CN113308730A

CN113308730A - 一种晶体连续生长的加料控制方法和控制系统

Info

Publication number: CN113308730A
Application number: CN202010144600.0A
Authority: CN
Inventors: 邓浩; 周锐; 李侨; 付泽华; 徐战军; 张永辉; 张伟建; 张龙龙; 王建波
Original assignee: Longi Green Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Longi Green Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-08-27

Abstract

本发明实施例提供了一种晶体连续生长的加料控制方法和控制系统，应用于单晶硅棒的生长过程中的等径生长阶段，所述方法包括：获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径；获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度；基于所述单晶硅棒的测量直径、单晶硅棒的提拉速度、所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值；根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。本发明实施例中，基于单晶硅棒在单位时间内的增加值，确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。相对现有技术中在硅液浮力作用下称量单晶硅棒的质量变化值，并基于此质量变化值确定加料量，提高了加料量控制的准确性。

Description

一种晶体连续生长的加料控制方法和控制系统

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，特别是涉及一种晶体连续生长的加料控制方法和系统。

背景技术

单晶硅材料的制备工艺以直拉法(Czochralski process/CZ)为主，随着技术的发展进步逐步演变为多次加料直拉法(Recharge CZ/RCZ)、连续加料直拉法(Continuous CZ/CCZ)等工艺路线。基于CCZ工艺的需求，为维持熔体和温度场的稳定、晶体的连续生长，需要不间断的向炉体内的石英坩埚中加入硅料。

在CCZ工艺中，在加料速度恒定的情况下，石英坩埚内的熔融硅液存在温度偏差时，引起单晶硅在晶体生长过程中产生直径偏差。在进行加热功率调节时，由于晶体生长界面的温度反应较慢，加热功率调节存在滞后性。为了抑制单晶硅在晶体生长过程中的直径偏差，在进行提拉速度调节时，提拉速度的波动影响晶体生长界面的稳定性，提拉速度的波动较大时容易导致晶体生长过程中位错的产生。

为了保持晶体生长界面的稳定性，现有技术根据晶体生长过程中单晶硅棒的质量偏差值进行加料速率控制，然而，单晶硅棒的质量称量在硅液浮力作用下存在精度误差，因此，如何提高晶体连续生长时的加料速率控制精度成为亟待解决的重要问题。

发明内容

本申请提供了一种晶体连续生长的加料控制方法和控制系统，用于提高晶体连续生长时的加料速率控制精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种晶体连续生长的加料控制方法，应用于单晶硅棒的生长过程中的等径生长阶段，所述方法包括：

获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径，所述单晶硅棒的测量直径为所述单晶硅棒在固液生长界面处的直径；

获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度；

基于所述单晶硅棒的测量直径、所述单晶硅棒的提拉速度以及所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值；

根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

可选地，所述等径生长阶段包括多个加料时间段，所述多个加料时段包括第i加料时段、第i+n加料时段，所述第i+n加料时段为所述第i加料时段之后的第n个加料时段，其中i>0，n>0；

所述根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量，包括：

根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，确定所述单晶硅棒在第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值；

将所述第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值的平均值，确定为所述第i+n+1加料时间段所述石英坩埚的熔料区域的加料量。

可选地，所述单晶硅棒的提拉速度包括目标提拉速度和平均提拉速度；所述根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量，包括：

基于所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值；

基于所述目标提拉速度、所述平均提拉速度确定提拉速度的偏差值；

基于所述单晶硅棒的测量直径、所述提拉速度的偏差值以及单晶硅棒的密度确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值；

根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值、所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值，确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

可选地，所述基于所述提拉速度的偏差值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值，包括：

基于所述单晶硅棒的测量直径、所述提拉速度的偏差值以及所述单晶硅棒的密度确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值；

或者，

基于所述提拉速度的偏差值以及目标控制参数确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值，所目标控制参数包括比例增益参数、积分增益参数和控制周期。

可选地，在基于所述提拉速度的偏差值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值之后，所述方法还包括：

设置所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值的阈值范围；

当所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值小于所述阈值范围中的最小值时，将所述最小值作为所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值；

当所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值大于所述阈值范围中的最大值时，将所述最大值作为所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值。

可选地，在获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径之后，所述方法还包括：

获取等径生长阶段所述单晶硅棒的目标直径；

根据所述测量直径与目标直径之间的直径偏差值调节所述单晶硅棒的提拉速度。

可选地，所述方法还包括：根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量确定加料装置的振动模组的振幅、和/或频率，所述加料装置用于向所述石英坩埚的熔料区域加入硅料。

第二方面，本发明还公开了一种加料控制系统，应用于单晶硅棒的生长过程中的等径生长阶段，所述系统包括：

第一获取模块，用于获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径，所述单晶硅棒的测量直径为所述单晶硅棒在固液生长界面处的直径；

第二获取模块，用于获取所述单晶硅棒的提拉速度以及所述单晶硅棒的密度；

质量确定模块，用于基于所述单晶硅棒的测量直径、所述单晶硅棒的提拉速度以及所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值；

加料量确定模块，用于根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

第三方面，本发明实施例提供了一种装置，包括：接口，总线，存储器与处理器，所述接口、存储器与处理器通过所述总线相连接，所述存储器用于存储可执行程序，所述处理器被配置为运行所述可执行程序实现前述的晶体连续生长的加料控制方法的步骤。

本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储可执行程序，所述可执行程序被处理器运行实现如前述的晶体连续生长的加料控制方法的步骤。

本发明实施例采用所述单晶硅棒的提拉速度计算所述单晶硅棒在单位时间内的生长长度；根据所述单晶硅棒在等径生长阶段的测量直径、所述单晶硅棒单位时间内的生长长度计算所述单晶硅棒体积在单位时间内的增加值；最后，根据所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值、所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值；根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量；相对现有技术中在硅液浮力作用下称量单晶硅棒的质量变化值，并基于此质量变化值确定加料量，提高了加料量控制的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例一中的一种晶体连续生长的加料控制方法的步骤流程图；

图2示出了本发明实施例二中的一种晶体连续生长的加料控制方法的步骤流程图；

图3出了本发明实施例三中的一种晶体连续生长的加料控制方法的步骤流程图；

图4出了本发明实施例四中的一种晶体连续生长的加料控制方法的步骤流程图；

图5示出了本发明实施例五中的一种晶体连续生长的加料控制系统示意图；

图6示出了本发明实施例五中的另一种晶体连续生长的加料控制系统示意图；

图7示出了本发明实施例五中的一种单晶炉示意图；

图8示出了本发明实施例五中的一种设备示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1，图1示出了本发明实施例一的一种晶体连续生长的加料控制方法，应用于单晶硅棒的生长过程中的等径生长阶段，所述晶体连续生长的加料控制方法包括：

步骤101，获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径，所述单晶硅棒的测量直径为所述单晶硅棒在生长界面处的直径。

本发明实施例中，该晶体连续生长的加料控制方法应用于单晶炉中，具体可以是应用于单晶炉内的晶体生长系统和硅料加料系统中，所述晶体生长系统用于控制单晶硅棒的测量直径在所述单晶硅棒的目标直径的阈值范围内。

其中，该单晶硅棒的目标直径的阈值范围可以是，围绕所述单晶硅棒的目标直径的一定范围。所述硅料加料系统用于确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

本发明实施例中，可以对已生长的部分单晶硅棒进行测量从而获取所述单晶硅棒的测量直径，所述单晶硅棒的目标直径为制备所述单晶硅棒时期望达到的直径。具体的，对已生长的部分单晶硅棒进行测量可以利用合适的测量工具进行测量，本实施例对此不作限定。

本发明实施例中，由于所述单晶硅棒的测量直径为所述单晶硅棒的物理参数，不会受硅料的浮力影响，测量产生的偏差较小，故使用单晶硅棒的测量直径作为控制每次加料量的条件之一不会影响加料量的准确度。

步骤102、获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度。

本发明实施例中，可以从所述单晶炉控制系统中获取所述单晶硅棒的提拉速度。此处的提拉速度可以是所述单晶硅棒的目标提拉速度，也可以是在一段时间内获取到的多个提拉速度的平均提拉速度。此处的一段时间可以是一个加料时间段，也可以是多个加料时间段，本发明实施例对此不作限定。

作为一种具体的示例，所述单晶硅棒由单晶硅材料制成，所述单晶硅棒的密度为硅材料的密度ρ＝2328.3kg/m3。

本发明实施例中，所述单晶炉控制系统能够准确获取所述单晶硅棒的提拉速度，不会受到外界因素的影响，故使用单晶硅棒的提拉速度作为控制每次加料量的条件之一会提高加料量的准确度。

步骤103、基于所述单晶硅棒的测量直径、所述单晶硅棒的提拉速度以及所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值。

本发明实施例中，基于所述单晶硅棒的提拉速度可以计算出在所述单晶硅棒在单位时间内的生长长度，再根据所述单晶硅棒在单位时间内的生长长度与所述单晶硅棒的直径能够计算出所述单晶硅棒在单位时间内体积的增加值，最后，根据单晶硅棒的密度，以及单晶硅棒在单位时间内体积的增加值，计算所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值。

步骤104，根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

本发明实施例中，根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值能够得到所述单晶硅棒的质量在加料时间段内的增加值，将所述单晶硅棒的质量在加料时间段内的增加值，作为石英坩埚的熔料区域在加料时间段内的加料量。也可以是将所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值作为石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

本发明实施例采用所述单晶硅棒的提拉速度计算所述单晶硅棒单位时间内的生长长度；根据所述单晶硅棒在等径生长阶段的测量直径、所述单晶硅棒单位时间内的生长长度计算所述单晶硅棒体积在单位时间内的增加值；最后，根据所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值、所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值；根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量；相对现有技术中在硅液浮力作用下称量单晶硅棒的质量变化值，并基于此质量变化值确定加料量，提高了加料量控制的准确性。

实施例二

实施例二与实施例一的区别在于，实施例二根据第i加料时段至第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值的平均值确定第i+n+1加料时间段石英坩埚的熔料区域的加料量，i>0，n＞0。

参考图2，图2示出了本发明实施例二中的一种晶体连续生长的加料控制方法的步骤流程图，所述方法包括：

步骤201、获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径，所述单晶硅棒的测量直径为所述单晶硅棒在生长界面处的直径。

本发明实施例中，此步骤与实施例一中的步骤101相同，此处不再赘述。

步骤202，获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度。

本发明实施例中，此步骤与实施例一中的步骤102相同，此处不再赘述。

步骤203，基于所述单晶硅棒的测量直径、所述单晶硅棒的提拉速度以及所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值。

其中，基于所述单晶硅棒的测量直径、所述单晶硅棒的提拉速度以及所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值包括以下步骤：

根据所述单晶硅棒的提拉速度确定所述单晶硅棒在单位时间内的生长长度。

本发明实施例中，根据所述单晶硅棒的提拉速度能够获取所述单晶硅棒在单位时间内的生长长度，此处的单位时间可以是1S(秒)，也可以是1min(分钟)，本发明实施例对此不作限定。

基于所述单晶硅棒的测量直径、所述单晶硅棒在单位时间内的生长长度确定所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值。

本发明实施例中，利用所述单晶硅棒的测量直径能够计算出所述单晶硅棒横截面的面积，根据所述单晶硅棒横截面的面积与所述单晶硅棒在单位时间内的生长长度，能够计算出所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值。

基于所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值、所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值。

本发明实施例中，根据常识可知，基于所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值和所述单晶硅棒的密度，即可计算出所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值。

所述等径生长阶段包括多个加料时间段，所述多个加料时段包括第i加料时段、第i+n加料时段，所述第i+n加料时段为所述第i加料时段之后的第n个加料时段，其中i>0，n>0；

步骤204，根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，确定所述单晶硅棒在第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值；

步骤205，将所述第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值的平均值，确定为所述第i+n+1加料时间段所述石英坩埚的熔料区域的加料量。

作为一种具体的实施方式，所述等径生长阶段包括多个加料时间段，所述多个加料时段包括第i加料时段、第i+1加料时段，所述第i+1加料时段为所述第i加料时段的下一个加料时段；其中，每个加料时间段包括至少一个单位时间；

根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，确定所述单晶硅棒在第i加料时间段对应的单晶硅棒质量的增加值。将所述第i加料时间段对应的单晶硅棒质量的增加值，确定为第i+1加料时间段所述石英坩埚的熔料区域的加料量。

作为另一种具体的实施方式，根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，确定所述单晶硅棒在第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值。将所述第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值的平均值，确定为所述第i+n+1加料时间段所述石英坩埚的熔料区域的加料量。

本发明实施例中，每个加料时间段可以由多个单位时间组成，也可以由一个单位时间组成，对此本申请实施例不作限定。

本申请的加料控制方法可以根据单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，确定所述单晶硅棒在第i加料时间段对应的单晶硅棒质量的增加值。当第i加料时间段由多个单位时间组成时，所述单晶硅棒在第i加料时间段对应的单晶硅棒质量的增加值，为所述单晶硅棒的质量在多个单位时间内的增加值之和。当第i加料时间段由一个单位时间组成时，所述单晶硅棒在第i加料时间段对应的单晶硅棒质量的增加值，为所述单晶硅棒的质量在该单位时间内的增加值。

本发明实施例中，将所述第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值的平均值，确定为第i+n+1加料时间段所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量，能够提高加料量控制的准确性。

可以理解的，此处可以根据加料控制的控制效率和控制精确度来调整此处多个已完成加料的加料时间段的数量，本发明实施例对此不作限定。

可选地，所述单晶硅棒的提拉速度包括目标提拉速度和平均提拉速度；其中，所述平均提拉速度为所述第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的时间内所述单晶硅棒的提拉速度的平均值。

本发明实施例中，所述目标提拉速度与等径生长阶段单晶硅棒的目标直径相关，可以是单晶硅棒的目标直径对应的提拉速度。在将单晶硅棒的提拉速度作为控制加料量的参数之一时，由于目标提拉速度与实际等径生长阶段单晶硅棒的提拉速度之间存在有一定的偏差，只考虑单晶硅棒的目标提拉速度会导致最终的加料量存在偏差，造成控制结果的准确度降低，故本发明实施例考虑了平均提拉速度，基于所述目标提拉速度和所述平均提拉速度来决定最终的加料量。

本发明实施例，结合了目标提拉速度和平均提拉速度，即，本发明实施例考虑了所述单晶硅棒的期望提拉速度和实际工艺过程中的提拉速度，并将其作为控制加料量的因素之一，能够提高下一个加料时间段的加料量的准确性。

实施例三

在本发明实施例中，实施例三与实施例二的区别在于，实施例三可以根据石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值、石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

参考图3，图3示出了本发明实施例三中的一种晶体连续生长的加料控制方法的步骤流程图，所述方法包括：

步骤S301、获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径，所述单晶硅棒的测量直径为所述单晶硅棒在生长界面处的直径。

步骤S302，获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度,所述单晶硅棒的提拉速度包括目标提拉速度和平均提拉速度。

步骤S303，基于所述单晶硅棒的测量直径、所述单晶硅棒的提拉速度以及所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值。

本发明实施例中，此步骤与实施例一中的步骤103相同，此处不再赘述。

步骤S3041、根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值。

本发明实施例中，基于所述单晶硅棒的测量直径、所述目标提拉速度以及单晶硅棒的密度确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值。其中，所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值为在等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度保持在目标提拉速度时，所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内所需的加料量。

步骤S3042，基于所述目标提拉速度、所述平均提拉速度确定提拉速度的偏差值。

步骤S3043，基于所述单晶硅棒的测量直径、所述提拉速度的偏差值以及单晶硅棒的密度确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值。

本发明实施例中，石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值ΔM＝ΔV*π(d/2)^2*ρ，其中，ΔV＝V-V0为d为等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径，ρ为单晶硅棒的密度。

当ΔV＝V-V0＞0时，说明单晶硅的提拉速度相对于目标提拉速度较大，在晶体生长过程中单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值较大，此时，ΔM＝ΔV*π(d/2)^2*ρ＞0。

当ΔV＝V-V0＜0时，说明单晶硅的提拉速度相对于目标提拉速度较小，在晶体生长过程中单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值较小，此时，ΔM＝ΔV*π(d/2)^2*ρ＜0。

基于上述控制方法，可以保证石英坩埚的熔料区域的硅液液面的稳定性。

步骤S305，根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值、所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

本发明实施例中，基于所述单晶硅棒的测量直径、目标提拉速度以及单晶硅棒的密度确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值；基于所述单晶硅棒的测量直径、所述提拉速度的偏差值以及单晶硅棒的密度确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值；所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值考虑了在实际制备单晶硅棒的工艺中单晶硅棒实际的提拉速度与目标提拉速度之间的偏差，对加料量的控制起到了积极的作用，提高了加料量控制的准确性。

本发明实施例中，为了更加准备的控制加料量，根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值、所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值，确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值决定了加料量的大概范围，但是仅用单晶硅棒在单位时间内增加的初始值控制加料量会使实际得到的单晶硅棒直径与目标直径之间存在偏差，本发明实施例中的所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值考虑了在实际制备单晶硅棒的工艺中，单晶硅棒实际的提拉速度与目标提拉速度之间的偏差，即根据实际工艺过程的提拉速度的偏差值对下一加料时段的加料量进行调整，故能够提高加料量控制的准确性。

可选地，在基于所述单晶硅棒的测量直径、提拉速度的偏差值以及单晶硅棒的密度确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值之后，所述方法还包括：

本发明实施例中，所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值的阈值范围的端点值可以包括正数，也可以包括负数。为了防止所述单晶硅棒增加的补偿值达不到补偿的效果或者超出了补偿的期望，从而使制备的单晶硅棒的实际直径与目标直径偏差过大，本发明实时例设定了所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值的阈值范围。

作为一种具体的示例，当利用得到的单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，计算最终的加料量时，导致制备的单晶硅棒的直径小于单晶硅棒的目标直径时，此时，所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值为正数。

作为另一种具体的示例，当利用得到的单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，计算最终的加料量时，导致制备的单晶硅棒的直径大于单晶硅棒的目标直径时，此时，所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值为负数。

本发明实施例中，当计算得到的所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值不在所述预置的补偿值范围时，此时如果还是利用所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值作为最终的加料量的补偿值，可能会导致制备的单晶硅棒的实际直径与目标之间的偏差超过了可接受的范围，导致实际的生产的单晶硅棒的不合格率上升。

本发明实施例还通过设定当所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值不在所述阈值范围时，将所述加料量的补偿值设置为所述阈值范围的最小值或所述阈值范围的最大值，能够提高实际生产的单晶硅棒的合格率。

具体的，可以是，当单晶硅棒在单位时间内增加的补偿值ΔM小于所述补偿值的阈值下限M1时，采用所述补偿值的阈值下限M1作为所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值。

或者，当单晶硅棒在单位时间内增加的补偿值ΔM大于所述补偿值的阈值上限M 2时，采用所述补偿值的阈值上限M 2作为所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值。

可选地，本发明实施例中，为了提高本发明所述工艺方法的稳定性，可以设置硅料加料系统的触发条件为单晶硅棒已进入等径生长阶段，且进入等径生长阶段的持续时间大于预设时间。其中，所述预设时间可以根据实际的经验设定，具体以能保证所述等径生长的单晶硅棒的直径已经稳定，不会产生较大的偏差为准，本发明实施例不作具体的限定。

获取等径生长阶段所述单晶硅棒的目标直径；

例如，当所述单晶硅棒的测量直径小于所述单晶硅棒的目标直径时，减小所述单晶硅棒的提拉速度；当所述单晶硅棒的测量直径大于所述单晶硅棒的目标直径时，增大所述单晶硅棒的提拉速度。

本发明实施例中，所述单晶硅棒在等径生长阶段的持续时间大于预设时间时，再进行加料量的控制，提高了加料速率控制的工艺稳定性，从而提高了晶体连续生长时的加料控制精度。

本发明实施例中，所述单晶硅棒的目标直径根据实际的需求确定，可以是制备单晶硅棒时期望达到的直径。具体的，设定等径生长阶段单晶硅棒的目标直径d0＝215mm，将单晶硅棒的目标直径d0对应的提拉速度V设置为目标提拉速度V0，为了控制单晶硅目标直径d0的阈值范围内(215-0.5mm，215+0.5mm)，可以根据单晶硅直径d在第一预设时间内的测量直径与目标直径d0偏差值Δd调节单晶硅棒的提拉速度V。其中，所述第一预设时间可以是进行加料前的一个加料时间段，也可以是进行加料前的多个加料时间段，本发明实施例对此不作限定。

作为一种具体的示例，当单晶硅棒测量直径d小于目标直径d0时，可以降低单晶硅棒的提拉速度V以使单晶硅棒直径d增大，当单晶硅棒测量直径d大于目标值d0时，可以提高单晶硅棒的提拉速度V以使单晶硅直径d减小。

本发明实施例中，所述单晶硅棒的目标直径根据实际的需求确定，为制备单晶硅棒时期望达到的直径，但是，在实际的工艺工程中，会由于单晶炉本身存在的偏差以及环境的误差等因素，所述单晶硅棒的测量直径与目标直径之间存在一定的偏差，此时，为了控制加料量的准确定，可以获取实际工艺过程得到的单晶硅棒的测量直径，并基于所述单晶硅棒的目标直径与所述单晶硅棒的实际工艺过程得到的测量直径，进行加料量的控制。

此外，所述单晶硅棒实际工艺过程得到的测量直径，也可以是前一个加料时间段内的所述单晶硅棒的测量直径的平均值，也可以是之前多个加料时间段内的所述单晶硅棒的测量直径的平均值，本发明实施例对此不作限定。

可选地所述方法还包括：根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量确定加料装置的振动模组的振幅、和/或频率，所述加料装置用于向所述石英坩埚的熔料区域加入硅料。

本发明实施例中，利用加料量确定所述加料装置的振动模组的振幅、和/或频率，以使所述加料装置能够更加准确的向所述石英坩埚的熔料区域加入硅料。

本发明实施例采用所述单晶硅棒的提拉速度计算所述单晶硅棒单位时间内的生长长度；根据所述单晶硅棒在等径生长阶段的测量直径、所述单晶硅棒单位时间内的生长长度计算所述单晶硅棒体积在单位时间内的增加值；最后，根据所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值、所述单晶硅棒的密度，确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值；根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量；相对现有技术中在硅液浮力作用下称量单晶硅棒的质量变化值，并基于此质量变化值确定加料量，提高了加料量控制的准确性。

实施例四

在本发明实施例中，实施四与实施例三的区别在于，实施例四可以采用PID算法(比例-积分-微分控制算法)根据提拉速度的偏差值、PID控制参数确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值。

参考图4，图4示出了本发明实施例二中的一种晶体连续生长的加料控制方法的步骤流程图，所述方法包括：

步骤S401、获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径，所述单晶硅棒的测量直径为所述单晶硅棒在生长界面处的直径。

步骤S402，获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度,所述单晶硅棒的提拉速度包括目标提拉速度和平均提拉速度。

步骤S403，基于所述单晶硅棒的测量直径、所述单晶硅棒的提拉速度以及所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值。

步骤S4041、根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值。

步骤S4042，基于所述目标提拉速度、所述平均提拉速度确定提拉速度的偏差值。

步骤S4043，基于所述提拉速度的偏差值、目标控制参数确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值。

本发明实施例中，所述目标控制参数可以是PID控制参数，所述PID控制参数包括比例增益参数P、积分增益参数I、PID控制周期T，在加料时间段内基于所述平均提拉速度_v与所述目标提拉速度v₀计算的提拉速度偏差值Δv，作为一种示例，利用PID控制参数确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值具体可以是利用一下公式计算：

其中，ΔM为石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值。

步骤S4044，根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值、所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

本发明实施例中，所述比例增益参数P、积分增益参数I、PID控制周期T可根据人工经验和具体需求进行具体的调整，故利用所述提拉速度的偏差值、PID控制参数确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值，结合了人工经验和具体需求，能够提高所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内加料量的控制精度。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定都是本申请实施例所必须的。

实施例五

参照图5，示出了本发明实施例五一种晶体连续生长的加料控制系统50示意图，应用于单晶硅棒的生长过程中的等径生长阶段，所述系统包括：

第一获取模块501，用于获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径，所述单晶硅棒的测量直径为所述单晶硅棒在生长界面处的直径；

第二获取模块502，用于获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度；

质量确定模块503，用于基于所述单晶硅棒的测量直径、所述单晶硅棒的提拉速度以及所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值；

加料量确定模块504，用于根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

参照图6，示出了本发明实施例三一种晶体连续生长的加料控制系统60示意图，应用于单晶硅棒的生长过程中的等径生长阶段，所述系统包括以下功能模块：

第一获取子模块601，用于获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径；

第二获取子模块602，用于获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度；

生长长度确定子模块603，用于根据所述单晶硅棒的提拉速度确定所述单晶硅棒在单位时间内的生长长度。

体积确定子模块604，基于所述单晶硅棒的测量直径，以及所述单晶硅棒在单位时间内的生长长度，确定所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值。

质量确定子模块605，用于基于所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值和所述单晶硅棒的密度确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值。

第一加料量确定子模块6061，用于根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，确定所述单晶硅棒在第i加料时间段对应的单晶硅棒质量的增加值；

还用于将所述第i加料时间段对应的单晶硅棒质量的增加值，确定为第i+1加料时间段所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

第二加料量确定子模块6062，根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，确定所述单晶硅棒在第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值；

还用于将所述第i加料时段至所述第i+n加料时段对应的单晶硅棒质量的增加值的平均值，确定为所述第i+n+1加料时间段所述石英坩埚的熔料区域的加料量。

可选地，所述单晶硅棒的提拉速度包括目标提拉速度和平均提拉速度；

所述加料量确定模块，还用于基于所述单晶硅棒的测量直径、目标提拉速度以及单晶硅棒的密度确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值；

还用于基于目标提拉速度、平均提拉速度确定提拉速度的偏差值；

还用于基于所述单晶硅棒的测量直径、所述提拉速度的偏差值以及单晶硅棒的密度确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值；

还用于根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值、所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

可选的，所述单晶硅棒的提拉速度包括目标提拉速度和平均提拉速度；

所述加料量确定模块还用于基于所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值；

还用于基于所述目标提拉速度、所述平均提拉速度确定提拉速度的偏差值；

还用于基于所述提拉速度的偏差值以及PID控制参数确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值，所述PID控制参数包括比例增益参数、积分增益参数和控制周期；

可选地，所述加料量确定模块，还用于设置所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值的阈值范围；

还用于当所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值小于所述阈值范围中的最小值时，将所述最小值作为所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值；

还用于当所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值大于所述阈值范围中的最大值时，将所述最大值作为所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值。

可选地，所述系统还包括：提拉速度调整子模块；

所述提拉速度调整子模块用于获取等径生长阶段所述单晶硅棒的目标直径；还用于根据所述测量直径与目标直径之间的直径偏差值调节所述单晶硅棒的提拉速度。

例如，当所述单晶硅棒的测量直径小于所述单晶硅棒的目标直径时，所述提拉速度调整子模块用于减小所述单晶硅棒的提拉速度；当所述单晶硅棒的测量直径大于所述单晶硅棒的目标直径时，所述提拉速度调整子模块用于增大所述单晶硅棒的提拉速度。

可选的，所述系统还包括振幅频率确定模块，所述振幅频率确定模块用于根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量确定加料装置的振动模组的振幅、和/或频率，所述加料装置用于向所述石英坩埚的熔料区域加入硅料。

本发明实施例利用所述单晶硅棒的提拉速度计算所述单晶硅棒单位时间内的生长长度；再利用所述单晶硅棒在等径生长阶段的测量直径，与所述单晶硅棒单位时间内的生长长度，计算所述单晶硅棒体积在单位时间内的增加值；最后根据所述单晶硅棒的体积在单位时间内的增加值，与所述单晶硅棒的密度，确定所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，根据所述单晶硅棒的质量在单位时间内的增加值，确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量；相对现有技术中在硅液浮力作用下称量单晶硅棒的质量变化值，并基于此质量变化值确定加料量，提高了加料量控制的准确性。

本发明实施例还公开了一种单晶炉，如图7所示，所述单晶炉包括晶体生长系统和硅料加料系统，晶体生长系统包括提拉装置1010、热屏组件1020、石英坩埚1030，提拉装置1010通过步进电机产生一定的提拉速度使晶体不断向上生长；提拉装置1010可以通过调节单晶硅棒的提拉速度V控制单晶硅棒直径d。石英坩埚包括外坩埚1031和由圆筒形隔离体组成的内坩埚1032，外坩埚1031用于在晶体连续生长时融化硅料，内坩埚1032用于提供晶体生长的硅液。

在本发明实施例中，硅料加料系统包括料仓1040、称量模组1050、振动模组1060，其中，所述称量模组1050设置在所述料仓1040的下方，所述称量模组1050用于称量料仓1040中剩余硅料的质量，以使料仓1040中的硅料1041在送料通道1061中定量传输。所述振动模组1060用于使料仓1040中的硅料1041沿送料通道1061落入石英坩埚1030的熔料区域1031内。

在本发明实施例中，称量模组1050、振动模组1060分别与硅料加料系统的控制模块连接；控制模块根据待加料量控制振动模组的振幅、和/或频率，以调节石英坩埚1030在单位时间内的加料量M。

在本发明实施例中，晶体生长系统的控制模块1070用于控制单晶硅棒直径d在直径目标值d₀的阈值范围内，控制模块1070可以根据目标提拉速度V₀、单晶硅棒的目标直径d₀确定石英坩埚的熔料区域在单位时间内加料量的初始值M₀。

硅料加料系统的控制模块1080，用于根据一定时间内的平均提拉速度v与目标提拉速度的偏差值V₀的确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内加料量的补偿值ΔM；控制模块1080可以根据所述单位时间内加料量的初始值M₀、所述单位时间内加料量的补偿值ΔM确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量M。

可选的，所述硅料加料系统的控制模块1080还用于确定所述单晶硅棒在等径生长阶段的持续时间大于预设时间值。

可选的，所述硅料加料系统的控制模块1080还用于控制所述单位时间内的加料量的补偿值在所述补偿值的阈值范围内。

可选的，所述硅料加料系统的控制模块1080控制所述单位时间内的加料量的补偿值在预设补偿值的范围内，包括以下情况：

当所述单位时间内的加料量的补偿值大于所述补偿值的阈值上限时，采用所述补偿值的阈值上限作为所述单位时间内的加料量的补偿值。

当所述单位时间内的加料量的补偿值小于所述补偿值的阈值下限时，采用所述补偿值的阈值下限作为所述单位时间内的加料量的补偿值。

优选的，所述硅料加料系统的控制模块1080还用于根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量M确定所述振动模组1060的振幅、和/或频率。

在本发明实施例中，控制模块1070、控制模块1080的功能可以由同一个控制模块执行，也可以由两个不同的模块执行，本申请对此不作限定。

例如，本申请的控制模块1070、控制模块1080可以集成于单晶炉控制系统中，由工控机中控制模块执行上述晶体连续生长的加料控制方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种装置，如图8所示，所述装置包括：接口51、处理器52、存储器53及总线54；其中，所述总线54，用于实现所述接口51、所述处理器52和所述存储器53之间的连接通信；所述存储器53存储有可执行程序，所述处理器52，用于执行所述存储器53中存储的可执行程序，以实现如图1或图2，实施例一或实施例二中的晶体连续生长的加料控制方法的步骤，并能达到相同或相似的效果，为了避免重复，此处不再赘述。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个可执行程序，所述一个或者多个可执行程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如图1或图2，实施例一或实施例二中的晶体连续生长的加料控制方法的步骤，并能达到相同或相似的效果，为了避免重复，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种晶体连续生长的加料控制方法，其特征在于，应用于单晶硅棒的生长过程中的等径生长阶段，所述方法包括：

获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度；

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述等径生长阶段包括多个加料时间段，所述多个加料时段包括第i加料时段、第i+n加料时段，所述第i+n加料时段为所述第i加料时段之后的第n个加料时段，其中i>0，n>0；

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述单晶硅棒的提拉速度包括目标提拉速度和平均提拉速度；

基于所述提拉速度的偏差值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值；

根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的初始值、所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述提拉速度的偏差值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值，包括：

或者，

基于所述提拉速度的偏差值以及目标控制参数确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值，所述目标控制参数包括比例增益参数、积分增益参数和控制周期。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在基于所述提拉速度的偏差值确定所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量的补偿值之后，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在获取等径生长阶段所述单晶硅棒的测量直径之后，所述方法还包括：

获取等径生长阶段所述单晶硅棒的目标直径；

7.根据权利要求1-4,6任一所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述石英坩埚的熔料区域在单位时间内的加料量确定加料装置的振动模组的振幅、和/或频率，所述加料装置用于向所述石英坩埚的熔料区域加入硅料。

8.一种晶体连续生长的加料控制系统，其特征在于，应用于单晶硅棒的生长过程中的等径生长阶段，所述系统包括：

第二获取模块，用于获取等径生长阶段所述单晶硅棒的提拉速度；

9.一种装置，其特征在于，所述装置包括：接口，总线，存储器与处理器，所述接口、存储器与处理器通过所述总线相连接，所述存储器用于存储可执行程序，所述处理器被配置为运行所述可执行程序实现如权利要求1至7中任一项所述的晶体连续生长的加料控制方法的步骤。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储可执行程序，所述可执行程序被处理器运行实现如权利要求1至7中任一项所述的晶体连续生长的加料控制方法的步骤。