CN1329682A - 精确提拉晶体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用切氏晶体生长装置精确提拉单晶块的方法和装置。该晶体生长装置具有绕在卷盘的缆线以相对于熔体提升和降低晶块。电动机以变化的速度转动卷盘用来以变化的速率从熔体提拉晶块,检测器检测卷盘的转动用来产生一个位置信号。存储器储存预定的速度分布,该分布图确定目标速率用以做为晶块长度的函数从熔体提拉晶块。一个对位置信号和速度分布作出反应的控制器控制提拉晶块的电动机速度。该控制器根据位置信号确定实际提拉速率并将其与速度分布确定的目标提拉速率做比较。于是控制器控制电动机的速度在提拉至少约50%的晶块长度过程中保持晶块的实际提拉速率约等于目标提拉速率。通过设定标称提拉速率,作为对应于标称提拉速率调整点的函数给电动机激励,以及调节调整点直到实际提拉速率与标称提拉速率的差小于或等于一个临阈值。

Description

精确提拉晶体的方法和装置

本发明一般涉及制造电子部件中使用的单晶半导体控制生长工艺中的改进，特别地涉及根据预定速度分布以切氏(Czochralski)晶体生长工艺精确控制提拉速率的方法和装置。

单晶或单晶体硅是制造半导体电子部件多数工艺中的起始材料。采用切氏工艺的晶体提拉机制造大多数的单晶硅。简单地说，切氏工艺包括在位于专门设计的炉子里石英坩埚内熔化一批高纯度的多晶硅。加热的坩埚熔化硅料后，晶体提升机构降低籽晶以接触熔化的硅。然后，该机构抽拉籽晶以从硅熔体提拉生长晶体。一个典型的晶体提升机构从一条缆线的一端悬挂籽晶，缆线的另一端绕在转筒上。当转筒转动时，籽晶根据转筒转动的方向而上下移动。

晶体颈部形成后，通过降低提拉速率和/或熔化温度，生长工艺扩大了生长着的晶体的直径直到达到所需要的直径。通过控制提拉速率和熔体温度同时补偿降低的熔体液面，使晶体主体得到生长以使它具有大致恒定的直径(即：它一般是柱状的)。在接近生长工艺的结尾但在取出熔化硅腾空坩埚之前，该工艺逐渐减小晶体直径以形成端部圆锥体。典型地，通过增加晶体提拉速率和提供给坩埚的热量来形成端部圆锥体。当直径变得足够小，晶体就从熔体分离。在生长过程中，坩埚以一个方向转动熔体，晶体提升机构沿籽晶和晶体以相反的方向转动它的提拉缆线或杆。

虽然现有的切氏生长工艺对于生长广泛应用中使用的单晶硅一直是令人满意的，但是仍需进一步改进。比如，当晶体块固化后冷却，在晶体生长室中单晶硅内形成了许多缺陷。这种缺陷的产生部分是由于存在过多(即：浓度高于溶解极限)的内在(本征)点缺陷，称做空位和自间隙。有人已提出硅中这些点缺陷的类型和初始浓度能影响最终产品中堆积缺陷的类型和存在。如果这些浓度在系统中达到临界过饱和的程度并且这些点缺陷的机动性足够高，一种反应，或一种堆积作用将可能发生。硅中堆积本征点缺陷可以严重地影响复杂集成电路生产中材料的成品潜力。

基于这些原因，需要一种准确而可靠的装置和方法来从熔体中提拉单晶硅块以降低硅块中本征点缺陷的数量和浓度。

本发明满足上述的需要并克服现有技术中的缺点，提供一种方法和装置根据预定的速度分布从熔体中精确提拉晶体块。在本发明的几个目的中注意到提供这样的方法和装置可降低单晶硅块中本征点缺陷的数量和浓度；提供这样的方法和装置可控制单晶硅块中空位和自间隙的浓度以防由于固化温度晶块冷却时块内本征点缺陷堆积；提供这样的方法和装置可以用于现有的晶体提拉设备；提供这样的方法可以被有效而经济地运用，提供这样的装置经济上可行、商业上实用。

简单地说，一种体现本发明各个方面的方法与晶体生长装置一起使用用以根据切氏工艺生长单晶块。该装置具有一个被加热的坩埚，坩埚含有一个半导体熔体生长晶体块，晶体块在从熔体提拉的籽晶上生长。该装置还具有一个线缆悬挂籽晶，一个卷盘(卷筒)缠绕一部分线缆。以一个方向转动卷盘缠绕缆线来从熔体提拉晶块，以相反的方向卷开缆线向熔体降低晶块。该方法包括确定预先设定的速度分布的步骤。速度分布确定从熔体提拉晶块的目标速率作为晶块长度的函数。根据此方法，以随电动机变化的速度转动卷盘从熔体以变化的速度提拉晶块。随后的步骤是检测卷盘的旋转运动和发出代表被检测旋转运动的位置信号。该方法也包括根据位置信号确定晶块的实际提拉速率和对晶块的实际提拉速率和速度分布确定的目标提拉速率进行比较。该方法进一步包括控制电机速度的步骤以在提拉至少50％的结晶块长度期间晶块的实际提拉速率等于目标提拉速率。

本发明的另一个实例是一种根据切氏工艺生长单晶块的晶体生长装置一起使用的装置。该装置具有一个被加热的坩埚，装有半导体熔体，由此生长出晶块，晶块在从熔体提拉出的籽晶上生长。该装置还具有一个缆线悬挂籽晶，一个卷盘缠绕缆线的一部分。以一个方向缠绕缆线用以从熔体中提拉晶块；以相反的方向转动卷盘来松开缆线向熔体降低晶块。该装置包括一个电动机，其轴连接于卷盘以使卷盘转动。通过以变化的速度转动卷盘，电动机以变化的速度从熔体提拉晶块。该装置也包括一个检测器用于检测卷盘的旋转运动和产生表示被检测转动的位置信号。一个存储器储存预设速度分布，该分布确定从熔体提拉晶块的目标速率作为晶块长度的函数。该装置还包括一个对位置信号和速度分布感应的控制器用以控制电动机从熔体提拉晶块的速度。该控制器基于位置信号决定晶体的实际提拉速率并比较晶块的实际提拉速率和速度分布确定的目标提拉速率。控制器于是控制电动机的速度以在提拉至少50％的晶块长度过程中保持晶块的实际提拉速率约等于目标提拉速率。

另外，另一个实例是根据切氏工艺使用晶体生长装置生长单晶块的一种方法。该装置具有一个被加热的坩埚，坩埚装有半导体熔体，由此生长出晶块，晶块在从熔体提拉的籽晶上生长。该装置还具有一个缆线悬挂籽晶，一个卷盘缠绕部分缆线。以一个方向转动卷盘缠绕缆线从熔体提拉晶块；以相反方向转动卷盘松开缆线以朝向熔体降低晶块。该方法包括步骤：随电动机转动卷盘从熔体提拉晶块，设置第一额定提拉速率，确定对应第一额定提拉速率的调整点。根据该方法，作为调整点的函数给电动机激励以从熔体以第一额定速率提拉晶块。该方法还包括检测卷盘的旋转运动，产生表示被检测旋转运动的位置信号，然后根据位置信号决定晶块的实际提拉速率。该方法进一步包括步骤：比较晶块实际提拉速率与第一额定提拉速率，调节调整点直到晶块的实际提拉速率与第一额定提拉速度之间的差别小于或等于一个临阈级。

另一方面，本发明可包括各种其它的方法和系统。

以下将会部分看到和部分指出其它的目标和特点。

图1表示一个晶体生长装置和根据本发明控制该晶体生长装置的装置。

图2是图1装置的方框图包括具有可编程逻辑控制器(PLC)的控制装置。

图3是一个流程图，表示用于校准图1装置的控制器的运行。

图4是一个速度分布图，用以以图1的装置提拉具有降低本征点缺陷数量和浓度的晶体块。

图5是一个方框图表示图1装置运行用来计算修改的调整点。

图6A和6B是流程图表示图2的PLC计算修正系数的运行。

相应的参考字母表示全部图纸的对应部分。

现在参见图1，一个装置总体表示为11，与总体表示为13的切氏晶体生长装置一起使用。晶体生长装置13的详细结构对该工艺内的普通技术人员是众所周知的。通常，晶体生长装置13包括一个真空室15，该室15围绕一个坩埚19。加热装置如电阻加热器21围绕坩埚19。在一个实例中，绝缘层23衬在真空室15的内壁上，灌入水的反应室冷却套(没有显示出)围绕着它。因为氩气惰性气氛被加入，真空泵(没有显示)通常从真空室15中除去气体。

根据切氏单晶生长工艺，一些多晶体硅，或多晶硅被加入坩埚19。加热器电源27通过电阻加热器21提供电流来熔化装料，因此，形成硅熔体29，由此单晶31被提拉。正如在该工艺中所知的，单晶31开始于连接于提拉杆，或缆线37的籽晶35。如图1所示，单晶31和坩埚19一般具有一个同共的对称轴39。缆线37的一端通过滑轮39(见图2)连接于卷盘41(见图2)，另一端连接于一个夹具(没有显示)，它夹住籽晶35和从籽晶生长的晶体31。

在加热和晶体提拉这两个过程中，坩埚驱动装置43使坩埚19转动(如：以顺时针方向)。在生长过程中坩埚驱动装置43还按照需要提升和降低坩埚19。例如，当熔体29减少时坩埚驱动装置43提升坩埚19以将参考标志45表示的位置保持在所需要的高度。类似地，晶体驱动装置47以与坩埚驱动装置43转动坩埚19相反的方向使缆线37转动。另外，在生长过程中，晶体驱动装置47相对于熔体表面45提升和降低晶体31。

在一个实例中，晶体生长装置13通过降低籽晶35使其几乎接触到坩埚19装的熔体29的熔化硅来预热籽晶35。预热后，晶体驱动装置47通过缆线37继续降低籽晶35直到在熔体表面45处接触到熔体29。随着籽晶35熔化，晶体驱动装置47慢慢将它从熔体29中抽出，或提拉出。籽晶35从熔体29中抽出硅，随着其被抽出，产生硅单晶31的生长。晶体驱动装置47在它从熔体29提拉晶体31时以一个参考速度转动晶体31。坩埚驱动装置43类似地以另一个参考速度转动坩埚19，但通常是以相对于晶体31相反的方向。

控制装置51最初控制抽出或提拉速率以及电源27提供给加热器21的电力以形成晶体31的收缩颈。随着籽晶35从熔体29中抽出，晶体生长装置13最好以充分恒定的直径生长晶体颈部。例如，控制装置51保持所需体直径约百分之五的充分恒定颈部直径。在常规的控制方案下，颈部达到所需要的长度后，控制装置51调整转动，提拉和/或加热参数以使晶体31的直径以圆锥形方式增加直到达到所需要的晶体体直径。例如，控制装置51减少提升速率以造成向外锥形区，称作晶体圆锥。

一旦达到所需的晶体直径，控制装置51控制生长直径以保持象系统11测得的相对恒定的直径直到该工艺接近它的结尾。那时，提拉速率和加热通常被增加来减少直径以形成单晶31末端圆锥部分。共同转让美国专利号5,178,720，它的全部披露在此以参考形式引入，其披露了一个控制晶体和坩埚转动速率作为晶体直径的函数的优选方法。共同转让美国专利号5,882,402，美国专利号：5,846,318，美国专利号5,665,159和美国专利号：5,653,799，它们的整个披露以参考形式在此引入，提供了一些晶体生长参数的精确和可靠的测量，包括晶体直径。在这些专利中，图像处理器处理晶体—熔体界面图像以决定直径。

图2图示电气接线图，包括用于控制的控制装置51，其中还包括晶体驱动装置47。晶体驱动装置47的详细结构是本工艺里普通技术人员所知道的。通常，驱动装置47包括耦合于卷盘41的电动机53。虚线55表示电动机53的轴59与卷盘41之间的机械耦合。虽然这种机械耦合可以包括轴59和卷盘41之间的直接连接，但是优选的安排是在轴59和卷盘41之间定位一套减速装置(没有表示出)用于更好地控制和平稳地运行。0电动机因此可通过卷盘41放松和卷起缆线37用于降低籽晶35使其进入熔体29和从熔体29提拉晶块31。

图2里的虚线61表示卷盘41通过其内的孔65安装在轴63上。共同转让申请系列号08/978,334,1997年11月25提出，其整个披露在此引入供参考，显示了适合本发明的卷盘和缆线布置。

进一步参见图2，控制电路51包括具有中心处理器(CPU)71和存储器73的可编程逻辑控制器(PLC)69。PLC69经过79和81线路从每转500脉冲(ppr)的编码器77接受输入信号。编码器77连接于轴63用于产生位置信号。在这种情况下，位置信号由作为卷盘41旋转运动函数而变化的79和81线上的脉冲组成。于是，PLC69计算79和81线上的脉冲以精确确定卷盘41在任何所关心的给定时间中已经转了多少。编码器77最好在2X方式下运行，在此，编码器对每一个卷盘41的360度旋转发出1000个离散脉冲。相应地，如果PLC69在79和81线上计算出5,500个脉冲，就可知道卷盘41在脉冲产生期间准确地转了五圈半。用另一种方法，一种齿轮机构(没有显示)驱动卷盘41，编码器77可被连接到该齿轮机构中正在转动的齿轮之一。假设齿轮比已知，卷盘41的转数可用类似于上述披露的方法计算。

在图示的实例中，PLC69通过87和89线也被连接于一个60ppr的编码器85。编码器85被连接于电动机53的轴59并在87和89线上产生脉冲作为该轴转动的函数。PLC69于是计算87和89线上的脉冲以精确确定轴59在任何所关心的给定时间中已经转了多少。编码器85最好在4X方式下运行，在此方式下，编码器对轴的每个360度转动发出240个脉冲。相应地，如PLC69计算出87和89线上480个脉冲就知道产生脉冲期间电机53的轴59正好转了两个完整的圈。

PLC69也被通过常规方法对于卷盘41的大小和将电机53的轴59连接到转动卷盘41的轴63上的齿轮比编程。假设从线87和89上的脉冲数知道轴59的转数，假设已知连接轴59到卷盘41的齿轮比，并假设已知卷盘41的直径，PLC69容易通过常规方法编程以将编码器85受到的脉冲数目转化成代表缆线37实时线性运动的数值。换句话说，通过计算线87和89上的脉冲，PLC69容易计算缆线37的提拉速度。显示监视器91最好实时显示这个缆线速度。

伺服放大器93以常规闭环反馈结构通过线95和97连接到电机53，通过线103和105连接到测速计101。测速计101产生线103和105上的模拟信号，该信号以电压作为电机53的轴59转速的函数而变化。伺服放大器93接受线103和105上的模拟电压信号。伺服放大器还通过线111和113接收来自调整点调节线路109的调整点信号。例如，调整点调节线路109包括DC到DC的转换器。PLC69控制调整调节线路109，从而通过线117和119控制调整点信号，如以下详细解释。用这种方法，PLC69控制电动机53的速度。

更详细地说，伺服放大器93通过产生电流信号经过线95和97输往电动机53来响应线111和113上的调整点信号。电流信号给电动机激励并决定它的速度。伺服放大器93于是使用从测速计101收到的模拟电压信号来确定是否电动机53以对应于调整点信号的速度正在运行。如果不是，伺服放大器93上下调整电流信号，视情况而定，直到从测速计101收到的模拟电压信号显示电动机53正以调整点信号设定的速度运行。因为PLC69通过线117和119控制调整点信号，所以PLC69控制电动机53的速度。

PLC69还连接到信号调节线路123。信号调节线路123连接到伺服放大器93用以接收和调节测速计101产生的模拟电压信号。PLC69接收来自线路123的调节模拟电压信号并将其转换成对应于缆线37提拉速度的数值。PLC69通过显示器125显示这个数值。

虽然可以看出缆线37的实际提拉速度被重复显示在显示器91和125上，精通本领域的人将认识到显示器91能以比显示器125更加精确地显示所记录的速度。这是因为作为显示器91上记录的速度基础的数据源是在4X方式下运行的高度准确和精确的编码器85。相比之下，显示器125上记录的速度的基础数据是测速计101产生的模拟信号。这种信号固有地缺少精确性，尤其还受相当大的温度变化支配。总之，本发明可在没有显示器125时容易地实施。

已知足够的冷却时间，只要生长率或速度v，与平均轴温度梯度G的比值在一个临界值，(v/G)cr的某个公差之内，就可以制造理想硅。

这个公差可以定义为： $T=\frac{1\mathrm{\Δ}(v/G)}{(v/G)}$

其中Δ(v/G)是理想硅可被制造时v/G值的范围。

该公差很大程度上取决于给定热区域提供的冷却条件。具体地，T随着形核前冷却时间的增加而增加。从各种热区域得到的数据认为T＝0.055的值作为优选公差。再次表示为： $\left|T\right|=\left|\frac{\mathrm{\Δv}}{v}\right|+\left|\frac{\mathrm{\ΔG}}{G}\right|$

但是G一般很难控制。如果G不变化，保证理想硅生长的最大v误差可以是|T|。为了稳固过程，v的更小的变化是可取的(例如|T|的10％)。

图3表示一个流程表，总体以127表示，用于校准图2的装置11。流程图开始于步骤131并立即进入步骤133，在此，操作人员以标称缆线速度0.1mm/min调整PLC69上的外部控制(没有显示)。在步骤135，操作人员观察显示器91上记录的缆线速度。如果记录的速度不在0.1mm/min的0.002mm/min之内(即，0.1±0.002mm/min)，那么操作人员进入步骤139。操作员在步骤139对调整点调节电路109“拧动”补偿参数，然后返回到步骤135。如果被显示的缆线速度仍然不是0.1±0.002mm/min，操作人员对电路109继续拧动补偿参数直到显示器91上所记录缆线速度等于0.1±0.002m/min，此时，操作人员进入步骤141将“1”值赋予变量x来表示成功完成步骤135。

流程图127继续步骤143，在此，装置11的操作员调节PLC69上的外部控制使得到标称缆线速度3.0mm/min。在步骤147，操作员再次观察记录在显示器91上的缆线速度。如果所记录的速度不等于3.0±0.002mm/min，那么操作员进入步骤149以拧动调整点调节电路109的增益参数。在这种情况下，变量x在操作员返回步骤147前在步骤151设为零。在步骤147，操作员再次读显示器91来看是否记录缆线速度为3.0±0.002mm/min。如果不是，操作员继续对电路109在步骤149拧动增益参数直到显示器91上所记录的缆线速度等于3.0±0.002mm/min。此时，操作员进入步骤155。流程图127返回步骤133因为变量代替了1为0。以这种方法，操作员继续精细地校正电路。校正继续进行直到PLC69能被在标称设定0.1和3.0mm/min之间转换，其结果是实际缆线速度等于这些标称设定±0.002mm/min(无任何进一步拧动电路109)。此时，变量x将保持值1，从而使操作员进入步骤157，在此，校准成功结束。

图4表示一个典型的速度分布图，总体表示为159，用以提拉单晶硅块31。根据预定的速度分布，或晶体“处方”内规定的目标，从熔体29中精确提拉晶体31有助于满足控制形成缺陷的工艺需要。这种形式的“锁定籽晶提升”控制减少了晶结内本征点缺陷的数量和浓度。此外，锁定籽晶提升工艺帮助控制空位和自间隙的浓度来防止当晶块从固化温度冷却时晶体31内本征点缺陷的堆积。

速度分布159确定了目标提拉速率在提拉中作为晶体31长度的函数。根据本发明的优选实例，根据速度分布图159提拉晶体31产生的硅具有近乎理想的晶体结构和极少的本征点缺陷。这种硅内本征点缺陷浓度在固化时必定大大低于临界过饱和水平使堆积现象极不可能发生。当晶块从固化温度冷却时控制空位和自间隙的浓度以防止晶块内本征点缺陷的堆积是非常必要的。共同转让美国专利号5,919,302，它的全部披露在此以参考形式具体化，提供了关于图4速度公布图和生产具有几乎理想晶体结构硅的进一步信息。

在使用中，图4的速度分布159储存在PLC69的存储器73中。在本发明范围内，速度分布159也可存储在寄存器内或CPU71有关的存储器电路内。对本领域人员将认识到这里图4的速度分布起示范作用，本发明可以用任何合适的速度分布图施实。

在利用速度分布图，如图4中的分布图159的过程中，已经表明晶体31的提拉速率在提拉中非常精确地在全部晶体长度上遵守速度分布是重要的。装置11最好地控制晶体31的提拉速率以便它对大多数晶体长度在约0.008mm/min或更少的范围内遵守速度分布159。换句话说，提拉速率约等于目标速率。虽然目前可能实施的是以晶体31的提拉速率按速度分布精确到±0.008mm/min，±0.006mm/min，或±0.004mm/min内，或甚至±0.002mm/min内，但能够理解，最好的结果是在±0.002mm/min的精确度下实现的，或更好地，精度甚至好于±0.002mm/min属于本发明范围。

在本发明的优选实例中，PLC69使用12位数字-模拟卡用以产生调整点调节电路的控制信号(即，图2中的电路109)。对本领域人员可以认识到在本发明的范围内可以做改变以改善本实例的精度。例如，使用14位卡来代替12位长应导致精度的改善。

图5是一个方框图，表示一旦装有分布图159，PLC69是怎样在整个提拉过程中控制晶体提拉速率使之精确到分布图159的±0.002mm/min之内。最好，PLC69在虚线165内执行功能。更详细地说，PLC69从编码器77的输出中计算实际提拉速率并将其与期望发生的做比较，期望发生的即：存储在存储器73中速度分布159定义的目标速率。PLC69于是用预计结果和实际结果的差来计算校正系数169。PLC69通过确定沿速度分布159即将发生提拉的点来计算调整点173。通过乘法，校正系数169乘调整点173，PLC69计算修正的调整点175。PLC69输出修正点175至修正点调节电路109以控制晶体提拉速率。如上所述以这种方法调节调整点使晶体提拉速率在整个提拉中保持速度分布159的±0.002mm/min内。

图6A和6B表示一个流程图，总体表示为177，提供PLC69更详细的运行。特别地，流程图177解释了PLC69怎样计算图5的校正系数169。流程图177开始于步骤181并立即进入步骤183。在步骤183，PLC69测试是否自上次一个“预计行进的合距离”(E.S.D.T.)变量被更新后预计时间间隔(例如，15秒)已经消逝。如果15秒间隔还没到期，PLC69重复步骤183直到它到期。15秒到期后，PLC69进入步骤185。

在步骤185，PLC69通过加入增加的距离更新E.S.D.T.，目的是使从上次对现有E.S.D.T.值更新后晶体31被提拉。值得注意的是“调整点分布图”是晶体长度函数速度分布159确定的瞬时预计晶体提拉速率。还值得注意的是步骤185中的“系数”是这样一个系数，它取决于设置，可以被微调以相对于提拉来移动熔体水平45或相对于熔体水平45保持晶体31的提拉大体恒定。共同转让申请序号09/172,546，1998年10月14日提出，它的整个披露在此以参考形式引入，更全面地披露了这些考虑。步骤185的系数也可被在接近晶体提拉结尾当熔体29正被排出坩埚19时调整。在晶体提拉的大部分阶段当熔体水平45十分恒定时，步骤185的系数最好具有“一”的数值。最后，步骤185中使用乘数0.25，因为有关时间间隔是15秒或0.25分钟。

更新E.S.D.T.后，PLC69在步骤187重新设置计时器A并进入步骤189来确定是否另一个预定时间间隔(例如，一分钟)从上次校正系数A(C.F.A.)被更新后已经消逝。如果一分种间隔还没有消逝，过程返回开始并等15秒间隔以再次更新E.S.D.T.当一分钟最后消逝，PLC69在步骤191将计时器B设为零，然后进入步骤193。在步骤193，PLC69确定自从上次更新编码器77产生了多少脉冲。知道了卷盘41的直径，PLC69将增加的脉冲数转换成如上述晶体31被提拉的增加距离。这个增加值等于“实际增量(n)”值以结束步骤193。

进入步骤197，PLC69计算晶体31已被提拉所产生的距离，如“实际行程合距离”变量(S.D.T.A.)所表示的。PLC69通过简单地把它旧的值加到紧随前面的步骤193内计算的“实际增量(n)”值来更新S.D.T.A.值。

现在参见图6B，流程图177在步骤199继续进行。在步骤199，PLC69通过将当前的E.S.D.T.除以当前的S.D.T.A.来计算第一个校正系数，校正系数A(C.F.A.)。PLC69进入步骤201用来确定第三个预定时间间隔(例如，10分钟)是否自从上次第二个校正系数，校正系数B(C.F.B.)被更新后已经消逝。如果10分钟的时间间隔还没有到期，过程返回步骤183并等候15秒间隔以再次更新E.S.D.T.值。当10分钟最后消逝，PLC69在步骤203通过从当前C.F.A.减一，然后将结果除以十并将其加到以前的C.F.B.来更新C.F.B。PLC69然后进入步骤205，在此它重新设置计时器C，E.S.D.T.和S.D.T.A.，使之为零。

C.F.B.值最好相对接近一。为此，PLC69在步骤209测试是否当前的C.F.B.大于或等于0.75或，小于或等于1.25。如果C.F.B1在此范围内，PLC69在步骤211在返回流程177开始前，输出当前C.F.B.作为图5内的校正系数169。如果C.F.B.在此范围以外，PLC69取决于是否当前值太高或太低来在步骤213设置C.F.B.。如果当前C.F.B.太低，PLC69输出0.75作为校正系数169但如果它太高，PLC69输出1.25作为校正系数169。PLC69然后返回流程图177的开始。

对本领域人员认识到在晶体提拉过程中坩埚19应被提升。已知在典型提拉中坩埚行进相对小的距离，不难看出坩埚的提升相对于晶体提拉减少缺陷次要的多。用于提升坩埚19同时提拉晶体31的适合等式包括使晶体提拉速率乘晶块截面积与坩埚(以熔体平面测得)截面积之比乘晶块中硅的密度与熔体中硅的密度之比。其它坩埚提升等式也可用于本发明的范围。

在实践中，构成装置11(还有晶体生长装置13)的部件被按相当高的精度制造是重要的。下列部件表提供了一个适合于本发明使用的示范部件表：

PLC69：西门子T1575型

调整点调节109：Ferrofluidics零件号207683

伺服放大器93：Advanced Motion Controls…AMC10A8型

转速计和伺服电动机53：Max…00 Motomatic

Ⅱ—部件号284—001—109

编码器85：Accu—编码器—零件号：755A—01—0060—PU

编码器77：Ferrofluidics—零件号：080010

滑轮39：Ferrofluidics—图号：206886A

卷盘41：Ferrofluidics—图号：206075D

缆线37：钨缆线、直径0.10英寸。

鉴于上述，可以看到本发明的几个目的已经达到，其它有利的结果已经获得。

因为上述结构和方法可以做各种改变而不脱离本发明的范围，上述说明中或附图中显示的全部内容应解释为说明性的而没有限制意义。

Claims (10)

1.一种与根据切氏工艺生长单晶块的晶体生长装置一起使用的方法，上述晶体生长装置具有装有生长晶块的半导体熔体的被加热坩埚，上述晶块在从熔体提拉的籽晶上生长，上述晶体生长装置进一步具有一个缆线，从此处籽晶被悬挂，具有一个卷盘，其缠绕一部分缆线，上述卷盘以一个方向转动用来缠绕缆线从熔体提拉晶块并以相反的方向转动松开缆线以朝向熔体降低晶块，上述方法包括步骤：

确定预定速度分布，所述分布确定从熔体提拉晶块的目标速率作为晶块长度的函数；

通过随电动机以变化速度转动卷盘从熔体中以变化速率提拉晶块，该电动机具有耦合于卷盘的轴用以转动卷盘；

检测卷盘的旋转运动；

产生一个位置信号代表被检测的卷盘转动；

根据位置信号确定晶块的实际提拉速率；

将晶块的实际提拉速率与速度分布所确定的目标提拉速率作比较；并且，

在提拉晶块长度至少约50％的过程中，控制电动机速度以保持晶块的实际提拉速率大约等于目标提拉速率。

2.根据权利要求1的方法，其中控制步骤包括将晶块的实际提拉速率保持在目标提拉速率的约±0.008mm/分内。

3.根据权利要求1的方法，其中控制步骤包括在提拉至少约75％的晶块长度过程中保持晶块的实际提拉速率约等于目标提拉速率。

4.根据权利要求1的方法，其中控制步骤包括步骤：

确定代表所需电动机速度的调整点；并且，

作为调整点的函数给电动机激励；并且，

进一步包括步骤：

作为晶块实际提拉速率与速度分布所确定的目标提拉速率之差的函数计算校正系数；并且，

以校正系数乘调整点来确定修正的调整点。

5.根据权利要求4的方法进一步包括校准装置的步骤，该校准步骤包括步骤：

设定一个第一标称提拉速率；

控制电动机的速度以第一标称提拉速率来提拉晶块；

比较晶块的实际提拉速率与第一标称提拉速率；并且

调节调整点直到晶块的实际提拉速率与第一标称提拉速率的差小于或等于一个临阈级。

6.根据权利要求5的方法，其中校准步骤进一步包括步骤：

调整第二标称提拉速度，其大于第一标称提拉速率；

控制电动机速度以第二标称提拉速率提拉晶块；

比较晶块的实际提拉速率与第二标称提拉速率；并且

调节调整点直到晶块的实际提拉速率与第二标称提拉速率的差小于或等于一个临阈级。

7.根据权利要求5的方法，进一步包括重复校准步骤直到不需要进一步调节调整点以使实际提拉速率与各自的标称提拉速率的差小于或等于临阈级。

8.根据权利要求1的方法，其中控制步骤包括控制电动机的速度以将晶块的实际提拉速率保持在公差T内，T定义成： $T=\frac{1\mathrm{\Δ}(v/G)}{(v/G)}$

其中v/G是长生率与平均轴温度梯度之比，Δ(v/G)定义v/G值的范围，在此范围可以制造具有减少的缺陷的硅。

9.根据权利要求8的方法，其中T小于或等于约0.055。

10.一种与根据切氏工艺生长单晶块的晶体生长装置一起使用的方法，上述晶体生长装置具有装有生长晶块的半导体熔体的被加热坩埚，上述晶块在从熔体提拉的籽晶上生长，上述晶体生长装置进一步具有一个缆线，从此处籽晶被悬挂，具有一个卷盘，其缠绕一部分缆线，上述卷盘以一个方向转动用来缠绕缆线从熔体提拉晶块并以相反的方向转动松开缆线以朝向熔体降低晶块，上述方法包括步骤：

随电动机转动卷盘从熔体提拉晶块，上述电动机具有耦合于电动机的轴；

设定第一标称提拉速率；

确定对应第一标称提拉速率的调整点；

作为调整点的函数给电动机激励用以以第一标称速率从熔体提拉晶块；

检测卷盘的转动；

产生代表被检测卷盘转动的位置信号；

根据位置信号确定晶块的实际提拉速率；

将晶块的实际提拉速率与第一标称提拉速率作比较；并且

调节调整点直到晶块的实际提拉速率与第一标称提拉速率的差小于或等于一个临阈级。

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