CN117230525B - 单晶硅生长界面形状控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

单晶硅生长界面形状控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及单晶硅生长技术领域，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

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。

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。

发明内容

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。

本发明的实施例是这样实现的：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本发明的有益效果包括：

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；

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；

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；

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。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的单晶硅生长界面形状控制方法的流程示意图之一；

图2为本发明实施例提供的单晶硅生长界面形状控制方法的流程示意图之二；

图3为本发明实施例提供的单晶硅生长界面形状控制方法的流程示意图之三；

图4为本发明实施例提供的单晶硅生长界面形状控制方法的流程示意图之四；

图5为本发明实施例提供的单晶硅生长界面形状控制方法的流程示意图之五；

图6为本发明实施例提供的固液界面呈现的不同的形状；

图7为本发明实施例提供的椭球面晶体生长界面计算理论示意图之一；

图8为本发明实施例提供的椭球面晶体生长界面计算理论示意图之二；

图9为本发明实施例提供的单晶硅生长时受力图；

图10为本发明实施例提供的单晶硅生长界面形状控制方法的流程示意图之六。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

随着单晶硅直径的逐渐增大，相应地，坩埚直径和投料量也均得到了增大，这就使得坩埚内熔体流动及粒子传输变得更加复杂。复杂的熔体流动，造成熔体及单晶硅的晶体内部碳、氧等含量难以控制，严重影响成品器件的性能。不同的生长条件和生长阶段，固液界面会呈现不同的形状，请参照图6所示。

图6中的（a）为平界面，如图6中的（b）为凹界面，图6中的（c）为凸界面，图6中的（d）为混合界面。平界面为理想生长界面，实际生产中一般呈凹界面、凸界面，界面的形状类似椭圆形面，因此，本发明依赖椭球面晶体生长界面理论对单晶硅生长界面的形状控制方法进行了研究探索。为便于理解，请参考图7和图8所示，该椭球面晶体生长界面计算理论可以参考如下：

（1）相应的凸、凹生长界面晶体生长体积计算公式如下：

其中，上述ΔV'为单位时间内单晶硅的体积增量，a为椭球形的长轴，ʋ为长晶时籽晶的平均提拉速度，Δt为单位时间，b为椭球形的短轴。

单位时间Δt内单晶硅晶体实际重量增量：。

（2）粘性力计算

F_粘性力=μS×（dv/dx）

假定采用MCZ法进行硅单晶生长，界面处速度梯度恒定，则进行如下假设：

F_粘性力=μS

其中：为熔体的动力黏度，受熔体流动性影响，S为半椭球生长界面的表面积；2S=4/3×πa(a+2b)

ΔF_粘性力=μ×ΔS=μ×4/3×πaΔb

其中，上述ΔF_粘性力为单位时间内熔体的粘性力，ΔS为单位时间内单晶硅的表面积增量，Δb为单位时间内短轴的增量。

（3）平界面生长时，单位时间Δt内标准重量增量：ΔM=ρ_s×ΔV'=ρ_sπa²ʋΔt；其中，上述ρ_s为单晶硅的晶体密度，ʋ长晶时籽晶的平均提拉速度。

平界面生长的实际标准重量差应考虑粘性力作用，标准重量差为：ΔM''=ΔM+ΔF_粘性力/g。

（4）请参照图9，根据称重传感器称重原理，单晶硅受力满足如下公式：

F_合=G_单晶硅+F_粘性力-F_浮

其中，上述F_合为称重传感器测量到的单晶硅受到的合力，G_单晶硅为单晶硅的重力，F_粘性力为熔体对单晶硅的粘性力；F_浮为单晶硅受到熔体的浮力。

称重传感器重量显示的重量值W：W=F_合/g；

单位时间Δt内称重传感器实际重量增量：ΔW=ΔF_合/g=（ΔG_单晶硅+ΔF_粘性力-ΔF_浮）/g=ΔM'+ΔF_粘性力/g-ΔF_浮/g=ρ_s×ΔV'+μ×ΔS/g-ρ_L×ΔV'；

其中：ΔG_单晶硅为单位时间Δt内单晶硅的重力增量，ΔF_粘性力为单位时间内的熔体粘性力增量，ΔF_浮为单位时间内的单晶硅受到的浮力增量，ρ_s为单晶硅的晶体密度，ρ_L为熔体密度。

由于称重传感器测量值包含了粘性力、浮力，且粘性力、浮力的变化均不可测量，影响后续的计算精度，因此本发明通过单晶硅的生长参数对标准重量差ΔM进行修正，ΔM''=ΔM+θ×F_粘性力/g，θ为修正系数。当在监测的单位时间首末生长参数保持不变时，θ取零。

单位时间Δt在长晶过程中，根据实际生长阶段实时可调，不限于：

Δt=10s、20s、30s……1min、2min、3min……。

（5）界面判断标准

Δt内称重传感器实际重量增量ΔW与标准重量差ΔM''的标准值进行比较；

（a）ΔW=ΔM''，平界面生长，此时b=0；

（b）ΔW＞ΔM''，凹界面生长，此时b>0；

（c）ΔW＜ΔM''，凸界面生长，此时b<0。

需要说明的是，以上思路形成根据称重重量判断生长界面形状的基本准则及控制要求，并以此实时控制长晶工艺参数。

下文将基于上述椭球面晶体生长界面理论对本申请提供的单晶硅生长界面形状控制方法进行详细介绍说明。

请参照图1和图2，本实施例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：

S100、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；

上述标准重量差指代单晶硅正常生长时（其生长界面为平界面）时单位时间内的重量增量和熔体粘性力重量增量之和。其中，单位时间内的重量增量的计算和单位时间内的熔体粘性力重量增量的计算可以参考前文所述。

需要说明的是，上述单位时间本申请不做限制，本领域技术人员可以根据实际需要自定。例如，该单位时间可以设置为10s、20s、30s、……1min、2min、3min……等。

在本实施例中通过籽晶平均提拉速度、单位时间、单晶硅截面积计算得出上述标准重量差，在另外的实施方式中本领域技术人员可以根据实际应用中的相关参数自行推导，具体的计算方式在本申请不做限制。

示例地，标准重量差可以通过计算单位时间、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，具体计算公式见前文所述，本申请不再重复说明。

S200、计算实际重量增量，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，实际重量增量的计算为称重传感器在单位时间内的末期称重重量减去初期的称重重量的差值（即上一监测周期末时的称重重量）。

需要说明的是，计算实际重量增量时的单位时间和计算标准重量差时的单位时间应当保持一致。

S300、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。

其中，上述实际重量增量趋近标准重量差可以是实际重量增量等于标准重量差，或者实际重量增量约等于标准重量差，下文主要以实际重量增量等于标准重量差为例进行说明。

示例性地，上述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，可以通过如下方式实现：

在实际重量增量大于标准重量差时，减小实际重量增量以使实际重量增量等于标准重量差；

在实际重量增量小于标准重量差时，增大实际重量增量以使实际重量增量等于标准重量差。

实际生产中，增大或者减少实际重量增量可以通过改变单晶硅的某个或者某些生长工艺参数实现，本申请对此不做限制。例如，可选地，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等于标准重量差，可以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。上述方法在单晶硅CZ法生长领域为常规手段，在此不再赘述。

另外，在执行完步骤S300、判断实际重量增量是否等于标准重量差之后，若发现实际重量增量等于标准重量差时，则说明当前的生长状态和标准的生长状态一致，单晶硅的生长符合标准要求，此时，可以保持原有生长工艺参数不变，并判断单晶硅累计生长长度是否达到目标尺寸；若是，则结束单晶硅生长；若否，则重新开始（具体为回到步骤下文中的步骤S400处，如图1所示）。

综上所述，本申请提供的单晶硅生长界面形状控制方法，通过实时监控实际重量增量和标准重量差的关系便可以获知单晶硅生长界面的形状是正常还是异常并进行相应调控，使单晶硅的生长界面趋于平面，从而使单晶硅锭径向电阻率均匀，提高晶体产品质量。

为了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调整工艺参数，同时又能保障生长状况恶化时的响应速度，请参照图1和图3，可选地，在上述步骤S100、在计算标准重量差之前，本申请提供的单晶硅生长界面形状控制方法还包括如下步骤：

S400、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。

简言之，在执行步骤S100之前，本申请还包括设置单位时间的步骤。需要说明的是，本申请对该预设时间ΔT的具体数值不做限制，本领域技术人员可以根据实际情况自行确定。例如该单位时间可以和长晶时籽晶的平均提拉速度和转速呈反比（这样，提拉速度和转速越高，单位时间越小），当然该关系仅为示例，不应看做是对本申请的限制。

在调控单晶硅生长界面形状之前，上述单位时间的时间系数δ的初始值为0。这样，预设时间等于单位时间。

请参照图1和图3，可选地，在上述步骤S300、判断实际重量增量是否等于标准重量差之后，方法还包括：

步骤S500、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。

需要说明的是，请参照图1和图4，可选地，上述步骤S500、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，具体包括：

S510、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；

S520、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；

S530、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。

通过该方式，本申请便可以实时获取单晶硅生长界面是正常还是异常，且可以获知该单晶硅当前生长界面的形状是属于平界面、凹界面还是凸界面。

请参照图1和图5，可选地，在上述步骤S500、确定单晶硅的生长界面形状之后，本申请的方法还包括：

S610、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。

S620、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（即，此时单晶硅以平界面生长，单位时间则保持不变，单晶硅生长参数同样保持不变）；若时间系数大于1（此为极端现象），则判定长晶失败。需要说明的是，时间系数大于1时，判定长晶失败，此时对生长界面形状进行调控就显得没有意义，需要进行停炉处理。其中，时间系数大于1的现象可以通过其他方式获取得到，例如CCD相机。

即，在执行完步骤S500之后，本申请还需要执行步骤S610-S620。

本申请通过重新计算并修正时间系数能够得到新的单位时间，如此，能够改变调控单晶硅生长工艺参数的间隔时间，使得调控单晶硅生长工艺参数变得更为频繁或者不频繁。

还有，若新的时间系数趋近于0，则认为生长界面趋近于平界面，此时，可以对当前工艺参数进行小幅度的调整，以使得生长界面接近平界面；若新的时间系数接近1，则认为生长界面凹凸的较为明显，此时，可以对当前工艺进行大幅度的调整，以使生长界面接近平界面。

在另外的实施方式中，也可以设置时间系数的范围进行单位时间的调整，当时间系数较小时，例如小于0.1，说明生长界面虽然有凹凸，但凹凸的程度很小，能够满足对单晶硅棒的性能要求，此时可以维持工艺参数不变。总之，时间系数的调整可根据实际情况设置，本实施例仅作为示例。

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，该方法还包括：

1）、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；

2）、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。

也就是说，计算得到的新的时间系数还可以用来表征生长界面的生长状态，从而对单晶硅的生长参数的控制具有指导作用。具体地，在更新后的时间系数大于第一系数时，则说明生长界面为凹界面或者凸界面，且凹凸程度相对较大，这时，需要以第一调节幅度对应提高或者降低长晶时籽晶的平均提拉速度的增幅、加热功率的增减幅度的增减幅度、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，以使生长界面趋近于平界面；对应地，在更新后的时间系数小于第一系数时，则说明生长界面为凹界面或者凸界面，但是凹凸程度相对较小，这时，可以以小于第一调节幅度的第二调节幅度对应降低或提高长晶时籽晶的平均提拉速度的增幅、加热功率的增减幅度的增减幅度、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。

请参照图10，可选地，在上述步骤S400、设置调控单晶硅生长界面形状的单位时间之前，该方法还包括：

S700、检测晶体的直径。

本申请以拉制8英寸P型单晶硅棒为例对单晶硅的生长方法进行说明，如下：

1）检查籽晶：领取籽晶后，检查籽晶是否完好、若发现籽晶不合格，应及时更换合格籽晶，以避免籽晶缺陷遗传到所生长的晶体中，影响晶体质量，甚至长晶失败。

2）装料：将单晶硅原料放置于坩埚中，装料完成后，下降坩埚至最低埚位，并检查生长炉的导流筒、热场、温度传感器等是否正常，关闭炉腔抽进行抽真空程序。

3）化料：真空检测无异常后，打开Ar阀向炉内充Ar气，维持炉内压力至1500~3500Pa，启动自动化料程序，首先升功率至低温，功率设定30kw， 低温30min后再升至中温60kw ，中温30min后，升至高温90kw-95kw，保持90kw一个小时后，升至95kw，直至坩埚内原料全部熔化；

4）引晶：原料全部熔化后，埚位上升至引晶埚位，下降籽晶，观察籽晶与液面接触后的现象进行温度调整，观察光圈形状是否完整，直至合适为止；引晶拉速的速度控制范围3-5mm/min为最佳。如温度有差距，可以适当调整温度。引晶至有效长度后，开始缩细颈。缩细颈是为了更有效地排除籽晶中的位错。细颈的直径一般控制在3-7mm，细颈的长度约为细颈直径的6-8倍；

5）扩肩生长：待籽晶引至预定长度以后，进入自动放肩，缓慢降低拉速至0.6-1.5mm/min之间，并适当降温，使晶体长粗，放肩角度为40度，至晶体生长到直径为30mm-45mm时，拉速器数值调整至0.5进行放肩，根据棱线开口情况适当调整温度斜率，放肩角度控制在125度。

根据放肩快慢，提前进行转肩动作，放肩直径195mm±2mm即进行转肩操作；根据放肩快慢实际调节拉速，一般设定以1.3mm/min-1.5mm/min左右的拉速转肩。

6）等径生长：待晶体直径及信号值都对应正常的情况下，手动设定拉速使晶体按预设直径生长，待晶体直径稳定以后，开启直径自动控制程序，同时启动界面修正程序（在本实施例中，工艺参数的调整主要通过调整拉速实现）。其中：具体的：

设置ΔT为5min，δ的初始值为0；

为了减少运算，使实时控制简单化：

设置当δ≤0.2时，判定δ=0，（即δ＜0.2维持原有生长工艺不变）。当0.2＜δ＜0.6，拉速调整为提高或降低原来的5%，当0.6≤δ＜1时，拉速调整为提高或降低原来的13%；

设置θ温度、磁场、坩埚转速、晶体转速、拉速的综合变化量小于10%时，θ=0，变化量大于30%时，θ=0.3，变化量为其余值时，θ=0.15。

在其他实施例中，δ、θ的取值也可以设置为函数或者取值对照表。

当ΔW＜ΔM''时，判断为凸界面生长，根据δ计算结果降拉速。

当ΔW=ΔM''时，判断为平界面生长，晶体生长拉速基本维持一个水平，保持正常等径生长；

当ΔW＞ΔM''时，判断为凹界面生长，根据δ计算结果提拉速。

上述修正手段以调节拉速为例，在其他实施方式中，也可以调节加热功率、坩埚转速等其他手段。

当单晶硅等径长度达到目标尺寸时，实时监测、控制程序结束，进入收尾阶段。

7）收尾生长：收尾过程中需要逐渐升温，必要时也可适当提高一些拉速，使晶体直径收细。收尾长度超过100mm，即降低拉速，关闭温补进行放大操作，进行余料吊出。

8）退火阶段：待收尾完成后，功率由自动控制切换到手动控制模式，降功率至0kw。

以上述方法拉制单晶硅棒2根；对比例（以常规方法拉制单晶硅棒2根），对比其有益效果如下表：

表1：对比例（以常规方法拉制单晶硅棒2根）

表2：以本申请的方法拉制单晶硅棒2根

其中，上述四个数据的取样位置分别为距离单晶硅棒肩部50、150、300、400mm位置的横断面。边缘平均电阻率取单晶硅断面上距离边缘10mm的圆周方向上四等分点电阻率的平均值；RRV为径向电阻率变化。可以看出，采用本申请的方法相对现有技术而言径向电阻率更均匀。

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。

需要说明的是，该单晶硅生长界面形状控制装置还可以包括用于执行前文中其他步骤的其他模块，本申请对此不做赘述。

以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路（ApplicationSpecific IntegratedCircuit，简称ASIC），或，一个或多个微处理器（DigitalSignalProcessor，简称DSP），或，一个或者多个现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray，简称FPGA）等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该5处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器（CentralProcessingUnit，简称CPU）或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统（system-on-a-chip，简称SOC）的形式实现。

以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种单晶硅生长界面形状控制方法，其特征在于，包括：

设置调控单晶硅生长界面形状的单位时间，以使所述单位时间满足如下公式：Δt=（1-δ）×ΔT，其中，所述Δt为单位时间，所述δ为时间系数，所述ΔT为预设时间；

计算标准重量差，所述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；所述标准重量差满足如下公式ΔM''=ΔM+θ×F_粘性力/g，其中，所述ΔM''为所述标准重量差，所述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，所述θ为修正系数；

获取实际重量增量，所述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，所述称重传感器用于测量所述单晶硅的重量；

判断所述实际重量增量是否等于所述标准重量差；

若否，通过调节所述单晶硅的生长工艺参数以增大或减小所述实际重量增量，以使所述实际重量增量趋近所述标准重量差；

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：根据所述实际重量增量是否等于所述标准重量差的判断结果，确定所述单晶硅的生长界面形状；其中，在所述实际重量增量大于所述标准重量差时，所述单晶硅的生长界面形状为凹界面；在所述实际重量增量等于所述标准重量差时，所述单晶硅的生长界面形状为平界面；在所述实际重量增量小于所述标准重量差时，所述单晶硅的生长界面形状为凸界面；

重新计算单位时间中的时间系数，所述时间系数满足如下公式：δ=|ΔW-ΔM''|/ΔM，其中，所述ΔW为所述实际重量增量；

判断所述时间系数是否大于0且小于1；若所述时间系数大于0且小于1，则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；若所述时间系数等于0，则判定长晶正常。

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。

3.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：

在更新后的所述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，所述第一系数大于0且小于1；

在更新后的所述时间系数小于所述第一系数时，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，所述第二调节幅度小于所述第一调节幅度。

4.根据权利要求1-3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。

5.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。

6.一种单晶硅生长界面形状控制装置，其特征在于，包括：

设置模块，所述设置模块用于设置调控单晶硅生长界面形状的单位时间，以使所述单位时间满足如下公式：Δt=（1-δ）×ΔT，其中，所述Δt为单位时间，所述δ为时间系数，所述ΔT为预设时间；

计算模块，所述计算模块用于计算标准重量差，所述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；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；

获取模块，所述获取模块用于获取实际重量增量，所述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，所述判断模块用于判断所述实际重量增量是否等于所述标准重量差；

若否，通过调节所述单晶硅的生长工艺参数以增大或减小所述实际重量增量，以使所述实际重量增量趋近所述标准重量差；

确定模块，所述确定模块用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，根据所述实际重量增量是否等于所述标准重量差的判断结果，确定所述单晶硅的生长界面形状；其中，在所述实际重量增量大于所述标准重量差时，所述单晶硅的生长界面形状为凹界面；在所述实际重量增量等于所述标准重量差时，所述单晶硅的生长界面形状为平界面；在所述实际重量增量小于所述标准重量差时，所述单晶硅的生长界面形状为凸界面；

所述计算模块还用于重新计算单位时间中的时间系数，所述时间系数满足如下公式：δ=|ΔW-ΔM''|/ΔM，其中，所述ΔW为所述实际重量增量，所述ΔM''为所述标准重量差，所述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；

所述判断模块还用于判断所述时间系数是否大于0且小于1；若所述时间系数大于0且小于1，则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；若所述时间系数等于0，则判定长晶正常。