RU2184803C2 - Technique controlling process of growth of monocrystals from melt and device for its realization - Google Patents

Technique controlling process of growth of monocrystals from melt and device for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2184803C2
RU2184803C2 RU99123739/12A RU99123739A RU2184803C2 RU 2184803 C2 RU2184803 C2 RU 2184803C2 RU 99123739/12 A RU99123739/12 A RU 99123739/12A RU 99123739 A RU99123739 A RU 99123739A RU 2184803 C2 RU2184803 C2 RU 2184803C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
crystal
crucible
diameter
melting pot
Prior art date
Application number
RU99123739/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99123739A (en
Inventor
С.П. Саханский
О.И. Подкопаев
В.Д. Лаптенок
В.Ф. Петрик
Original Assignee
ГП "Германий"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ГП "Германий" filed Critical ГП "Германий"
Priority to RU99123739/12A priority Critical patent/RU2184803C2/en
Publication of RU99123739A publication Critical patent/RU99123739A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2184803C2 publication Critical patent/RU2184803C2/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: manufacture of semiconductors. SUBSTANCE: technique can be employed to produce monocrystalline ingots of germanium. Device for implementation of process ( Fig.1 ) presents microprocessor system based on microcomputer 7 which controls growth of monocrystalline ingot 13 having diameter d with elongation rate V3 and crystal rotation velocity ω3 in chamber 12 by the Czochralski process. Molten metal 14 placed in melting pot 15 ( with inner diameter D ) rotates with angular velocity ω1 and simultaneously rises up with rate Vm.p ( as amount of melt in melting pot decreases ). Ingot 13 is extracted from additional intermediate melting pot 20 with diameter of replenishment hole ddr which in addition to required purity of melt in intermediate melting pot and uniformity of doping of grown ingot makes it possible to position level gauge 3 in more overheated zone of melt and to utilize additional heater 19 fed from source 18 with setting of minimal heating current I by computer for automatic heating of lower part of gauge. This approach makes it feasible to guarantee temperature of lower part of gauge contacting melt above possible temperature of its crystallization and to secure absence of built-up of melt on gauge in process of operation. Given microprocessor control system determines refined difference control signal Y as function of deviation of present area from specified one on basis of immediate translations of crystal and melting pot measured by transducers in the course of evaluation cycle of control signal given that level of melt in melting pot is kept constant. In periods of open state of melt level gauge rate of upward rise of melting pot is set greater by advance value N than it is necessary for condition of constancy of level of melt with specified diameter d3 of crystal, inner diameter D of melting pot and present elongation rate V3 of crystal. In periods of closed state of melt level gauge rate of rise diminishes by factor of M as compared with rate of open state of gauge maintaining in this case conditions of stabilization of level of melt. Later more precise difference control signal Y is used in adjustment system to diminish misbalance of area of growing crystal and to send signals over four channels: T3-temperature of side point of heater, V3-elongation rate, ω3-crystal rotation velocity, ωт-rotation velocity of melting pot which secures stabilization of area or diameter, if form is round, of growing crystal in process of entire technological cycle of growth of crystal without use of any optical or other methods for stabilization of level of melt and determination of present diameter of ingot. Invention makes it possible to input systematic ( by chart ) changes into process of growth simultaneously with stabilization of area ( diameter ) of growing crystal under any present values of all four control channels (T3,V33т), as well as to place whole crystal into closed cylindrical screen or closed heating equipment practically without any visual inspection of ingot. EFFECT: improved reliability of control over growth of monocrystals. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к производству, для управления процессом выращивания монокристаллов из расплава по методу "Чохральского" и может быть использовано в полупроводниковом производстве, для получения монокристаллических слитков германия. The invention relates to production for controlling the process of growing single crystals from a melt according to the Czochralski method and can be used in semiconductor production to produce single crystal germanium ingots.

Известно устройство (1. Авторское свидетельство СССР 599403, кл. С 30 В 15/26, 1980), которое представляет собой систему автоматического регулирования диаметра кристалла, выращиваемого из расплава по методу "Чохральского", в ней получение сигнала, пропорционального диаметру выращиваемого кристалла (с блока формирования), основано на проецировании светового кольца вокруг кристалла на чувствительный фотоприемник оптического блока, при условии поддержания системой постоянного уровня расплава в тигле. Далее, после регулятора, сигнал, пропорциональный диаметру, поступает на регулятор перемещения скорости вытягивания кристалла и боковой точки нагревателя, с целью уменьшения рассогласования текущего диаметра кристалла от заданного. A device is known (1. USSR author's certificate 599403, class C 30 V 15/26, 1980), which is a system for automatically controlling the diameter of a crystal grown from a melt according to the Czochralski method, in it receiving a signal proportional to the diameter of the grown crystal ( from the forming unit), based on the projection of the light ring around the crystal onto the sensitive photodetector of the optical unit, provided that the system maintains a constant level of melt in the crucible. Further, after the regulator, a signal proportional to the diameter is fed to the regulator for moving the speed of drawing the crystal and the side point of the heater, in order to reduce the mismatch of the current diameter of the crystal from the specified one.

Постоянство уровня расплава в данном устройстве (системе) достигается посредством управления регулятором перемещения тигля вверх с выхода вычислителя, на входы которого поступают сигналы, пропорциональные скорости, вытягивания кристалла заданному диаметру и внутреннему диаметру тигля. The constancy of the level of the melt in this device (system) is achieved by controlling the regulator for moving the crucible upward from the output of the computer, the inputs of which receive signals proportional to the speed, drawing the crystal to a given diameter and inner diameter of the crucible.

К недостаткам предлагаемого устройства можно отнести следующее:
1. Применение оптического способа замера диаметра кристалла, в целях помехоустойчивости, как правило, требует наличия открытого расплава в тигле с достаточной яркостью светового кольца вокруг кристалла и более круглой его формы, что не позволяет выращивать монокристаллы в мало-градиентных условиях (с большой огранкой в полностью закрытой тепловой оснастке).
The disadvantages of the proposed device include the following:
1. The use of an optical method for measuring the diameter of a crystal, for noise immunity, as a rule, requires the presence of an open melt in the crucible with sufficient brightness of the light ring around the crystal and its round shape, which does not allow single crystals to be grown under low-gradient conditions (with a large faceting completely enclosed thermal equipment).

2. Примененный в данном устройстве способ поддержания уровня расплава, на основе вычисления скорости вытягивания кристалла, внутреннего диаметра тигля и заданного диаметра кристалла, в связи с суммированием погрешностей по всем трем каналам на входе вычислителя, неизбежно ухудшает точность стабилизации уровня расплава, приводя к его смещению в процессе вытягивания и ошибке в сигнале замера диаметра кристалла оптической системой. 2. The method used in this device for maintaining the melt level, based on the calculation of the crystal drawing speed, the inner diameter of the crucible and the given crystal diameter, due to the summation of the errors across all three channels at the input of the calculator, inevitably affects the accuracy of stabilization of the melt level, leading to its displacement during the drawing process and an error in the signal for measuring the diameter of the crystal by the optical system.

Наличие слабой светимости светового кольца (мениска) вокруг кристалла германия (936oС), а также необходимость для многих марок германия производить выращивание в закрытой тепловой оснастке в малоградиентных условиях, что сопровождается большой огранкой (некруглой формой кристалла), значительно затрудняет применение оптического способа замера диаметра (как в устройстве [1]).The presence of a weak luminosity of the light ring (meniscus) around the germanium crystal (936 o C), as well as the need for many brands of germanium to grow in closed thermal equipment in low-gradient conditions, which is accompanied by large faceting (non-circular shape of the crystal), significantly complicates the use of the optical measurement method diameter (as in the device [1]).

Присутствие вибрации расплава, при выращивании по методу "Чохральского" (с вращающимся тиглем), осложняет использование для германия лазерных измерителей уровня расплава. The presence of melt vibration when grown by the Czochralski method (with a rotating crucible) complicates the use of laser melt level meters for germanium.

Все это привело к поиску нового способа определения сигнала управления по диаметру и создание на его основе устройства (систем) автоматического выращивания монокристаллов германия. All this led to the search for a new method for determining the control signal by diameter and the creation on its basis of a device (systems) for the automatic growth of germanium single crystals.

Известно устройство, прототип (2. Патент 2128250 Россия, приоритет 16.01.97), которое представляет собой микропроцессорную систему управления, под управлением которой производят выращивание монокристаллических слитков заданной площади или диаметра, при круглой форме кристалла, с постоянным уровнем расплава в тигле, стабилизируемым за счет управления скоростью подъема тигля вверх, посредством выдачи управляющих импульсов на шаговый привод тигля, в моменты размыкания контактного датчика, относительно плавающего на поверхности металла экрана, что в свою очередь, обуславливает микроприостановки при движении тигля вверх, в периоды замкнутого состояния контактного датчика. A device, prototype (2. Patent 2128250 Russia, priority 01.16.97) is known, which is a microprocessor control system, under the control of which single-crystal ingots of a given area or diameter are grown with a round crystal shape, with a constant level of melt in the crucible stabilized for an account for controlling the crucible lifting speed upward by issuing control pulses to the crucible stepper drive at the moments of opening of the contact sensor relative to the screen floating on the metal surface then, in turn, causes movement of the crucible when mikropriostanovki up into periods closed state of the contact sensor.

В данном устройстве применен способ определения разностного сигнала управления, как функции отклонения текущей площади или диаметра, при круглой форме, от заданной, на основе замеренных перемещений кристалла и тигля (по выданным суммарным импульсам управления на шаговый привод), за время оценки диаметра, при условии управления выдачей величины скорости подъема тигля вверх (в периоды разомкнутого состояния контактного датчика), большей, чем это требуется исходя из условий постоянства уровня расплава (при заданном диаметре выращиваемого кристалла, его скорости вытягивания и внутреннем диаметре тигля), что, как следствие, приводит к остановке подъема тигля, в момент замыкания контактного датчика. This device employs a method for determining a difference control signal as a function of the deviation of the current area or diameter, in a round shape, from a given one, based on the measured movements of the crystal and crucible (from the issued total control pulses to the step drive), during the diameter estimation, provided control the issuance of the magnitude of the crucible lifting speed up (during periods of open state of the contact sensor), greater than that required based on the conditions of constant melt level (for a given diameter of the grown crystal, its pulling speed and the inner diameter of the crucible), which, as a result, leads to a stop in the rise of the crucible, at the moment of contact sensor closure.

К недостаткам данного способа и устройства следует отнести следующее:
1. За счет микроприостановок тигля в процессе выращивания ухудшается плавность хода штока тигля и точность определения сигнала управления.
The disadvantages of this method and device include the following:
1. Due to the micro-suspension of the crucible during the growing process, the smoothness of the stroke of the crucible rod and the accuracy of determining the control signal are deteriorated.

2. Вычисление суммарного перемещения тигля на основе выданных импульсов на шаговый привод тигля (за время оценки диаметра) тaкже дает значительную (периодическую) погрешность в оценке сигнала управления, за счет отсутствия информации о реальном перемещении тигля и кристалла, с учетом погрешностей механических системы передачи движения по штоку тигля и затравки. 2. Calculation of the total crucible movement based on the issued pulses to the crucible stepper drive (during the diameter estimation) also gives a significant (periodic) error in the control signal estimation, due to the lack of information about the real movement of the crucible and crystal, taking into account the errors of the mechanical motion transmission system on the stock of the crucible and the seed.

3. Оценка сигнала управления на основе срабатывания контактного датчика, относительно плавающего экрана, выдвигает трудно выполнимые требования к точности геометрической формы изготовления плавающего экрана, от которой также зависит точность оценки сигнала управления. 3. Evaluation of the control signal based on the operation of the contact sensor, relative to the floating screen, puts forward difficult requirements for the accuracy of the geometric shape of the manufacturing of the floating screen, which also determines the accuracy of the evaluation of the control signal.

Сущность данного изобретения заключается в следующем:
1. Способ управления процессом выращивания монокристаллов из расплава, включающий изменение температуры расплава Тз, путем управления скоростей вытягивания Vз и вращения кристалла ω3, скоростей подъема Vт и вращения тигля ωT, при одновременном измерении высоты подъема кристалла Хзц и перемещения тигля ХТЦС, при постоянном уровне расплава, с введением в периоды разомкнутого состояния датчика уровня расплава скорости подъема тигля вверх VN, большей на величину N опережения, чем это необходимо для условия постоянства уровня расплава, при данных параметрах скоростей вытягивания Vз, заданного диаметра кристалла dз и внутреннего диаметра тигля D, отличающийся тем, что в периоды замкнутого состояния датчика уровня расплава, скорость подъема тигля вверх снижается на коэффициент снижения М, по сравнению со скоростью при разомкнутом состоянии датчика уровня расплава и при соблюдении условия стабилизации уровня расплава в тигле, что позволяет, при движении тигля, с увеличенной VN и уменьшенной на коэффициент снижения М скоростью VМ, за время цикла оценки Тц, на основе замеренных непосредственных перемещений тигля ХТЦС и кристалла Хзц, с учетом погрешностей механической системы передач, выделить уточненный разностный сигнал Y управления, пропорциональный отклонению текущего диаметра кристалла d от заданного dз, заведя его в систему управления для стабилизации площади или диаметра вытягиваемого кристалла, при его круглой форме.
The essence of this invention is as follows:
1. A method of controlling the process of growing single crystals from a melt, including changing the temperature of the melt T s by controlling the drawing speeds V s and crystal rotation ω 3 , the lifting speeds V t and the rotation of the crucible ω T , while measuring the height of the crystal X zz and the crucible’s movement X SCC , at a constant melt level, with the introduction of the melt level sensor of the crucible upward velocity V N during the open periods of the melt, which is greater by the advance value N than is necessary for the condition of the melt level constancy, p For these parameters, the drawing speeds V s , the given crystal diameter d s and the inner diameter of the crucible D, characterized in that during periods of the closed state of the melt level sensor, the crucible's lifting speed decreases by a reduction coefficient M, compared to the speed when the level sensor is open of the melt and subject to the conditions of stabilization of the level of the melt in the crucible, which allows, when the crucible is moving, with an increase in V N and a decrease in the speed of M M by a decrease coefficient M during the evaluation cycle T c , based on the measurement For direct direct movements of the crucible X of the TCS and the crystal of X zts , taking into account the errors of the mechanical transmission system, select the updated difference control signal Y proportional to the deviation of the current crystal diameter d from the given d z , introducing it into the control system to stabilize the area or diameter of the drawn crystal, its round shape.

2. Устройство для управления процессом выращивания монокристаллов из расплава, содержащее датчик 5 и регулятор 6 боковой точки Тз нагревателя, датчик перемещения кристалла 11, датчик уровня расплава 3, срабатывающий относительно его поверхности, приводы скорости вытягивания 2 и вращения кристалла 1, приводы скорости перемещения 10 и вращения тигля 8, соединенные с управляющей микроЭВМ 7, отличающееся тем, что датчик уровня расплава 3 расположен между внутренним 20 и наружным тиглями 15 с расплавом и выполнен с дополнительным подогревом 19, от расположенного на нем нагревателя, питаемого от источника 18, управляемого микроЭВМ 7, и срабатывает при установлении температуры нижней, контактируемой с расплавом части датчика, выше температуры кристаллизации расплава, устройство содержит датчик перемещения тигля 4, причем датчики перемещения кристалла 11 и тигля 4 выполнены фотоэлектрическими и связаны через управляющую микроЭВМ 7, с соответствующими механическими редукторами 16 и 9.2. Apparatus for controlling the process of growing single crystals from a melt, comprising a sensor 5 and controller 6 side point T of the heater, crystal displacement sensor 11, the melt level sensor 3 which is triggered relative to its surface, withdrawal speed of rotation and drives 2 of the crystal 1, movement speed drives 10 and the rotation of the crucible 8, connected to the control microcomputer 7, characterized in that the level sensor of the melt 3 is located between the inner 20 and the outer crucibles 15 with the melt and is made with additional heating 19, from races the heater laid on it, powered by a source 18 controlled by a microcomputer 7, and is triggered when the temperature of the lower part of the sensor in contact with the melt is higher than the crystallization temperature of the melt, the device contains a movement sensor for the crucible 4, and the movement sensors of the crystal 11 and crucible 4 are made photoelectric and connected through the control microcomputer 7, with the corresponding mechanical gears 16 and 9.

Предлагаемое устройство и способ выращивания монокристаллов позволяют значительно улучшить точность оценки сигнала управления, создать более плавное и безостановочное движение штока тигля вверх, в процессе выращивания и тем самым повысить точность стабилизации диаметра выращиваемых слитков. The proposed device and method of growing single crystals can significantly improve the accuracy of the estimation of the control signal, create a smoother and more non-stop movement of the crucible rod up during the growing process and thereby increase the accuracy of stabilization of the diameter of the grown ingots.

Предлагаемое устройство, основанное на данном способе (фиг.1), представляет собой микропроцессорную систему управления по выращиванию монокристаллических слитков германия по методу "Чохральского", на базе микроЭВМ 7, под управлением которой (в камере 12) производится выращивание монокристаллического слитка 13 (диаметром d) со скоростями вытягивания Vз и вращения ω3 кристалла, при этом расплавленный металл 14, находящийся в тигле 15 (с внутренним диаметром D) вращается с угловой скоростью ωT и одновременно поднимается вверх со скоростью Vт (по мере убывания расплава в тигле).The proposed device based on this method (Fig. 1) is a microprocessor-based control system for growing single-crystal germanium ingots according to the Czochralski method, based on microcomputer 7, under the control of which (in chamber 12) a single-crystal ingot 13 (diameter d is grown) ) with a pulling speed V and the rotation ω of the crystal 3, the molten metal 14, 15 located in the crucible (internal diameter D) is rotated at an angular velocity ω T and simultaneously rises upwards at a speed V m (for m D decreasing the melt in the crucible).

Слиток 13 (диаметром d) вытягивается из дополнительного промежуточного тигля 20 (с отверстием подпитки dп), что, кроме обеспечения необходимой чистоты расплава в промежуточном тигле и равномерности легирования выращиваемого слитка, позволяет расположить датчик уровня 3 в более перегретой зоне расплава и использовать для автоматического подогрева нижней части датчика дополнительный нагреватель 19, расположенный вокруг датчика расплава и питаемый от источника 18, с заданием минимального тока подогрева I от ЭВМ, что позволяет гарантировать температуру нижней контактируемой с расплавом части датчика, выше возможной температуры его кристаллизации и обеспечить отсутствие намерзания расплава на датчик в процессе работы.The ingot 13 (diameter d) is drawn from an additional intermediate crucible 20 (with a feed hole d p ), which, in addition to ensuring the necessary purity of the melt in the intermediate crucible and uniform alloying of the grown ingot, allows you to position the level 3 sensor in a more overheated melt zone and use it for automatic heating of the lower part of the sensor, an additional heater 19, located around the melt sensor and powered by the source 18, with the minimum heating current I ∂ set by the computer, which allows to guarantee the temperature of the lower part of the sensor in contact with the melt is higher than the possible temperature of its crystallization and to ensure that the melt does not freeze on the sensor during operation.

Сигнал УН с датчика уровня 3 подается через сглаживающую цепочку C1, R1, R2 и ЭВМ 7 для принятия решения об управлении подъемом тигля вверх. The signal from the level sensor 3 is fed through a smoothing chain C1, R1, R2 and computer 7 to make a decision on controlling the rise of the crucible up.

Управление от ЭВМ 7 скоростями вытягивания кристалла Vз, вращения кристалла ω3, вращения тигля ωT и перемещения vт тигля, осуществляется через аналоговые приводы 1, 2, 8, 10, а управление температурой боковой точки нагревателя 17 посредством датчика температуры 5 и регулятора температуры 6 по заданию Тз ЭВМ.Control from the computer 7 of the speed of pulling the crystal V s , rotation of the crystal ω 3 , rotation of the crucible ω T and movement v t of the crucible is carried out through analog drives 1, 2, 8, 10, and the temperature of the side point of the heater 17 is controlled by the temperature sensor 5 and the controller temperature 6 on the instructions of T s computer.

Съем показаний по перемещению кристалла Хз (с дискретностью Δ3) и перемещению тигля Хт (с дискретностью ΔT) производится с фотоэлектрических датчиков перемещения 11 и 4 соответственно, которые связаны через управляющую микроЭВМ соответствующими механическими редукторами 16 и 9, что позволяет достичь высокой точности замера перемещений кристалла и тигля, учитывающую погрешность механической системы передачи движения.The readings on the movement of the crystal X z (with discreteness Δ 3 ) and the movement of the crucible X t (with discreteness Δ T ) are taken from the photoelectric displacement sensors 11 and 4, respectively, which are connected through the control microcomputer with the corresponding mechanical reducers 16 and 9, which allows achieving high accuracy of measuring the movements of the crystal and the crucible, taking into account the error of the mechanical motion transmission system.

В данной микропроцессорной системе управления определяется уточненный разностный сигнал управления Y, как функция отклонения текущей площади или диаметра кристалла от заданной, на основе замеренных датчиков отсчета непосредственных перемещений кристалла и тигля, за время цикла оценки сигнала управления, при условии поддержания постоянства уровня расплава в тигле, за счет того, что в периоды разомкнутого состояния датчика уровня расплава, скорость подъема тигля вверх устанавливается большей на величину опережения (N), чем это необходимо для условия постоянства уровня расплава (при заданном dз диаметре кристалла, внутреннем диаметре тигля D и текущей скорости вытягивания кристалла Vз), а в периоды замкнутого состояния датчика, скорость подъема тигля вверх снижается на величину снижения (в М раз), по сравнению со скоростью в разомкнутом состоянии датчика, расплава, сохраняя при этом условия стабилизации уровня расплава в тигле.In this microprocessor control system, an updated differential control signal Y is determined as a function of the deviation of the current area or crystal diameter from the given one, based on measured sensors for reading the direct movements of the crystal and the crucible, during the control signal evaluation cycle, provided that the melt level in the crucible remains constant, due to the fact that during periods of open state of the melt level sensor, the crucible's ascent rate is set higher by an advance value (N) than is necessary o for the condition that the melt level is constant (for a given d диамет diameter of the crystal, the inner diameter of the crucible D and the current speed of drawing the crystal V s ), and during periods of a closed state of the sensor, the rate of rise of the crucible up decreases by a decrease (in M times), compared with the speed in the open state of the sensor, the melt, while maintaining the conditions for stabilizing the level of the melt in the crucible.

Далее уточненный разностный сигнал управления Y используется в системе регулирования для уменьшения разбаланса диаметра растущего кристалла, по каналам Тз - температура боковой точки нагревателя, Vз - скорость вытягивания, ω3- скорость вращения кристалла, ω1- скорость вращения тигля (с соответствующими законами регулирования), что обеспечивает стабилизацию диаметра растущего кристалла в процессе всего технологического цикла выращивания кристалла, без использования оптических и других способов, для стабилизации уровня расплава и определения текущего диаметра слитка.Further, the refined difference control signal Y is used in the control system to reduce the imbalance in the diameter of the growing crystal, along the channels Tz is the temperature of the side of the heater, Vz is the pulling speed, ω 3 is the crystal rotation speed, ω 1 is the crucible rotation speed (with the corresponding laws regulation), which ensures stabilization of the diameter of the growing crystal during the entire technological cycle of crystal growth, without the use of optical and other methods, to stabilize the level of the melt and dividing the current diameter ingot.

Основные соотношения для определения сигнала разбаланса по данному способу (при условно круглом кристалле) сводятся к следующему:
При фиксированной (по программе) величине перемещения кристалла вверх Хзц (с дискретностью Δ3) в системе определяется время цикла замера (оценки) диаметра Тц, зависящее только от текущей скорости перемещения кристалла по ф-ле (1):

Figure 00000002

где Тц - время периодической оценки сигнала Y, мин;
Vз - текущая скорость вытягивания кристалла, мм/мин;
Δ3 - дискрета (цена) одного импульса перемещения кристалла, мм;
Хзц - величина перемещения кристалла за время Тц в импульсах отсчета системы (фиксированная величина).The main relationships for determining the imbalance signal by this method (with a conditionally round crystal) are as follows:
With a fixed (according to the program) value of the crystal moving up X zts (with discreteness Δ 3 ), the system determines the cycle time of measuring (evaluating) the diameter T c , which depends only on the current speed of the crystal moving along f-le (1):
Figure 00000002

where T c - the time of the periodic evaluation of the signal Y, min;
V s - the current speed of drawing the crystal, mm / min;
Δ 3 - discrete (price) of one pulse of movement of the crystal, mm;
X zc - the amount of movement of the crystal during the time T c in the impulses of the reference frame of the system (fixed value).

Величина скорости подъема тигля вверх VN (с опережением N), при разомкнутом датчике 3, задается из соотношений, определяемых по формулам (2-4):

Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005
,
где Ку - уставка диаметра системы;
ΔT, Δ3 - дискрета (цена) одного импульса перемещения тигля и кристалла, мм;
qж, qт - плотности жидкой и твердой фаз кристалла, г/см3;
D - внутренний диаметр тигля, мм;
dз - заданный диаметр кристалла, мм;
VN - скорость подъема тигля вверх с опережением, мм/мин;
N - величина опережения скорости тигля;
В - коэффициент умножения уставки;
С - коэффициент опережения скорости.The value of the crucible lifting speed up V N (ahead of N), with the sensor 3 open, is set from the relations determined by the formulas (2-4):
Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005
,
where K y - the setting of the diameter of the system;
Δ T , Δ 3 - discrete (price) of one impulse of movement of the crucible and crystal, mm;
q W , q t - the density of the liquid and solid phases of the crystal, g / cm 3 ;
D is the inner diameter of the crucible, mm;
d s - the specified diameter of the crystal, mm;
V N - crucible lifting speed upstream, mm / min;
N is the magnitude of the advance of the crucible speed;
B is the multiplication factor of the set point;
C is the coefficient of speed ahead.

При таком управлении подъемом тигля вверх система регулирования должна обеспечивать разращивание диаметра кристалла не больше некоторого максимального значения, определяемого по формуле (5), выход за которое недопустим из-за возможного отставания тигля от датчика уровня 3:

Figure 00000006

где dmax - максимальный возможный диаметр разращивания, мм.With this control of raising the crucible up, the control system should ensure that the crystal diameter does not grow larger than a certain maximum value determined by formula (5), beyond which it is unacceptable because of the possible lag of the crucible from the level sensor 3:
Figure 00000006

where d max - the maximum possible diameter of the expansion, mm

В период замкнутых состояний датчика уровня 3 вводится пониженная скорость подъема тигля вверх VМ (с понижением в М раз), которая определяется по формуле (6):

Figure 00000007

где VМ - минимальная скорость подъема тигля вверх с понижением в М раз, мм/мин;
М - коэффициент снижения скорости.During the closed state of the level 3 sensor, a lower crucible lifting speed V M (with a decrease of M times) is introduced, which is determined by the formula (6):
Figure 00000007

where V M - the minimum speed of the crucible upward with a decrease in M times, mm / min;
M - coefficient of speed reduction.

При соблюдении условия (6) система управления не должна допускать снижение диаметра кристалла менее некоторого минимального значения, которое определяется по формуле (7):

Figure 00000008

где dmin - минимальный диаметр выращиваемого кристалла, мм.Subject to condition (6), the control system must not allow a decrease in the crystal diameter to less than a certain minimum value, which is determined by the formula (7):
Figure 00000008

where d min is the minimum diameter of the grown crystal, mm

Соотношение коэффициентов М и С должно удовлетворять условиям (8-9):

Figure 00000009

C≥4. (9)
Суммарное время движения тигля Тм с пониженной скоростью за время цикла замера Тц и уточненный разностный сигнал управления у определяются по формулам (10-11):
Figure 00000010

Figure 00000011

ТM - время движения тигля вверх суммарное со сниженной скоростью за время Тц, мин;
d - текущий диаметр слитка, мм;
Y - уточненный разностный сигнал управления;
ХТЦС - суммарное перемещение тигля за время Тц в импульсах отсчета;
А - коэффициент деления импульсов перемещения.The ratio of the coefficients M and C must satisfy the conditions (8-9):
Figure 00000009

C≥4. (9)
The total time of movement of the crucible T m with a reduced speed during the measurement cycle T c and the updated difference control signal y are determined by the formulas (10-11):
Figure 00000010

Figure 00000011

T M - when driving up the total crucible at a reduced speed in the time T n, m;
d is the current diameter of the ingot, mm;
Y is the adjusted difference control signal;
X TCS - the total movement of the crucible during the time T c in the impulses of reference;
A is the division ratio of the movement pulses.

Соотношение (11) можно представить в виде формул (12-15):

Figure 00000012

dзу=L•dз, (13)
Figure 00000013

Figure 00000014

где dзу - уточненный заданный диаметр выращиваемого слитка, мм.Relation (11) can be represented in the form of formulas (12-15):
Figure 00000012

d zu = L • d z , (13)
Figure 00000013

Figure 00000014

where d zu - specified specified diameter of the grown ingot, mm

Соотношения (12-13) дают непосредственную функциональную связь уточненного разностного сигнала управления, как функции отклонения текущего диаметра от заданного. Relations (12-13) give a direct functional relationship of the updated differential control signal, as a function of the deviation of the current diameter from the given one.

Данный способ позволяет, одновременно со стабилизацией площади растущего кристалла или его диаметра, при круглой форме, при любых текущих значениях всех четырех каналов управления Tз, Vз, ω3т, вводить по ним так же систематические, то есть по графику, изменения в процессе роста, а также помещать весь кристалл в закрытый цилиндрический экран или закрытую тепловую оснастку, без визуального просмотра слитка.This method allows, at the same time as stabilizing the area of the growing crystal or its diameter, with a round shape, at any current values of all four control channels T s , V s , ω 3 , ω t , to introduce them as systematic, that is, according to the schedule, changes in the growth process, as well as placing the entire crystal in a closed cylindrical screen or closed thermal equipment, without visual viewing of the ingot.

Claims (2)

1. Способ управления процессом выращивания монокристаллов из расплава, включающий изменение температуры расплава путем управления скоростей вытягивания и вращения кристалла, скоростей подъема и вращения тигля при одновременном измерении высоты подъема кристалла и перемещения тигля при постоянном уровне расплава с введением в периоды разомкнутого состояния датчика уровня расплава скорости подъема тигля вверх большей на величину опережения, чем это необходимо для условия постоянства уровня расплава, при данных параметрах скоростей вытягивания, заданного диаметра кристалла и внутреннего диаметра тигля, отличающийся тем, что в периоды замкнутого состояния датчика уровня расплава скорость подъема тигля вверх снижается на коэффициент снижения по сравнению со скоростью при разомкнутом состоянии датчика уровня расплава и при соблюдении условия стабилизации уровня расплава в тигле, что позволяет при движении тигля с увеличенной и уменьшенной на коэффициент снижения скоростью за время цикла оценки на основе замеренных непосредственных перемещений тигля и кристалла с учетом погрешностей механической системы передач выделить уточненный разностный сигнал управления, пропорциональный отклонению текущего диаметра кристалла от заданного, заведя его в систему управления для стабилизации диаметра вытягиваемого кристалла. 1. A method of controlling the process of growing single crystals from a melt, including changing the melt temperature by controlling the rates of extrusion and rotation of the crystal, the rates of rise and rotation of the crucible while measuring the height of the rise of the crystal and the movement of the crucible at a constant level of the melt with the introduction of a velocity melt level sensor during open periods the crucible rises upward by a greater advance value than is necessary for the condition of a constant melt level, for given velocity parameters in pulling, a given diameter of the crystal and the inner diameter of the crucible, characterized in that during periods of closed state of the melt level sensor, the rate of rise of the crucible up decreases by a reduction coefficient compared to the speed when the melt level sensor is open and the conditions for stabilizing the melt level in the crucible are met, which allows for the movement of the crucible with the speed increased and decreased by a reduction coefficient during the evaluation cycle based on the measured direct movements of the crucible and crystal with Chet errors mechanical transmission systems allocate proximate difference control signal proportional to the current deviation from a predetermined crystal diameter, having got it into the control system to stabilize the diameter of the pulled crystal. 2. Устройство для управления процессом выращивания монокристаллов из расплава, содержащее датчик и регулятор боковой точки нагревателя, датчик перемещения кристалла, датчик уровня расплава, срабатывающий относительно его поверхности, приводы скорости вытягивания и вращения кристалла, приводы скорости перемещения и вращения тигля, соединенные с управляющей микро-ЭВМ, отличающееся тем, что датчик уровня расплава расположен между внутренним и наружным тиглями с расплавом и выполнен с дополнительным подогревом от расположенного на нем нагревателя, питаемого от источника, управляемого микро-ЭВМ, и срабатывает при установлении температуры нижней контактируемой с расплавом части датчика выше температуры кристаллизации расплава, устройство содержит датчик перемещением тигля, причем датчики перемещения кристалла и тигля выполнены фотоэлектрическими и связаны через управляющую микро-ЭВМ с соответствующими механическими редукторами. 2. A device for controlling the process of growing single crystals from a melt, comprising a sensor and a regulator of the side point of the heater, a crystal displacement sensor, a melt level sensor that is triggered relative to its surface, crystal speed and crystal speed drives, crucible speed and rotation speed drives connected to the control micro -Computer, characterized in that the melt level sensor is located between the inner and outer crucibles with the melt and is made with additional heating from located on it a heater powered from a source controlled by a microcomputer, and is triggered when the temperature of the lower part of the sensor in contact with the melt is higher than the crystallization temperature of the melt, the device contains a sensor for moving the crucible, the crystal and crucible movement sensors being made photoelectric and connected through the control microcomputer with the corresponding mechanical gearboxes.
RU99123739/12A 1999-11-12 1999-11-12 Technique controlling process of growth of monocrystals from melt and device for its realization RU2184803C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99123739/12A RU2184803C2 (en) 1999-11-12 1999-11-12 Technique controlling process of growth of monocrystals from melt and device for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99123739/12A RU2184803C2 (en) 1999-11-12 1999-11-12 Technique controlling process of growth of monocrystals from melt and device for its realization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99123739A RU99123739A (en) 2002-01-20
RU2184803C2 true RU2184803C2 (en) 2002-07-10

Family

ID=20226832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99123739/12A RU2184803C2 (en) 1999-11-12 1999-11-12 Technique controlling process of growth of monocrystals from melt and device for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2184803C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549411C2 (en) * 2013-04-11 2015-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "СИЭМЭЛ" Method of controlling cross-sectional area of crystal when growing said crystal by pulling from melt

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549411C2 (en) * 2013-04-11 2015-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "СИЭМЭЛ" Method of controlling cross-sectional area of crystal when growing said crystal by pulling from melt

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101424834B1 (en) Procedure for in-situ determination of thermal gradients at the crystal growth front
US3621213A (en) Programmed digital-computer-controlled system for automatic growth of semiconductor crystals
EP1848844B1 (en) Method and control unit for controlling crystal growing process by electromagnetic pumping
US6241818B1 (en) Method and system of controlling taper growth in a semiconductor crystal growth process
US3998598A (en) Automatic diameter control for crystal growing facilities
CN1268194A (en) Method and system for controlling growth of a silicon crystal
US5096677A (en) Single crystal pulling apparatus
KR950004788B1 (en) System for controlling apparatus for growing tubular crystalline bodies
EP0498653B1 (en) A method for measuring the diameter of single crystal ingot
US5660629A (en) Apparatus for detecting the diameter of a single-crystal silicon
RU2184803C2 (en) Technique controlling process of growth of monocrystals from melt and device for its realization
US5292486A (en) Crystal pulling method and apparatus for the practice thereof
RU2128250C1 (en) Method and device for controlling growing monocrystals from melt
JPH0930889A (en) Pull device for semiconductor single crystal
JPH07277879A (en) Apparatus for producing single crystal by cz method and melt level control method
RU99123739A (en) METHOD FOR MANAGING THE PROCESS OF GROWING MONOCRYSTALS FROM MELT AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
KR100415172B1 (en) Grower for single crystalline silicon ingot
US5476064A (en) Pull method for growth of single crystal using density detector and apparatus therefor
RU97101248A (en) METHOD FOR MANAGING THE PROCESS OF GROWING MONOCRYSTALS FROM MELT AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
JP3655355B2 (en) Method for detecting optimum melt temperature in semiconductor single crystal manufacturing process
JPS62278190A (en) Production of single crystal
RU1798396C (en) Method for automated growing crystals from melt
JPS6027686A (en) Apparatus for manufacturing single crystal
JP2000143389A (en) Apparatus for producing crystal body and production of crystal body
JPS5935876B2 (en) Single crystal automatic diameter control method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051113