单晶硅生长界面形状控制方法及其装置与流程

本发明涉及单晶硅生长，具体而言，涉及一种单晶硅生长界面形状控制方法及其装置。

背景技术：

1、直拉法是制备集成电路和光伏发电领域硅单晶半导体材料的主要方法。半导体行业对硅单晶的主要质量评价指标包括有降低硅片中各种有害杂质含量(氧、碳)和降低微缺陷，其中氧杂质含量所引起的二次缺陷会严重影响拉制的硅半导体材料的质量和生产的器件性能。为了尽可能减少晶体的微缺陷及确保晶体电阻率的均匀性，所以如何降低大尺寸晶体生长过程中固液界面(晶体与熔体交界面)的氧杂质含量和提高固液界面氧分布的均匀性，就具有十分重要的意义。

2、在实际生产过程中，固液界面形状的好坏决定了晶体的生长品质，例如影响晶体中径向电阻率的均匀性，只有在平坦固液界面下生长的单晶才具有较好的径向电阻率均匀性，有利于减少晶体中杂质含量和缺陷生成，减小晶体中最大热应力，提高晶体产品质量，所以在晶体生长系统中总是希望获得尽可能平坦的固液界面。为调整固液界面的形状，现有技术中常用的方式是对热屏位置和材料进行优化、调整加热器的位置、氩气流速和炉压、优化拉晶参数（如调节拉速、晶体和坩埚的转速、熔体表面相对于加热器的位置）等。然而，上述优化长晶界面形状及晶体中氧含量的分布的方式，均为晶体生长完成后的检测结果，由于长晶界面的不可视化，无法在长晶过程中实时可控的进行长晶界面调整。因此，亟需一种新的方法来解决现有技术中长晶过程中固液界面形状不能实时监测、控制的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种单晶硅生长界面形状控制方法及其装置，其能够解决单晶硅生长界面形状不能实时监测的问题，实现晶体生长过程中生长界面为近平面的形态，从而实现径向电阻率均匀、减少氧等杂质生成，提高晶体产品质量。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、本发明的一方面，提供一种单晶硅生长界面形状控制方法，该单晶硅生长界面形状控制方法包括：计算标准重量差，标准重量差为单晶硅生长界面为平界面时单晶硅在单位时间内的标准重量增量和熔体粘性力对应重量增量之和；获取实际重量增量，实际重量增量为称重传感器在单位时间内反馈的实际重量增量，称重传感器用于测量单晶硅的重量；判断实际重量增量是否等于标准重量差；若否，通过调节单晶硅的生长工艺参数以增大或减小实际重量增量，以使实际重量增量趋近标准重量差。该单晶硅生长界面形状控制方法能够解决单晶硅生长界面形状不能实时监测的问题，实现晶体生长过程中生长界面为近平面的形态，从而实现径向电阻率均匀、减少氧等杂质生成，提高晶体产品质量。

4、可选地，在计算标准重量差之前，方法还包括：设置调控单晶硅生长界面形状的单位时间，以使单位时间满足如下公式：δt=（1-δ）×δt，其中，δt为单位时间，δ为时间系数，δt为预设时间。

5、可选地，在调控单晶硅生长界面形状之前，时间系数δ的初始值为0。

6、可选地，在判断实际重量增量是否等于标准重量差之后，方法还包括：根据实际重量增量是否等于标准重量差的判断结果，确定单晶硅的生长界面形状；其中，在实际重量增量大于标准重量差时，单晶硅的生长界面形状为凹界面；在实际重量增量等于标准重量差时，单晶硅的生长界面形状为平界面；在实际重量增量小于标准重量差时，单晶硅的生长界面形状为凸界面。

7、可选地，确定单晶硅的生长界面形状之后，方法还包括：重新计算单位时间中的时间系数，时间系数满足如下公式：δ=|δw-δm''|/δm，其中，δw为实际重量增量，δm''为标准重量差，δm为单晶硅生长界面为平界面时单晶硅在单位时间内的标准重量增量；判断时间系数是否大于0且小于1；若时间系数大于0且小于1，则更新单位时间内的时间系数，并重新设置调控单晶硅生长界面形状的单位时间；若时间系数等于0，则判定长晶正常。

8、可选地，在更新单位时间内的时间系数，并重新设置调控单晶硅生长界面形状的单位时间之后，方法还包括：在更新后的时间系数大于第一系数时，以第一调节幅度提高或降低长晶时籽晶的平均提拉速度的增减幅度、加热功率的增减幅度、坩埚转速的增减幅度、籽晶转速的增减幅度中的任意一种或多种，第一系数大于0且小于1；在更新后的时间系数小于第一系数时，以第二调节幅度降低或提高长晶时的籽晶平均提拉速度的增减幅度、加热功率的增减幅度、坩埚转速的增减幅度、籽晶转速的增减幅度中的任意一种或多种，第二调节幅度小于第一调节幅度。

9、可选地，调节单晶硅的生长工艺参数以增大或减小实际重量增量以使实际重量增量等于标准重量差，通过调节长晶时籽晶的平均提拉速度、加热功率、坩埚转速、籽晶转速中的任意一种或多种实现。

10、可选地，标准重量差通过计算单位时间、单位时间内单晶硅的体积增量和单晶硅的晶体密度之积与单位时间内的熔体的粘性力重量增量之和得到。

11、可选地，称重传感器在单位时间内的实际重量增量为称重传感器在单位时间内的末期重量减去初期重量的差值。

12、本发明的一方面，提供一种单晶硅生长界面形状控制装置，该单晶硅生长界面形状控制装置包括：计算模块，计算模块用于计算标准重量差，标准重量差为单晶硅生长界面为平界面时单晶硅在单位时间内的标准重量增量和熔体粘性力对应重量增量之和；获取模块，获取模块用于获取实际重量增量，实际重量增量为称重传感器在单位时间内测量的实际重量增量；判断模块，判断模块用于判断实际重量增量是否等于标准重量差；若否，通过调节单晶硅的生长工艺参数以增大或减小实际重量增量，以使实际重量增量趋近标准重量差。

13、本发明的有益效果包括：

14、1.本申请提供的单晶硅生长界面形状控制方法，通过比较实际重量增量是否等于标准重量差，从而判断单晶硅的生长界面形状，并根据生长界面形状调节单晶硅的生长工艺参数以使实际重量增量等于标准重量差，实现晶体生长过程中生长界面为近平面的形态，达到单晶硅棒径向电阻率均匀的目的，提高晶体产品质量；

15、2.本申请提供的单晶硅生长界面形状控制方法，考虑了单晶硅生长环境即压力、温度、磁场等参数对测量重量的影响，即粘性力变化对测重的影响，并将该影响转化为平直界面生长时熔液对单晶硅棒粘性力的大小变化，提高了实时监控、控制的精度，简化了计算模块的运算难度；

16、3.本申请提供的单晶硅生长界面形状控制方法，根据实际重量增量与标准重量差的差值比标准重量增量的比值，来调节实时监测的单位时间，使监控的单位时间与单晶硅的生长状况变化相适应，避免控制系统频繁的计算和工艺调整；

17、4.本申请提供的单晶硅生长界面形状控制方法，根据实际重量增量与标准重量差的差值比标准重量增量的比值的大小，来获知生长界面凹或凸的程度，从而控制单晶硅生长工艺参数的调整幅度。

技术特征：

1.一种单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，在计算标准重量差之前，所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述的单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，在调控单晶硅生长界面形状之前，所述时间系数δ的初始值为0。

4.根据权利要求2所述的单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，在判断所述实际重量增量是否等于所述标准重量差之后，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，确定所述单晶硅的生长界面形状之后，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，在所述更新所述单位时间内的所述时间系数，并重新设置调控单晶硅生长界面形状的单位时间之后，所述方法还包括：

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，所述调节所述单晶硅的生长工艺参数以增大或减小所述实际重量增量以使所述实际重量增量等于所述标准重量差，通过调节长晶时籽晶的平均提拉速度、加热功率、坩埚转速、籽晶转速中的任意一种或多种实现。

8.根据权利要求1所述的单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，所述标准重量差通过计算单位时间内单晶硅的体积增量和单晶硅的晶体密度之积与单位时间内的熔体的粘性力对应重量增量之和得到。

9.根据权利要求1所述的单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，所述称重传感器在单位时间内的实际重量增量为所述称重传感器在单位时间内的末期重量减去初期重量的差值。

10.一种单晶硅生长界面形状控制装置，其特征在于，包括：

技术总结
一种单晶硅生长界面形状控制方法及其装置，涉及单晶硅生长技术领域。该单晶硅生长界面形状控制方法包括：计算标准重量差；获取实际重量增量；判断实际重量增量是否等于标准重量差；若否，通过调节所述单晶硅的生长工艺参数以增大或减小实际重量增量，以使实际重量增量趋近标准重量差。该单晶硅生长界面形状控制方法能够解决单晶硅生长界面形状不能实时监测的问题，实现晶体生长过程中生长界面为近平面的形态，从而实现径向电阻率均匀、减少氧等杂质生成，提高晶体产品质量。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：新美光（苏州）半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15