CN112725883A - 控制单晶硅尾部长度的方法及单晶炉收尾方法 - Google Patents

控制单晶硅尾部长度的方法及单晶炉收尾方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种控制单晶硅尾部长度的方法及单晶硅收尾方法，属于单晶硅生产技术领域。读取实时收尾长度L1以及该收尾长度对应的实际收尾重量W1，并通过实时收尾长度L1计算理论收尾重量W0，比较实际收尾重量W1与理论收尾重量W0的偏差，如果偏差过大，则对应的调整实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速或收尾温度，以降低实际收尾重量W1与理论收尾重量W0的偏差，达到控制单晶硅硅棒尾部长度的目的，避免单晶硅硅棒尾部过长，导致收尾用料较多，且收尾时间长，或者单晶硅硅棒尾部过短，造成位错，使晶体失去完整单晶结构。同时，控制单晶硅硅棒尾部长度，也能够为成批次生产特殊要求的单晶硅硅棒提供可靠的收尾控制参数。

Description

控制单晶硅尾部长度的方法及单晶炉收尾方法
技术领域
本发明属于单晶硅生产技术领域，具体涉及一种控制单晶硅尾部长度的方法及单晶硅收尾方法。
背景技术
拉晶等径工序完成直接将晶体从液面脱离，已生长的无位错单晶收到热冲击，其热应力大于硅临界应力时会产生位错，致使晶体失去完整单晶结构，故等径结束后都需要进行收尾，让晶体和液面慢慢脱开，避免已生成单晶晶体受到热冲击而产生位错。收尾长度一般和等径直径接近，大于或小于均有发生。
现有技术中，拉晶收尾工艺主要是通过控制系统采用预定的收尾工艺进行。例如，专利号为201610375021.9的中国发明专利公开了一种Z-80单晶炉自动收尾方法，设定单晶收尾开始时的单晶拉速和温校值，并依据单晶收尾结束前随单晶收尾长度的变化而调节单晶拉速和温校值。再如，专利号为201910977065.4的中国发明专利公开了一种能够提高收尾成功率的单晶炉收尾方法，通过反复测量收尾后的尾部形状，根据尾部形状变化，对应调整收尾工艺，以能够得到形状规整的单晶硅尾部。
然而，上述收尾工艺并不能对单晶硅尾部长度进行控制，如收尾长度过长，则导致收尾用料较多，且收尾时间长；降低收尾长度虽然有利于减少收尾用料，提高收率，减少收尾时间，降低电、氩气等用量，但尾部长度过短则容易产生位错，使晶体失去完整单晶结构。同时，在一些特殊场合下，需要晶棒尾部不同的热历史，收尾长度根据实际需求可能发生变化，因此，有必要对单晶硅尾部长度进行控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种控制单晶硅尾部长度的方法，以解决现有技术中，单晶硅尾部长度得不到有效控制的技术问题。
本发明还提供一种单晶炉收尾方法，以获取相当尾部长度的单晶硅硅棒。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种控制单晶硅尾部长度的方法，包括以下步骤：
a.读取实时收尾长度L1以及该收尾长度对应的实际收尾重量W1；
b.计算理论收尾重量W0：
Figure BDA0002858207990000021
其中，ρG为单晶硅密度，D为单晶硅硅棒等径直径，D1为实时收尾长度L1时，单晶硅尾部理论直径；
c.计算重量偏差率η：
Figure BDA0002858207990000022
d.比较重量偏差率的绝对值|η|与预设的偏差率阈值η0，当|η|>η0时，调整实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速或者收尾温度，以使得η∈[-η0，η0]，其中，η0>0；
e.每间隔既定拉晶长度ΔL，重复上述步骤a～d，控制单晶硅尾部长度。
优选地，步骤d中，所述“调整实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速及收尾温度”包括以下步骤：
d1.当η<-η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调高1％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调高1％～25％；
d2.当η>η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调低1％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调低1％～25％。
优选地，步骤d1中，当η<-η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调高5％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调高5％～25％；步骤d2中，当η>η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调低5％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调低5％～25％。
优选地，相邻两次读取的实时收尾长度L1的差值1mm≤ΔL≤30mm。
优选地，相邻两次读取的实时收尾长度L1的差值10mm≤ΔL≤30mm。
优选地，η0≤0.15。
优选地，η0≤0.05。
一种单晶炉收尾方法，用于控制单晶硅硅棒的尾部长度，包括以下步骤：
按照预定收尾参数，进行第一次收尾，并按照如上所述的控制单晶硅尾部长度的方法，对预定收尾参数进行调整，收尾结束后，获取第一次调整参数，得到第一单晶硅硅棒；
判断第一单晶硅硅棒的尾部长度是否满足要求，如果是，则以第一次调整参数作为收尾参数，投入生产；如果否，则执行以下方法：
按照第(N-1)次调整参数，进行第N次收尾，并按照如上所述的控制单晶硅尾部长度的方法，对第(N-1)次调整参数进行调整，收尾结束后，获取第N次调整参数,得到第N单晶硅硅棒，其中，N为≥2的整数；
判断第N单晶硅硅棒的尾部长度是否满足要求，如果是，则以第N次调整参数作为收尾参数，投入生产。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种控制单晶硅尾部长度的方法，其有益效果是：读取实时收尾长度L1以及该收尾长度对应的实际收尾重量W1，并通过实时收尾长度L1计算理论收尾重量W0，比较实际收尾重量W1与理论收尾重量W0的偏差，如果偏差过大，则对应的调整实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速或收尾温度，以降低实际收尾重量W1与理论收尾重量W0的偏差，达到控制单晶硅硅棒尾部长度的目的，避免单晶硅硅棒尾部过长，导致收尾用料较多，且收尾时间长，或者单晶硅硅棒尾部过短，造成位错，使晶体失去完整单晶结构。同时，控制单晶硅硅棒尾部长度，也能够为成批次生产特殊要求的单晶硅硅棒提供可靠的收尾控制参数。
本发明还提供一种单晶硅收尾方法，实现同一批次或相近批次的单晶硅硅棒尾部长度可控，免单晶硅硅棒尾部过长，导致收尾用料较多，且收尾时间长，或者单晶硅硅棒尾部过短，造成位错，使晶体失去完整单晶结构。同时，控制单晶硅硅棒尾部长度，也能够为成批次生产特殊要求的单晶硅硅棒提供可靠的收尾控制参数。
附图说明
图1是控制单晶硅尾部长度的方法的参考示意图。
具体实施方式
以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
请参看图1，一具体实施方式中，一种控制单晶硅尾部长度的方法，包括以下步骤：
a.读取实时收尾长度L1以及该收尾长度对应的实际收尾重量W1。即首先以以一个既定的收尾参数，进行收尾，则在收尾过程中，可通过现有的直拉单晶炉的控制系统获得实时收尾长度L1以及该收尾长度对应的实际收尾重量W1。
b.计算理论收尾重量W0：
Figure BDA0002858207990000051
其中，ρG为单晶硅密度，D为单晶硅硅棒等径直径，D1为实时收尾长度L1时，单晶硅尾部理论直径。
具体地，假定收尾的理论尾部形状为规则的锥形，例如需求获得的单晶硅硅棒的预期尾部长度为L0，则根据预期收尾长度L0及拉晶等径直径D，获取预期尾部角θ0＝arctan(2L0/D)。
当实时收尾长度L1时，单晶硅晶棒的理论尾部形状为圆台形，圆台的底部直径即为硅棒等径直径D，上部理论直径
Figure BDA0002858207990000052
则可通过式Ⅰ计算理论收尾重量W0。
c.计算重量偏差率η：
Figure BDA0002858207990000053
d.比较重量偏差率的绝对值|η|与预设的偏差率阈值η0，当|η|>η0时，调整实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速或者收尾温度，以使得η∈[-η0，η0]，其中，η0>0。
具体地，当实际收尾重量W1大于理论收尾重量W0时，即重量偏差率η>0时，表示该时刻收尾速率较慢，收尾半径较大，当该重量偏差率η过大时，将导致最终单晶硅尾部长度与理论偏差值增大，则需要对此时的收尾参数进行调整。例如，当η>η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调高1％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调高1％～25％，以使收尾速度变快。再如，当η<-η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调低1％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调低1％～25％，以使收尾速度变慢。
e.每间隔既定拉晶长度ΔL，重复上述步骤a～d，控制单晶硅尾部长度。
具体地，每间隔既定拉晶长度ΔL,重复步骤a～步骤d，重新获取实时收尾长度L1以及该收尾长度对应的实际收尾重量W1，并对该时刻的收尾速率进行判断及调整，以使得单晶硅硅棒的尾部长度向预期尾部长度L0靠近。
上述方法中，读取实时收尾长度L1以及该收尾长度对应的实际收尾重量W1，并通过实时收尾长度L1计算理论收尾重量W0，比较实际收尾重量W1与理论收尾重量W0的偏差，如果偏差过大，则对应的调整实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速或收尾温度，以降低实际收尾重量W1与理论收尾重量W0的偏差，达到控制单晶硅硅棒尾部长度的目的，避免单晶硅硅棒尾部过长，导致收尾用料较多，且收尾时间长，或者单晶硅硅棒尾部过短，造成位错，使晶体失去完整单晶结构。同时，控制单晶硅硅棒尾部长度，也能够为成批次生产特殊要求的单晶硅硅棒提供可靠的收尾控制参数。
值得说明的是，上述调节过程可以通过人工手动调节完成，也可以配合计算机软件程序完成。
当通过人工手动调节完成时，对收尾参数的调节频率应当适中，调节幅度应当适中，调节频率或调节幅度过大，容易造成收尾工艺波动，导致收尾失败，调节频率或调节幅度过小，则调整时，单晶硅硅棒的尾部的偏差已经较大，调节效果不佳。例如，人工手动调节时，每间隔既定拉晶长度ΔL为10mm～30mm，进行一次判断调整，每次对该时刻对应的拉晶拉速或收尾温度的调整幅度为5％～25％，而且每一次调整时，所允许的偏差率阈值η0较大，例如0.05≤η0≤0.15。
当配合计算机软件程序完成时，对收尾参数的调节频率可以提高，调节幅度可以减小，以实现小幅度多次数调节，以用较少次数获得最佳的收尾参数。例如，配合计算机软件程序调节时，每间隔既定拉晶长度ΔL为1mm～10mm，进行一次判断调整，每次对该时刻对应的拉晶拉速或收尾温度的调整幅度为1％～10％，而且每一次调整时，所允许的偏差率阈值η0可较小，例如0≤η0≤0.05。
又一具体实施方式中，一种单晶炉收尾方法，用于控制单晶硅硅棒的尾部长度，包括以下步骤：
按照预定收尾参数，进行第一次收尾，并按照如上所述的控制单晶硅尾部长度的方法，对预定收尾参数进行调整，收尾结束后，获取第一次调整参数，得到第一单晶硅硅棒；
判断第一单晶硅硅棒的尾部长度是否满足要求，如果是，则以第一次调整参数作为收尾参数，投入生产；如果否，则执行以下方法：
按照第(N-1)次调整参数，进行第N次收尾，并按照如上所述的控制单晶硅尾部长度的方法，对第(N-1)次调整参数进行调整，收尾结束后，获取第N次调整参数,得到第N单晶硅硅棒，其中，N为≥2的整数；
判断第N单晶硅硅棒的尾部长度是否满足要求，如果是，则以第N次调整参数作为收尾参数，投入生产。
值得说明的是，一般地，人工手动调节的情况下，通过3～5次的调节，即可获得尾部长度与预期尾部长度L0相近的单晶硅硅棒。如配合计算机软件程序调节，则2～3的调节即可获得尾部长度与预期尾部长度L0相近，且尾部形状为相对规则的锥形的单晶硅硅棒。
采用上述单晶炉收尾方法，实现同一批次或相近批次的单晶硅硅棒尾部长度可控，免单晶硅硅棒尾部过长，导致收尾用料较多，且收尾时间长，或者单晶硅硅棒尾部过短，造成位错，使晶体失去完整单晶结构。同时，控制单晶硅硅棒尾部长度，也能够为成批次生产特殊要求的单晶硅硅棒提供可靠的收尾控制参数。而且，通过上述方式得到的单晶炉收尾参数，尤其是通过计算机软件辅助调节的情况下得到的单晶炉收尾参数，在表现形式上为一个以拉晶拉速和收尾温度为变量的连续函数，相比传统阶段性的收尾参数，使得收尾过程更加稳定可控，单晶硅硅棒尾部形状更加规则，收尾成功率更高。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种控制单晶硅尾部长度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.读取实时收尾长度L1以及该收尾长度对应的实际收尾重量W1；
b.计算理论收尾重量W0：
Figure FDA0002858207980000011
其中，ρG为单晶硅密度，D为单晶硅硅棒等径直径，D1为实时收尾长度L1时，单晶硅尾部理论直径；
c.计算重量偏差率η：
Figure FDA0002858207980000012
d.比较重量偏差率的绝对值|η|与预设的偏差率阈值η0，当|η|>η0时，调整实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速或者收尾温度，以使得η∈[-η0，η0]，其中，η0>0；
e.每间隔既定拉晶长度ΔL，重复上述步骤a～d，控制单晶硅尾部长度。
2.如权利要求1所述的控制单晶硅尾部长度的方法，其特征在于，步骤d中，所述“调整实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速及收尾温度”包括以下步骤：
d1.当η<-η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调高1％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调高1％～25％；
d2.当η>η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调低1％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调低1％～25％。
3.如权利要求2所述的控制单晶硅尾部长度的方法，其特征在于，
步骤d1中，当η<-η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调高5％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调高5％～25％；
步骤d2中，当η>η0时，将实时收尾长度L1时刻的拉晶拉速调低5％～25％，或者将实时收尾长度L1时刻的收尾温度调低5％～25％。
4.如权利要求1所述的控制单晶硅尾部长度的方法，其特征在于，相邻两次读取的实时收尾长度L1的差值1mm≤ΔL≤30mm。
5.如权利要求4所述的控制单晶硅尾部长度的方法，其特征在于，相邻两次读取的实时收尾长度L1的差值10mm≤ΔL≤30mm。
6.如权利要求1所述的控制单晶硅尾部长度的方法，其特征在于，η0≤0.15。
7.如权利要求6所述的控制单晶硅尾部长度的方法，其特征在于，η0≤0.05。
8.一种单晶炉收尾方法，用于控制单晶硅硅棒的尾部长度，其特征在于：包括以下步骤：
按照预定收尾参数，进行第一次收尾，并按照如权利要求1～7中任意一项所述的控制单晶硅尾部长度的方法，对预定收尾参数进行调整，收尾结束后，获取第一次调整参数，得到第一单晶硅硅棒；
判断第一单晶硅硅棒的尾部长度是否满足要求，如果是，则以第一次调整参数作为收尾参数，投入生产；如果否，则执行以下方法：
按照第(N-1)次调整参数，进行第N次收尾，并按照如权利要求1～7中任意一项所述的控制单晶硅尾部长度的方法，对第(N-1)次调整参数进行调整，收尾结束后，获取第N次调整参数,得到第N单晶硅硅棒，其中，N为≥2的整数；
判断第N单晶硅硅棒的尾部长度是否满足要求，如果是，则以第N次调整参数作为收尾参数，投入生产。
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