CN114318513A - 一种精准控制单晶生长界面的方法 - Google Patents
一种精准控制单晶生长界面的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114318513A CN114318513A CN202111680189.XA CN202111680189A CN114318513A CN 114318513 A CN114318513 A CN 114318513A CN 202111680189 A CN202111680189 A CN 202111680189A CN 114318513 A CN114318513 A CN 114318513A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- single crystal
- length
- weight
- growth interface
- diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004033 diameter control Methods 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种精准控制单晶生长界面的方法，包括以下步骤：(1)等径直径稳定后，通过单晶炉客户端依次获得等径过程中直径稳定位置A和单晶重量W1、位置B和单晶重量W2、位置C和单晶重量W3；其中位置C为生长界面所在位置，计算位置A到位置B的单晶重量随着长度的变化率α＝(W2‑W1)/(B‑A)、以及位置B到位置C的单晶重量随着长度的变化率β＝(W3‑W2)/(C‑B)；(2)通过计算确定出单晶理论重量随长度的变化率m，按照m随长度的变化得到一条线，并以此线作为基准线；(3)比较α和β的数值，若m＜α＜β，则判断生长界面为凸面，提升拉速；若m＞α＞β，则判断生长界面为凹面，降低拉速；(4)随着单晶长度增加，不断比较连续两段的重量随长度的变化率值，及时调整拉速。
Description
技术领域
本发明涉及一种精准控制单晶生长界面的方法，属于半导体硅材料生产领域。
背景技术
单晶硅是集成电路使用最重要的半导体材料，随着对集成电路提出的要求，对硅单晶的品质要求也越来越高。硅材料级别分为：太阳能级别、半导体级别、IC级别，其中太阳能级别单晶对质量要求不高，生长界面形状关注较少，主要关注于氧含量和电阻率。半导体级别单晶对质量要求高，尤其是IC级别单晶对质量要求极高。
另外，随着集成电路技术的发展，为了控制成本，用于集成电路的硅片尺寸也越来越大，目前市面上主流的是8英寸和12英寸抛光片。大尺寸硅片的应用对单晶硅生产技术要求也越来越高。
目前直拉法是制备硅材料的主要方法。而生长界面的形状直接影响了单晶的质量，固液界面越接近于平面，单晶质量越高。同时单晶硅尺寸越大，生长界面形状对质量的影响程度也越大，同时生长界面控制也越来越难。
在实际拉晶过程中，固液界面往往受整体拉晶环境影响如对流、晶转、埚转等的影响。从根本上讲，固液界面的形状与从熔体中进入界面的热量及从界面进入晶体中的热量相关。
目前还未有能够直接判断单晶生长界面状态的单晶生长设备。而如何快速评判单晶生长过程中生长界面形状对控制单晶质量有重要意义。
发明内容
基于以上现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种精准控制单晶生长界面的方法，采用该方法，能够在直拉法生产单晶过程中对等径阶段单晶生长界面形状做出及时有效的判断，帮助工艺人员快速准确的调节拉速，提高单晶质量。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种精准控制单晶生长界面的方法，该方法包括以下步骤：
(1)等径直径稳定后，通过单晶炉客户端依次获得等径过程中直径稳定位置A和单晶重量W1、位置B和单晶重量W2、位置C和单晶重量W3；其中位置C为生长界面所在位置，计算位置A到位置B的单晶重量随着长度的变化率α＝(W2-W1)/(B-A)、以及位置B到位置C的单晶重量随着长度的变化率β＝(W3-W2)/(C-B)；
(2)通过计算确定出单晶理论重量随长度的变化率m，按照m随长度的变化得到一条线，并以此线作为基准线；
(3)比较α和β的数值，若m＜α＜β，则判断生长界面为凸面，提升拉速；若m＞α＞β，则判断生长界面为凹面，降低拉速；
(4)随着单晶长度增加，不断比较连续两段的重量随长度的变化率值，及时调整拉速，在等径过程中保持实际重量随长度的变化率在基准线附近震荡，以保证单晶平面趋向于平面。
优选地，位置B至位置A的长度与位置C至位置B的长度相等，所述长度Δd＝B-A＝C-B，该长度控制的越小越能够确保单晶生长界面控制的精确度，但过小会使得操作过于频繁，因此，所取长度Δd优选为5-10mm。
本发明基于以下原理来控制生长界面形状：在生长相同的长度中，凸界面生长的晶体重量＞平界面生长的单晶重量＞凹界面生长的单晶重量。并依据生长原理，改变提拉速度能够影响晶体生长过程中潜热的释放，从而改变固液界面形状，界面形状凸向熔体，增加提拉速度；界面形状凹向熔体，降低提拉速度。
优选地，在等径前期，手动控制等径前期直径，待等径前期拉速趋势逐渐消除后，单晶直径趋于稳定，校准单晶炉直径信号，并开启直径自动控制，保证直径信号控制系统无异常。
优选地，在所述步骤(3)调节拉速过程中，可以同时改变温补来协助调整。若m＜α＜β，则判断生长界面为凸面，提升拉速的同时也可以降温；若m＞α＞β，则判断生长界面为凹面，降低拉速同时也可以升温。升温和降温的幅度可以在1-2sp/hr。
这里，将引晶时的加热功率平均分成1300份，其中的每一份表即为1sp，这里的“sp/hr”指的是每小时降低的加热功率的份数。
在所述步骤(3)中，所述生长界面的凹凸是相对上一位置生长界面而言的。
本发明的有益效果：
本发明通过利用理论重量随长度的变化率，为等径阶段准确判断单晶生长界面凹凸形状提供了理论基础，为拉速调整提供了理论参考，解决了单晶等径阶段无法肉眼直观判断生长界面凹凸状态的问题。
本发明通过控制重量随长度的变化率在理论重量随长度的变化率周围波动，基本可实现单晶生长界面趋近于平面，保证了单晶质量。
附图说明
图1为本发明的方法的流程图。
图2为实施例1中8英寸单晶重量随长度变化率调整过程的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例来详细说明本发明。所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，给出了本发明的方法的流程。在以下实施例中，本发明的方法实施过程如下：
(1)按照经验手动控制等径前期直径，待等径前期拉速趋势逐渐消除后，单晶直径趋于稳定，校准单晶炉直径信号，并开启直径自动控制。保证直径信号控制系统无异常。
(2)等径直径稳定后，通过单晶炉客户端依次获得等径过程中直径稳定位置A和单晶重量W1、位置B和单晶重量W2、位置C和单晶重量W3；其中位置C为生长界面所在位置，计算位置A到位置B的单晶重量随着长度的变化率α＝(W2-W1)/(B-A)、以及位置B到位置C的单晶重量随着长度的变化率β＝(W3-W2)/(C-B)；
(3)通过计算确定出单晶理论重量随长度的变化率m，按照m随长度的变化得到一条直线，并以此直线作为基准线；
(4)比较α和β的数值，若m＜α＜β，则判断生长界面为凸面，需要及时提升拉速；若m＞α＞β，则判断生长界面为凹面，需要及时降低拉速；
(5)随着单晶长度增加，不断比较连续两段的重量随长度的变化率值，及时调整拉速，在等径过程中保持实际重量随长度的变化率在理论重量随长度变化率附近震荡，以保证单晶平面趋向于平面。
理论重量随长度变化的变化率基准线的绘制过程为：
1)理论计算h1长度内单晶等径重量WA＝π×R12×h1×ρ，其中R1为等径直径，h1为等径长度，ρ为单晶硅密度；
2)理论计算下一个h2段内收尾重量WB＝π×R12×h2×ρ；其中R1为等径直径，h2为收尾长度，ρ为单晶硅密度；
3)理论计算h＝h2-h1内重量变化ΔW＝WB-WA；
4)计算重量随长度变化率m＝ΔW/h；以此类推算出不同长度段内重量随长度变化率；按照m随长度的变化得到一条线，并以此线作为基准线。
实施例1
以本发明方法来对多根直径为208mm(8英寸)的硅单晶生长界面进行实验，认为单晶生长界面调整为平面后提出单晶拍照验证。首先通过理论计算得出理论重量随长度的变化率基准线图，如图2所示。
按照步骤(2)取等径位置A为200mm，记录此时的等径重量W1为18.592kg。
取Δd为10mm。在等径位置B为210mm。记录此时的尾部重量W2为19.393kg。α＝(W2-W1)/(B-A)。得到AB段尾部重量随着长度的变化率α为0.0801(kg/mm)。
按照步骤(2)取等径位置C为220mm，记录此时的等径重量W3为20.198kg。
β＝(W3-W2)/(C-B)。得到BC段尾部重量随着长度的变化率β为0.0805(kg/mm)。
通过比较，0.0791＜α＜β。落在图2的提拉速区域。认为此时的生长界面为凸界面，提高单晶拉速2mm/hr，手动降温1sp/hr。
按照步骤(2)取等径位置D为230mm，记录此时的等径重量W4为20.994kg。
计算α’＝(W4-W3)/(D-C)，得到CD段尾部重量随着长度的变化率α’为0.0796(kg/mm)。
经过提拉速调整后，α’＞0.0791。在等径230mm时，生长界面形状开始趋近于平面。但仍落在图2的提拉速区域。继续提高单晶拉速1mm/hr。
按照步骤(2)取等径位置E为240mm，记录此时的等径重量W5为21.785kg。
计算β’＝(W5-W4)/(E-D)，得到DE段尾部重量随着长度的变化率β’为0.0791(kg/mm)。
经过提拉速调整，在等径240mm时，变化率β’为0.0791(kg/mm)，认为生长界面形状为平面。
提出要单晶冷却后，目视验证单晶生长界面。界面较平，没有明显的凹凸界面。
结合以上实施例，可以看出，采用本发明的方法，在等径过程中，以单晶生长5-10mm为1个单元，调整连续的几个单元，即可实现趋近于平面的生长界面，该方法稳定可靠且及时有效。
Claims (6)
1.一种精准控制单晶生长界面的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)等径直径稳定后，通过单晶炉客户端依次获得等径过程中直径稳定位置A和单晶重量W1、位置B和单晶重量W2、位置C和单晶重量W3；其中位置C为生长界面所在位置，计算位置A到位置B的单晶重量随着长度的变化率α＝(W2-W1)/(B-A)、以及位置B到位置C的单晶重量随着长度的变化率β＝(W3-W2)/(C-B)；
(2)通过计算确定出单晶理论重量随长度的变化率m，按照m随长度的变化得到一条线，并以此线作为基准线；
(3)比较α和β的数值，若m＜α＜β，则判断生长界面为凸面，提升拉速；若m＞α＞β，则判断生长界面为凹面，降低拉速；
(4)随着单晶长度增加，不断比较连续两段的重量随长度的变化率值，及时调整拉速，在等径过程中保持实际重量随长度的变化率在基准线附近震荡，以保证单晶平面趋向于平面。
2.根据权利要求1所述的精准控制单晶生长界面的方法，其特征在于，位置B至位置A的长度与位置C至位置B的长度相等。
3.根据权利要求2所述的精准控制单晶生长界面的方法，其特征在于，所述长度为5-10mm。
4.根据权利要求1所述的精准控制单晶生长界面的方法，其特征在于，在等径前期，手动控制等径前期直径，待等径前期拉速趋势逐渐消除后，单晶直径趋于稳定，校准单晶炉直径信号，并开启直径自动控制，保证直径信号控制系统无异常。
5.根据权利要求1所述的精准控制单晶生长界面的方法，其特征在于，在所述步骤(3)调节拉速过程中同时改变温补来协助调整，若m＜α＜β，则判断生长界面为凸面，提升拉速的同时降温；若m＞α＞β，则判断生长界面为凹面，降低拉速的同时升温。
6.根据权利要求5所述的精准控制单晶生长界面的方法，其特征在于，所述升温和降温的幅度分别为1-2sp/hr。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111680189.XA CN114318513B (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种精准控制单晶生长界面的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111680189.XA CN114318513B (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种精准控制单晶生长界面的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114318513A true CN114318513A (zh) | 2022-04-12 |
| CN114318513B CN114318513B (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=81022650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111680189.XA Active CN114318513B (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种精准控制单晶生长界面的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114318513B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114921846A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-19 | 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司 | 降低重掺锑<100>单晶杂质条纹的方法 |
| CN115491755A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-12-20 | 双良硅材料(包头)有限公司 | 一种单晶炉拉晶控制的方法及装置 |
| CN117230525A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-15 | 新美光(苏州)半导体科技有限公司 | 单晶硅生长界面形状控制方法及其装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107109687A (zh) * | 2014-12-30 | 2017-08-29 | Lg矽得荣株式会社 | 能够控制锭界面形状的单晶生长系统和方法 |
| CN112831829A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-25 | 有研半导体材料有限公司 | 一种直拉法生产单晶中收尾阶段单晶收放趋势的判断方法 |
-
2021
- 2021-12-30 CN CN202111680189.XA patent/CN114318513B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107109687A (zh) * | 2014-12-30 | 2017-08-29 | Lg矽得荣株式会社 | 能够控制锭界面形状的单晶生长系统和方法 |
| US20170356100A1 (en) * | 2014-12-30 | 2017-12-14 | Lg Siltron Incorporated | Monocrystal growth system and method capable of controlling shape of ingot interface |
| CN112831829A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-25 | 有研半导体材料有限公司 | 一种直拉法生产单晶中收尾阶段单晶收放趋势的判断方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114921846A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-19 | 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司 | 降低重掺锑<100>单晶杂质条纹的方法 |
| CN114921846B (zh) * | 2022-05-31 | 2023-10-24 | 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司 | 降低重掺锑<100>单晶杂质条纹的方法 |
| CN115491755A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-12-20 | 双良硅材料(包头)有限公司 | 一种单晶炉拉晶控制的方法及装置 |
| CN115491755B (zh) * | 2022-09-22 | 2023-11-24 | 双良硅材料(包头)有限公司 | 一种单晶炉拉晶控制的方法及装置 |
| CN117230525A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-15 | 新美光(苏州)半导体科技有限公司 | 单晶硅生长界面形状控制方法及其装置 |
| CN117230525B (zh) * | 2023-11-16 | 2024-02-23 | 新美光(苏州)半导体科技有限公司 | 单晶硅生长界面形状控制方法及其装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114318513B (zh) | 2024-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114318513A (zh) | 一种精准控制单晶生长界面的方法 | |
| KR100848435B1 (ko) | 축방향 길이의 함수로서 용융물-고체 계면 형상을 제어하여 실리콘 결정을 성장시키는 방법 및 장치 | |
| US7264674B2 (en) | Method for pulling a single crystal | |
| KR101939594B1 (ko) | 초기 장입물만을 도핑하여 균등하게 도핑된 실리콘 잉곳의 성장 | |
| US11624123B2 (en) | Method and apparatus of monocrystal growth | |
| US5868835A (en) | Apparatus for recharging of silicon granules in a czochralski single crystal growing operation | |
| KR19980071243A (ko) | 핫존 로에서의 인상속도 프로파일을 조절하여 단결정 실리콘 잉곳 및 웨이퍼를 제조하는 방법, 그에 따라 제조된 잉곳 및 웨이퍼 | |
| KR20220062052A (ko) | 연속 쵸크랄스키 방법을 사용하여 질소 도핑된 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 방법들 및 이 방법에 의해 성장되는 단결정 실리콘 잉곳 | |
| US7235133B2 (en) | Method for growing single crystal of semiconductor | |
| JP3867476B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置 | |
| KR102576552B1 (ko) | 연속 쵸크랄스키 방법을 사용하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 방법들 | |
| JP2001019588A (ja) | 単結晶直径の制御方法及び結晶成長装置 | |
| EP2045371B1 (en) | Method and apparatus for manufacturing an ultra low defect semiconductor single crystalline ingot | |
| JP4461781B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶製造装置の設計方法並びにシリコン単結晶製造装置 | |
| KR101609465B1 (ko) | 실리콘 단결정 잉곳의 제조장치 및 그 제조방법 | |
| JP2009242237A (ja) | 単結晶インゴット製造装置及び方法 | |
| CN114250508A (zh) | 一种快速控制直拉单晶硅直径的方法 | |
| KR101540235B1 (ko) | 단결정 잉곳제조장치 및 단결정 잉곳제조방법 | |
| JPH11189486A (ja) | Ｆｚ法による半導体単結晶の製造方法 | |
| JP2005082474A (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JP2007284323A (ja) | 半導体単結晶の製造装置及び製造方法 | |
| CN107955964A (zh) | 一种mems用低氧硅单晶材料的制备方法及其热系统 | |
| JP7452314B2 (ja) | Ｆｚ用シリコン原料結晶の製造方法及びｆｚ用シリコン原料結晶の製造システム | |
| US6030450A (en) | Method of fabricating a silicon single crystal | |
| WO2004065667A1 (ja) | 単結晶の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |