拉晶绳104反复升降，导致提拉晶绳104与滑轮102和转鼓103反复摩擦，滑轮102和转鼓103的表面产生金属颗粒。产生的金属颗粒吸附在提拉晶绳104的表面或者组成提拉晶绳104的钨丝之间，当吸附有金属颗粒的提拉晶绳104进入炉体或位于熔体上方时，由于气体吹拂或者自身抖动，吸附的金属颗粒会落入硅熔体，导致金属污染，使得生长后的单晶棒中金属元素浓度超出许可范围。
针对上述问题，本发明提供了一种晶体提拉机构，包括：
腔体；
晶体提拉单元，所述晶体提拉单元位于所述腔体中，配置为通过提拉晶绳提拉晶体；
颗粒捕获单元，所述颗粒捕获单元位于所述腔体中，配置为捕获所述提拉晶绳上吸附的颗粒物。
进一步，所述颗粒捕获单元包括电磁体；所述颗粒捕获单元与所述提拉晶绳相邻设置；所述晶体提拉单元包括滑轮和用于缠绕所述提拉晶绳的转鼓；所述滑轮和所述转鼓由不锈钢制成；所述提拉晶绳由数组钨丝捻绕而成；所述腔体中为真空或者充满惰性气体。
本发明还提供一种晶体生长装置，包括上述晶体提拉机构。
下面参照图2和图3对本发明提供的一种晶体提拉机构及晶体生长装置做进一步的说明。其中，图2示出了根据本发明示例性实施例的一种晶体提拉机构的示意图，图3示出了根据本发明示例性实施例的一种晶体生长装置的示意性图。
实施例一
如图2所示，本发明提供的晶体提拉机构包括腔体101。在一个实施例中，所述腔体101为不锈钢腔体，所述腔体101中为真空或者充满惰性气体，所述惰性气体包括但不限于氩气。
如图2和图3所示，晶体提拉机构1是晶体生长装置的一部分，晶体生长装置中为真空或者全部充满惰性气体，晶体提拉机构1的腔体101与晶体生长装置的炉体4通过一个较小的开口相连通，该开口配置为使提拉晶绳104通过。由于开口较小，晶体提拉机构1的腔体101内的金属颗粒对晶体生长装置的炉体4内的晶体生长无明显影响，而吸附在提拉晶绳104表面或钨丝之间的金属颗粒将会随着提拉晶绳104进入炉体4中，由于气体吹拂或者自身抖动，吸附的金属颗粒会落入硅熔体，影响单晶棒中金属元素的浓度。
本发明提供的晶体提拉机构还包括晶体提拉单元，所述晶体提拉单元位于所述腔体101中，配置为通过提拉晶绳104提拉晶体。
示例性地，所述晶体提拉单元包括滑轮102和转鼓103。进一步，滑轮102为提拉晶绳104的导轨，通常安装在腔体101的顶部，如图2所示；转鼓103配置为通过自身转动，以使提拉晶绳104缠绕于其上，从而调整提拉晶绳104的长度。
进一步，所述滑轮102和所述转鼓103由金属材料制成。在一个实施例中，滑轮102和转鼓103由不锈钢制成。
进一步，所述提拉晶绳104由数组钨丝捻绕而成。
进一步，转鼓103与位于腔体101外的伺服马达、减速器等(未示出)相连接，配置为驱动转鼓103转动，以控制提拉晶绳104的升降。
在一个实施例中，如图2所示，当转鼓103沿顺时针方向旋转时，提拉晶绳104缠绕在转鼓103的表面，带动滑轮102沿顺时针方向旋转，提拉晶绳104的长度缩短，提拉晶绳104末端提拉的晶体的位置升高；当转鼓103沿逆时针方向旋转时，先前缠绕在转鼓103的表面的提拉晶绳104放出，带动滑轮102沿逆时针方向旋转，提拉晶绳104的长度增长，提拉晶绳104末端提拉的晶体的位置降低。
在上述升降过程中，提拉晶绳104与滑轮102和转鼓103反复摩擦，滑轮102和转鼓103的表面产生金属颗粒。产生的金属颗粒吸附在提拉晶绳104的表面或者组成提拉晶绳104的钨丝之间。
本发明提供的晶体提拉机构还包括颗粒捕获单元105，所述颗粒捕获单元105位于所述腔体101中，配置为捕获所述提拉晶绳104上吸附的颗粒物。
示例性地，所述颗粒捕获单元包括电磁体。在一个实施例中，所述电磁体由铁芯和线圈构成，其中，所述铁芯的材料包括但不限于软铁。
示例性地，所述颗粒捕获单元105与所述提拉晶绳104相邻设置，即，所述颗粒捕获单元105设置在靠近提拉晶绳104的位置处。在一个实施例中，由于提拉晶绳104吸附的金属颗粒是造成单晶棒中金属元素浓度超标的主要原因，因此，捕获提拉晶绳104吸附的金属颗粒是解决问题的关键，将颗粒捕获单元105设置在靠近提拉晶绳104的位置处，可以更加高效地捕获提拉晶绳104上的金属颗粒。
进一步，所述电磁体的数量包括一个或更多个，当围绕提拉晶绳104设置多个电磁体时，可以从多个角度捕获提拉晶绳104上吸附的金属颗粒，提高了捕获效率。在一个实施例中，所述电磁体的数量为两个，分别设置在所述提拉晶绳104的两侧，如图2所示。
进一步，参照图3，本发明提供的晶体提拉机构还包括提升马达2和旋转马达3，通过控制提拉晶绳104的升降和旋转，以控制单晶硅棒5的生长。
实施例二
本发明还提供了一种晶体生长装置，包括实施例一中所述的晶体提拉机构1。所述晶体提拉机构1的结构请参阅实施例一，在此不再赘述。
进一步，如图3所示，本发明的晶体生长装置还包括炉体4，所述炉体4中包括坩埚8，所述坩埚8的***设置有加热器9，所述坩埚中有硅熔体7，所述硅熔体7的上方为单晶硅棒5，所述坩埚8的上方围绕所述单晶硅棒5设置有反射屏6。
示例性地，所述炉体4内为真空或者充满惰性气体。在一个实施例中，所述炉体4为不锈钢炉体，所述惰性气体为氩气。
示例性地，所述坩埚8由耐高温耐腐蚀材料制成，用于盛装晶体生长的熔体。在一个实施例中，坩埚8为石英坩埚，坩埚8内盛装有用于生长单晶硅棒5的硅熔体7，单晶硅棒5位于硅熔体7的上方，并且单晶硅棒5的底端与硅熔体7的液面相接触。
示例性地，所述坩埚8的***设置有加热器9，所述加热器9为石墨加热器，可以设置在坩埚8的侧面，也可以设置在坩埚8的侧面和底面，配置为对坩埚8进行加热。进一步，所述加热器9可以设置在坩埚8的两侧，也可以围绕坩埚8进行设置，以使坩埚8的热场分布均匀。
示例性地，炉体4内还设置有反射屏6，其位于坩埚8的上方，并且位于单晶硅棒5的***。进一步，所述反射屏6的材料包括但不限于钼。所述反射屏6的径向截面形状包括但不限于圆形、矩形、六边形等。
进一步，本发明的晶体生长装置还包括坩埚升降机构10，配置为支撑和旋转坩埚轴，以实现坩埚8的升降。
根据本发明提供的晶体提拉机构，通过颗粒捕获单元捕获提拉晶绳上吸附的颗粒物，避免了提拉过程中产生的金属颗粒落入硅熔体，进而避免了生长后的单晶棒中金属元素浓度超出许可范围，提高了产品质量和生产效率。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。