一种单晶炉自动获取引晶功率的方法及系统与流程

本发明涉及单晶硅棒制备，具体涉及一种单晶炉自动获取引晶功率的方法及系统。

背景技术：

1、直拉式单晶硅生长炉是制备单晶硅材料的主要设备，又称单晶硅生长炉。设备通过石墨加热方式将盛在石英坩埚中的高纯多晶原料熔化，在持续的低压氩气保护下，硅晶体在合适的温度与生长速度下在一根细小的籽晶上逐渐结晶成一根单晶体。

2、单晶硅是由硅原子周期性紧密排列在一起形成的单晶体，它是微电子行业最重要的半导体材料。硅的物理、化学性质在不同晶向呈各向异性，需要根据所加工器件的要求生长出特定晶向的硅材料。工业领域最常用单晶硅晶向包括<100>、<110>及<111>三类，多数硅结型器件(如晶体管、集成电路等)，大都采用<111>晶向硅片；对于表面器件如mosfet、ccd等，大都采用<100>晶向。从熔体中生长单晶所用的直拉法和区熔法是当前单晶硅生产的主要方法，据统计，世界上单晶硅的产量中70％～80％是用直拉法生产的。

3、直拉法，也叫切克劳斯基(j.czochralski)方法(简称cz法)，1917年由切克劳斯基发明。1950年，teal(蒂尔)和little(里特尔)将cz方法应用在生长锗及单晶硅上。在1958年，dash发明了一种可以完全排除位错的方法，使得生长大尺寸晶体成为可能。用直拉法生长单晶硅的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制，生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。具体过程主要为：

4、(1)把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；

5、(2)对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再将一根固定在旋转的籽晶轴上的单晶硅体(称作籽晶)浸入硅熔体表面，待籽晶与熔体完全熔合后，沿竖直方向旋转而且缓慢提拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；控制籽晶生长出一段长约100mm、直径为3-5mm的细颈晶体，用于消除高温熔体带来的强烈热冲击在籽晶内产生的位错，这个过程称为引晶；

6、(3)随后，进一步降温和降低晶体提拉速度，使晶体直径增大到工艺要求的尺寸，常见为75～300mm，这个过程称为放肩；

7、(4)当晶体直径达到工艺要求需快速提高晶体提拉速度，抑制其继续长大，进行转肩操作；

8、(5)进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；

9、(6)待大部分硅熔体都已经完成结晶时，通过控制晶体提拉速度以及熔体温度，使晶体直径逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺。

10、在实际的制备过程中，通常采用设定好的引晶功率对单晶硅棒进行制备，此种方式存在以下两个弊端：

11、(1)在制备过程中，晶棒的生长过程容易受到外界各种因素的影响以及原材料批次的影响，因此采用设定好的引晶功率所得到的单晶硅棒容易出现异常；

12、(2)由于设定好的引晶功率一般都是由经验丰富的操作人员根据以往经验进行设置，因此当单晶硅棒出现异常需要调整引晶功率时，只能通过经验丰富的操作人员的主观意识加经验判定来制定最新的引晶功率，但是该人为方法经常无法正确的给定引晶功率，从而导致无法有效地对晶棒异常进行修正，使得制备得到的单晶硅棒需要二次返工，甚至报废。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种单晶炉自动获取引晶功率的方法及系统，用于解决现有技术由于采用人工方式对引晶功率进行设定和调整，从而导致单晶硅棒容易出现异常以及难以对异常进行修正的技术问题，从而达到通过自动获取所需引晶功率值，减少单晶硅棒生产异常以及有效地对异常进行修正的目的。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种单晶炉自动获取引晶功率的方法，包括以下步骤：

4、对炉台数据进行采集，得到引晶数据集和断线率数据集；

5、获取所述引晶数据集中一时间段内的引晶数据，再获取所述断线率数据集对应时间段内的断线率数据；

6、通过关系建立函数建立起引晶数据中不同数据与断线数据之间的对应关系，并将所述对应关系导入数据统计分析软件，得到引晶正态分布区间；

7、根据所述引晶正态分布区间得到成活率最高的引晶数据区间；

8、根据所述成活率最高的引晶数据区间得到功率值标准范围；

9、根据所述功率值标准范围，得到一系列偏差修正系数，并基于所述一系列偏差修正系数建立引晶方程；

10、将实时获取到的引晶数据代入所述引晶方程，得到推荐的引晶功率。

11、作为本发明优选的实施方式，在对炉台数据进行采集时，包括：

12、采集前一次开始调温工步时的投料量、前一次引放引晶功率、前一次引晶100mm引晶拉速、前一次引晶工步结束放肩工步开始时至放肩工步结束时的晶体长度、上一次完成熔接和本次完成熔接的间隔时间、本次引放时投料量。

13、作为本发明优选的实施方式，在建立起引晶数据中不同数据与断线数据之间的对应关系时，包括：

14、通过vlook函数建立起不同的前一次引晶100mm引晶拉速与断线数据之间的对应关系，得到第一对应关系；

15、通过vlook函数建立起不同的前一次引晶工步结束放肩工步开始时至放肩工步结束时的晶体长度与断线数据之间的对应关系，得到第二对应关系。

16、作为本发明优选的实施方式，在建立起引晶数据中不同数据与断线数据之间的对应关系时，还包括：

17、通过vlook函数建立起不同的上一次完成熔接和本次完成熔接的间隔时间与断线数据之间的对应关系，得到第三对应关系；

18、通过vlook函数建立起不同的前一次开始调温工步时的投料量、本次引放时投料量与断线数据之间的对应关系，得到第四对应关系。

19、作为本发明优选的实施方式，在得到引晶正态分布区间时，包括：

20、将所述第一对应关系、所述第二对应关系、所述第三对应关系以及所述第四对应关系分别导入minitab数据统计分析软件，得到第一引晶正态分布区间、第二引晶正态分布区间、第三引晶正态分布区间以及第四引晶正态分布区间。

21、作为本发明优选的实施方式，在得到成活率最高的引晶数据区间时，包括：

22、根据所述第一引晶正态分布区间得到成活率最高的引晶拉速区间；

23、根据所述第二引晶正态分布区间得到成活率最高的放肩高度区间；

24、根据所述第三引晶正态分布区间得到成活率最高的熔接间隔时间区间；

25、根据所述第四引晶正态分布区间得到成活率最高的两次引放投料量区间。

26、作为本发明优选的实施方式，在得到功率值标准范围时，包括：

27、根据所述成活率最高的引晶拉速区间得到第一功率值标准范围；

28、根据所述成活率最高的放肩高度区间得到第二功率值标准范围；

29、根据所述成活率最高的熔接间隔时间区间得到第三功率值标准范围；

30、根据所述成活率最高的两次引放投料量区间得到第四功率值标准范围。

31、作为本发明优选的实施方式，在得到一系列偏差修正系数时，包括：

32、根据所述第一功率值标准范围得到拉速偏差修正系数；

33、根据所述第二功率值标准范围得到放肩高度偏差修正系数；

34、根据所述第三功率值标准范围得到时间偏差修正系数；

35、根据所述第四功率值标准范围得到两次引放投料量偏差修正系数。

36、作为本发明优选的实施方式，在建立引晶方程时，包括：

37、根据所述拉速偏差修正系数、所述放肩高度偏差修正系数、所述时间偏差修正系数以及所述两次引放投料量偏差修正系数，建立所述引晶方程，如公式1所示：

38、b+(c-a)*x1+(d-d)*x2+e*x3+(a-f)*x4(1)；

39、式中，a为所述前一次开始调温工步时的投料量，b为所述前一次引放引晶功率，c为所述前一次引晶100mm引晶拉速，d为所述前一次引晶工步结束放肩工步开始时至放肩工步结束时的晶体长度，e为所述上一次完成熔接和本次完成熔接的间隔时间，f为所述本次引放时投料量，a为引晶拉速下限，b为引晶拉速上限，c为放肩高度下限，d为放肩高度上限，x1为所述拉速偏差修正系数，x2为所述放肩高度偏差修正系数，x3为所述时间偏差修正系数，x4为所述两次引放投料量偏差修正系数；

40、其中，所述引晶拉速上限和所述引晶拉速下限为所述成活率最高的引晶拉速区间的上限和下限，所述放肩高度上限和所述放肩高度下限为所述成活率最高的放肩高度区间的上限和下限。

41、一种单晶炉自动获取引晶功率的系统，包括：

42、数据采集单元：用于对炉台数据进行采集，得到引晶数据集和断线率数据集；

43、数据获取单元：用于获取所述引晶数据集中一时间段内的引晶数据，再获取所述断线率数据集对应时间段内的断线率数据；

44、数据区间确定单元：用于通过关系建立函数建立起引晶数据中不同数据与断线数据之间的对应关系，并将所述对应关系导入数据统计分析软件，得到引晶正态分布区间，以及根据所述引晶正态分布区间得到成活率最高的引晶数据区间；

45、引晶方程建立单元：用于根据所述成活率最高的引晶数据区间得到功率值标准范围，以及根据所述功率值标准范围，得到一系列偏差修正系数，并基于所述一系列偏差修正系数建立引晶方程；

46、引晶功率确定单元：用于将实时获取到的引晶数据代入所述引晶方程，得到推荐的引晶功率。

47、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

48、(1)本发明通过利用关系建立函数建立起引晶数据与断线数据之间的对应关系，并借助数据统计分析软件得到引晶正态分布区间，并基于引晶正态分布区间筛选出成活率最高引放的引晶拉速区间、放肩高度区间、熔接间隔时间区间以及两次引放投料量区间，并进一步确定功率值标准范围，得到一系列偏差修正系数，建立起引晶方程，从而借助引晶方程减少单晶硅棒生产异常以及有效地对异常进行修正；

49、(2)当晶棒未出现异常时，将实时引晶数据代入该引晶方程得到推荐的引晶功率，并根据推荐的引晶功率调整设定的引晶功率，使得单晶硅棒在制备过程中不容易出现异常；当晶棒出现异常时，将实时引晶数据代入该引晶方程得到推荐的引晶功率，并根据推荐的引晶功率调整目前的引晶功率，从而对单晶硅棒的异常进行有效修正。

50、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。