【CN109972201A】用于直拉法硅单晶生长过程的晶体直径控制方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910274689.X

(22)申请日 2019.04.07

(71)申请人 浙江晶盛机电股份有限公司

地址 312300 浙江省杭州市上虞区通江西

路218号

(72)发明人 高宇　胡建荣　傅林坚　曹建伟　

夏泽杰　王小飞　倪军夫　叶钢飞　

谭庆　

(74)专利代理机构 杭州中成专利事务所有限公

司 33212

代理人 周世骏

(51)Int.Cl.

C30B 15/22(2006.01)

C30B 29/06(2006.01)

(54)发明名称用于直拉法硅单晶生长过程的晶体直径控制方法(57)摘要本发明涉及半导体晶体制造技术，旨在提供一种用于直拉法硅单晶生长过程的晶体直径控制方法。该方法包括：在直拉法生产硅单晶时使晶体进入等径生长过程，达到稳定状态；将晶体实际提拉速度设定为当前平均提拉速度，按照预定的变化率使实际提拉速度向设定提拉速度靠拢，直至晶体提拉速度恒定不随晶体直径波动变化；在晶体等径生长过程通过调整加热器功率控制晶体直径，具体是在当前加热平均功率基础上附加可变周期脉冲式功率输出。本发明通过对晶体直径变化速度、加速度的计算和临界值控制，使功率输出时间的关键点判断更为合理和准确；可以缩短直径变化对功率调节的响应时间滞后；不会对晶体直径造成较大扰动，不易造成晶体直

径大幅度波动。权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 109972201 A 2019.07.05

C N 109972201

A

权　利　要　求　书1/2页CN 109972201 A

1.一种用于直拉法硅单晶生长过程的晶体直径控制方法，其特征在于，是在晶体等径生长过程中将晶体提拉速度设定为固定值，通过调整加热功率实现晶体直径控制；具体包括以下步骤：

(1)在直拉法生产硅单晶时使晶体进入等径生长过程，达到稳定状态；

(2)将晶体实际提拉速度设定为当前平均提拉速度，按照预定的变化率使实际提拉速度向设定提拉速度靠拢，直至晶体提拉速度恒定不随晶体直径波动变化；

(3)在晶体等径生长过程通过调整加热器功率控制晶体直径，具体是在当前加热平均功率基础上附加可变周期脉冲式功率输出；附加功率输出幅度为0±15kw，输出时间小于120s；功率输出结束后回复到平均功率；功率调节周期，即两次附加功率输出起始点的时间间隔小于600s。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的达到稳定状态是指，晶体直径波动小于±1mm、晶体提拉速度波动范围±5mm/hr、平均提拉速度与设定提拉速度偏差范围±2mm/hr，以上状态维持时间大于15分钟，且距离最后一次热场温度调节的时间间隔大于20分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在晶体等径生长过程中实时跟踪测量晶体直径，附加功率输出幅度的数值是根据晶体直径偏差、晶体直径变化速度和晶体直径变化加速度影响下的单项功率输出值计算出来的加和值；最终的实际输出功率按下述方式计算：

当T c＜T＜T s 时，

当0≤T≤T c 时，

当T＝T s时，开始下一个计算周期，并重新计时；

上述各式中：P为实际输出功率，为前一控制周期平均功率；T为单个控制周期内附加功率输出时间，T c为附加功率输出时间阈值，T s为设定控制周期；K p、K i、K d分别为晶体直径变化速度、晶体直径偏差、晶体直径变化加速度影响下的单项功率输出值；

其中：

(1)对于晶体直径变化速度影响下的单项功率输出值K p：

当|vφ|≥v c时，K p＝vφ×k p；

当|vφ|＜v c时，K p＝0；

vφ为当前控制周期内直径变化速度，v c为直径变化速度设定阈值，k i为计算时K i使用到的经验参数；

(2)对于晶体直径偏差影响下的单项功率输出值K i：

当|Δφ|≥φc时，K i＝Δφ×k i；

当|Δφ|＜φc时，K i＝0；

Δφ为晶体直径偏差，φc为设定直径变化阈值，k i为计算K i时使用到的经验参数；

(3)对于晶体直径变化加速度影响下的单项功率输出值K d：

当|aφ|≥ac时，K d＝aφ×k d；

当|aφ|＜a c时，K d＝0；

aφ为当前控制周期内直径变化加速度，a c为直径变化加速度设定阈值，k d为计算K d时使

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