TW552324B

TW552324B - Method and apparatus for controlling diameter of a silicon crystal in a locked seed lift growth process

Info

Publication number: TW552324B
Application number: TW089105197A
Authority: TW
Inventors: Robert H Fuerhoff; Steven L Kimbel
Original assignee: Memc Electronic Materials
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2003-09-11
Also published as: US6776840B1; EP1171652A1; JP4602561B2; KR100690218B1; DE60001274T2; WO2000056956A8; EP1171652B1; JP2003528017A; DE60001274D1; CN1344335A; WO2000056956A1; KR20010113750A; WO2000056956A9

Description

552324 五、發明說明（1 ) 發明背景本發明大致係關於控制用於製造電子組件之單晶半導體之成長製程的改良’及尤其係關於準確地控制根據預定速度分佈自半導體源熔體拉出之單晶矽錠之直徑的方法及裝置。單晶碎係在製造半導體電子組件之大多數製程中的起始材料。使用捷可拉斯基（Czochralski)晶體成長製程的拉晶機器製造出大量的單晶矽。簡而言之，捷可拉斯基製程包括知足量的咼純度多晶矽在設於經特殊設計之爐中的石英坩堝中熔融。於加熱坩堝將矽加料溶融後，一晶體掘出機構使晶種降至與熔融矽接觸。此機構接著將種子撤出，以自矽熔體拉出成長晶體。典型的晶體掘出機構使晶種自纜線的一端懸掛，纜線的另一端則纏繞於滚筒上。當滚筒旋轉時，晶種則視滾筒的旋轉方向而向上或向下移動。 “於形成晶頸（crystal neck)後，成長製程經由降低拉引速 =及/或熔體溫度，而使成長晶體的直徑擴大，直至達到期王直佐爲止。經由邊控制拉引速率及熔體溫度邊補償逐漸減少的熔體液位，可使晶體的主體成長，以致其具有大致 &疋的直徑（即其大致爲圓柱形）。在接近成長製程之終點，但在坩堝中之熔融矽用盡之前，製程使晶體直徑逐漸降而形成崎圓錐。典型上，端圓錐係經由增加拉晶速率及供應至坩堝之熱而形成。當直徑變得夠小時，則將晶體自、二把刀離出來。在成長製程中，坩堝使熔體在一個方向旋轉及曰曰體掘出機構使其拉引纜線或軸連同種子及晶體在本紙張尺度聊__家鮮（cNS)A4^i7iFTi^i7 1----^----Γ----·-------1訂」-------線— (請先閲讀背面之注意事項存填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552324 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（2 ) 相反方向轉動。雖然目前可資利用的捷可拉斯基成長製程已可令人滿意地成長有用於各式各樣應用的單晶石夕，但仍須要進一步的改良。舉例來説’在晶體成長室中，當晶錠於固化後冷卻時’在單晶矽中會生成許多瑕戚。此種瑕症部分係由於存在過f (即濃度咼於溶解度極限）稱爲空位及自占間隙之固有點瑕疫所致。已有人提出在石夕中之此等點瑕戚的類型及起始濃度會影響終產品中之凝聚瑕疵的類型及存在。如此等濃度在系統中達到臨界過飽和的程度，及點瑕麻的移動性夠高，則將可能發生反應或凝聚事件。在複雜積體電路之製k中，在石夕中的凝聚固有點瑕症會嚴重地影響材料的降服位能。根據明確指示於晶體Γ處方」中之預定速度分佈或標的準確地自溶體扭引單晶;ί夕錠，有助於滿足控制瑕戚生成之製程需求。舉例來説，此類型的控制（在此稱爲「鎖定種子掘出」製程）可降低在晶錠中之固有點瑕疵的數目和濃度。此外’鎖定種子掘出製程有助於控制空位及自佔間隙之濃度，以防止晶錠中之固有點瑕疵當晶錠自固化溫度冷卻時之凝聚。然而，習知之捷可拉斯基矽成長製程係改變拉引速率或種子掘出，以控制成長晶體之直徑。熟悉技藝人士知曉提高拉引速率將導致晶體直徑減小，而減小拉引速率將導致直徑增加。亦熟知提高矽源熔體之溫度將導致晶體直徑減小，而減低熔體溫度將導致直徑增加。因此，除非在扭引過程中準確地調整熔體溫度，否則根據標的分佈控 -5- 本紙張尺度適財國而i^；NS)A4規格（21q χ挪公髮） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

552324 A7 ___— _B7___ 五、發明說明（3 ) 制拉引速率將會產生直徑誤差。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 不幸地，由於達成熔體溫度變化的延遲通常令人無法接受，因而在習知的成長製程中利用拉引速率控制晶體直徑一般爲較佳。換言之，選擇拉引速率替代溫度於控制直徑係基於響應時間的差異，溫度變化的響應時間甚慢於拉引速率變化之響應時間。舉例來説，拉引速率的階梯變化典型上於數秒内達成直徑響應，而加熱器功率或熔體溫度之階梯變化產生甚爲遲缓的響應，其需耗費數十分鐘於達成相等的效果。因此，需要一種自熔體拉引單晶矽錠之準確及可靠的裝置及方法’以僅使用加熱器功率控制矽晶之直徑，並消除爲控制直徑典型上所需之拉引速率變異性。發明總結經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明經由提供一種在鎖定種子掘出製程中調整功率以維持晶體直徑之適當控制的方法及裝置，而滿足以上需求及克服先前技藝之缺失。可注意到本發明之數個目的有提供一種可提供準確直徑控制之方法及裝置；提供可經由改變溶體溫度而調整晶體直徑之此種方法及裝置；提供可提供相當快速的熔體溫度變化之此種方法及裝置；提供可將溶體之溫度響應模型化之此種方法及裝置；提供可將晶體直徑成加熱器功率之函數而改變之此種方法及裝置；提供可併入至現有的拉晶裝置中之此種方法及裝置；及提供在經濟上可行且在商業上實際之此種方法及裝置。簡而言之，將本發明之態樣具體化的方法係與根據捷可 -6- 本紙張尺度i用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 552324 A7 B7 五、發明說明（4 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 拉斯基製程使單晶錠成長的裝置結合使用。此裝置具有一含有半導體熔體的加熱坩堝，晶錠自此半導體熔體在自熔體拉出之晶種上成長。此方法包括在實質上依循預定速度分佈之標的速率下自熔體拉引晶錠。此方法亦包括定義呈現熔體之溫度響應供應至加熱器以加熱熔體之功率變化而變化之溫度模型的步驟。在產生代表標的熔體溫度之溫度設定點時，此方法接著包括產生代表在晶錠之標的直择與測量直徑之間之誤差的信號，對此誤差信號進行比例-積分 -微分（PID)控制，及產生成其函數之溫度設定點之步骤。此方法更包括由溫度模型決定供應至加熱器之功率的功率設定點成由PID控制所產生之溫度設定點之函數，及根據功率設定點調整供應至加熱器之功率。以此方式改變熔體之溫度，以控制晶鍵之直徑。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明之另一具體實例係關於一種與根據捷可拉斯基製程使單晶錠成長之裝置結合使用之裝置。此裝置具有一含有半導體熔體的加熱坩堝，晶錠自此半導體熔體在自熔體拉出之晶種上成長。此裝置包括'一預定的速度分佈’且晶錠係在實質上依循速度分佈之標的速率下自熔體拉出。此裝置亦包括產生溫度設定點成在晶鍵之標的直徑與測量直徑之間之誤差之函數的PID控制。溫度設定點代表熔體之標的溫度。溫度模型呈現響應供應至加熱器以加熱熔體之功率之變化的熔體溫度變化。溫度模型決定供應至加熱器之功率之功率設定點成由PID控制所產生之溫度設定點之函數。此裝置更包括一用於加熱熔體之加熱器，及響應功率設本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 552324 A7

五、發明說明（5 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製疋點而凋整供應至加熱器之功率的電源。裝置以此方式改 '交溶體之溫度，而控制晶錠之直徑。或者’本發明可包括各種其他方法及裝置。其他目的及特色部分將可由後文而明瞭，及部分將於後文中指出。圖示簡單説明圖1係晶體成長裝置及用於控制晶體成長裝置之根據本發明之裝置之説明。圖2係包括具有可程式化邏輯控制器（pLC)之控制單元之圖1之裝置的方塊圖。圖3係説明用於杈準圖1之裝置之控制單元之操作的流程圖。圖4係利用圖1之裝置拉出具有降低數目及濃度之固有點瑕疫之晶鍵之速度分佈。圖5係操作來計算修正設定點之圖1之裝置的方塊圖。圖6 A及6 B係説明用於計算校正因子之圖2之PLC之操作的流程圖。圖7、8、及9係説明根據先前技藝控制晶體成長製程之方塊圖。圖1 〇係説明根據本發明之一較佳具體實例控制晶體成長製程之方塊圖。圖1 1係用於圖7 - 9之控制之範例的溫度響應模型。圖12係用於圖1〇之控制之範例的溫度響應模型。圖1 3係説明根據圖1之裝置利用主動及鎖定拉引速率之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂---、----線—I -ϋ ϋ ϋ I n ϋ -ϋ ϋ _ 552324 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 直徑表現的範例圖。在圖數個圖中，以相關的元件編號指示相關的部分。較佳具體實例詳述現參照圖1，其中顯示配合大致以i 3指示之捷可拉斯基晶體成長裝置使用之大致以u指示之裝置。晶體成長裝置 13之構造的細節係熟悉技藝人士所知曉。一般而言，晶體成長裝置13包括封住坩堝19之眞空室15。加熱裝置，諸如電阻加熱器21，包圍住坩堝19。在一具體實例中，絕緣23 加襯於眞空室15之内壁，及供應水的室冷卻夾套（未示於圖中）將其包圍。當將氬氣之惰性氣體供應至眞空室15内時，典型上利用一眞空泵（未示於圖中）將其中之氣體移除。根據捷可拉斯基單晶成長製程，將一定量的多晶矽裝至坩堝1 9中。加熱器電源2 7經由電阻加熱器2丨提供電流，以使加料溶融，因此而形成自其中拉出單晶31之矽熔體29。使用/皿度感測器3 3，諸如光電池或高溫計，於提供溶體表面概度之測量較佳。單晶3〗係以附加至拉引軸或纜線3 7之印種3 5開始成長。如圖上所示，單晶3丨及坩堝丨9 一般具有共同的對稱軸39。纜線37之一端經由滑輪41(見圖2)連接至滾筒4 3 (見圖2 )，及另一端連接至固定住晶種3 5及自晶種長出之晶體31之夾頭（未示於圖中）。在加熱及拉晶過程中，一坩堝傳動單元4 5使坩堝丨9旋轉 (例如，在順時鐘方向）。在成長製程中，坩堝傳動單元45 亦視須要而提升及降低坩堝19。例如，當熔體29被消耗時，坩堝傳動單元45將坩堝19提升，以將以元件編號47所指 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :訂·

552324 A7 --------— B7 —_ 五、發明說明（7 ) rhll·-----— l!ki. . f請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} 不l其液位維持在期望高度。晶體傳動單元4 9在與坩堝傳動單元45轉動坩堝19之方向相反的方向上，以類似方式使纜線3 7旋轉。此外，在成長製程中，晶體傳動單元切視須要而相對於熔體液位4 7提升及降低晶體3 1。在一具體實例中，晶體成長裝置13經由將晶種35降低至幾乎與坩堝19所包含之熔體29之熔融矽接觸，而將其預熱。於預熱後，晶體傳動單元49繼續經由纜線37而將晶種3 5 降低至與熔體29在其熔體液位47處接觸。當晶種35熔融時，晶體傳動單元49緩慢地將其自熔體29撤出或拉出。晶種 35自熔體29拉引矽，而當其撤出時，造成單晶矽31的成長。當晶體傳動單元49自熔體29拉出晶體31時，其使晶體 3 1在一參考速率下轉動。坩堝傳動單元㈠以類似方式參考速率下使坩堝1 9轉動，但通常係在相對於晶體3丄的相反方向上。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製控制單元5 1最初控制撤出或拉引速率及電源^提供給加熱器2丨之功率，以造成晶體31之頸縮（neckd〇wn)。當將晶種35自熔體29拉引出時，晶體成長裝置13使晶頸在實質上怪定的直徑下成長較佳。例如，控制單元51維持期望本體直徑之約5百分比之實質上恆定的頸部直程。於晶頸達到期望的長度後’控制單元51在習知的控制策略下調整旋轉、拉引及/或加熱參數’而使晶體31之直徑以圓錐形的方式增加，直至達到期望的晶體本體直徑爲止。舉例來説，控制單元51使拉引速率減小，而產生典型上稱爲晶體之圓雖的外張區域。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規;^ dl〇 X 297公髮）----- 552324 以之經濟部智慧財產局員工消費合作社印製悉 A7 B7 五、發明說明（8 ) 一旦達到期望的晶體直徑，則控制單元5 1控制成長參數 ’以維持相當恆定的直徑，如由裝置1 1所測得，直至製程接近其終點爲止。此時通常增加拉引速率及加熱，以使直徑減小，而在單晶3 i的末端形成錐形部分。共同受讓的美國專利號數5,178,720揭示一種控制晶體及坩堝旋轉速率成晶體直徑之函數的較佳方法，將其全體揭示内容以提及的方式併入本文中。共同受讓的美國專利號數5,882,402_、美國專利唬數5,846,318、美國專利號數5,665，159及美國專利號數5,653,799提供許多晶體成長參數，包括晶體直徑之準確及可靠的測量，將此等專利之全體揭示内容以提及的方式併入本文中。在此等專利中，一影像處理器處理晶體_熔體界面之影像，而測定直徑。熟悉技藝人士知曉應在拉晶過程中將坩堝19提升。由於坩堝1 9在典型的拉引中移動相當小的距離，因而可容易看到坩堝的提升對於降低瑕疵遠較拉晶不重要。當拉引晶體 3 1時提升坩堝19之適當的方程式包括將拉晶速率乘以晶錠之截面積對坩堝之截面積（在熔體液位處測量）的比再乘晶錠中之矽之密度對熔體中之矽之密度之比。在本發明範圍内亦可使用其他的坩堝提升方程式。圖2説明將尤其用於控制晶體傳動單元4 9之控制單元$ 具體化之電器回路。晶體傳動單元49之構造的細節係熟〜技藝人士所熟知。-般而言，傳動單元49包括連結至滚筒 43之馬達53。虛線55指示在馬達53之轴59與滾筒43之間的機械連結。雖然此機械連結可包括在軸59與滚筒Μ之間 11 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

552324 Α7 — Β7 五、發明說明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 的直接連接，但較佳的配置係將一組減速齒輪（未示於圖中 )置於軸5 9與滚筒4 3之間，以獲致更佳的控制及更平順的操作。因此，可操作馬達5 3，而經由滚筒4 3放出及捲入纜線3 7，以使晶種3 5降至熔體2 9中，及將晶錠3 1自熔體2 9 拉出。圖2中之虛線6 1指示經由滚筒4 3中之開口 6 5，將滚筒4 3 安裝於軸63上。共同受讓的美國專利號數5,935,328顯示適合本發明使用之滾筒及纜線的配置，將其全體揭示内容以提及的方式併入本文中。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製再參照圖2，控制單元5 1包括一具有中央處理單元 (CPU) 7 1及記憶體7 3之可程式化邏輯控制器（plc) 69。PLC 69經由線路79及8 1自每轉500脈衝（ppr)之編碼器77接受輸入信號。編碼器7 7連結至軸6 3，以產生位置信號。在此情況中，位置仏號係由成策兔4 3之旋轉運動之函數而變化之在線路7 9及8 1上之脈衝所組成。pLc 6 9如此計算在線路 79及8 1上之脈衝，以測定在所關注的任何指定期間中滾筒 43的確切轉動程度。編碼器77以在2χ模式下操作較佳，其中編碼器對滾筒43之各3 60度的旋轉發出1〇〇〇個不連續的脈衝。因此，如PLC 69在線路79及81上計算到5,5〇〇個脈衝，則知道在產生脈衝的期間中，滾筒43正好轉動五轉半。或者，一齒輪機構（未示於圖中）驅動滚筒4 3，且編碼器77可連結至齒輪機構中之其中一個旋轉齒輪。由於可容易地知曉齒數比，因而可以類似於揭示於前之方式計算滚筒43之旋轉數目。 ' -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 552324 A7

五、發明說明（10 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在所説明之具體實例中，PLC 6 9亦經由線路8 7及8 9而連接至6 0 ppr編碼器8 5。編碼器8 5係連結至馬達5 3之軸” ，並在線路87及89上產生成軸之旋轉運動之函數的脈衝。 PLC 69如此計算在線路87及89上之脈衝，以測定在所關注的任何指足期間中軸5 9的確切轉動程度。編碼器8 5以在 4 X模式下操作較佳，其中編碼器對軸之各36〇度的旋轉發出240個脈衝。因此，如PLC 69在線路87及89上計算到*肋個脈衝，則知道在產生脈衝的期間中，馬達53之軸59正好轉動兩整轉。 PLC 69亦利用滚筒43之尺寸及將馬達53之軸59連接至轉動滚筒43之軸6 3之齒數比以習知之方式程式化。由於可由線路87及89上之脈衝數知道軸59之旋轉數，由於知道將軸59連結至滾筒43之齒數比，及由於知道滚筒43之直徑，因而PLC 69可經由習知之方式容易地程式化，而將自編碼器85收到之脈衝數轉變成代表纜線37在即時中之線性移動的數値。換言之，經由計算線路8 7及8 9上之脈衝，ριχ 6 9可容易地計算纜線3 7之拉引速度。一顯示監視器9丨顯示此在即時中之纜線速度較佳。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製一伺服放大器9 3經由線路9 5及9 7連接至馬達5 3，及經由線路103及105以習知的閉環反饋配置連接至轉速表1〇ι。轉速表101在線路103及105上產生電壓成馬達53之軸59之旋轉速度之函數而變化的類比信號。伺服放大器9 3接受在線路103及105上之類比電壓信號。伺服放大器93亦經由線路 111及113接受來自設定點調整電路1〇9之設定點信號。舉例 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552324 A7 ------ B7 五、發明說明（11 ) 來説，設定點調整電路109包括Dc對DC變流器。ριχ 69 經由線路U7及119控制設定點調整電路1〇9，及因此而控制設足點信號，如更完整説明於下。PLC 69以此方式控制馬達5 3之速度。尤其，伺服放大器9 3經由產生經線路9 5及9 7提供至馬達 53之電流信號，而響應在線路ln及113 電㈣號使馬達產生動力，並決定其速度。饲服放;^93 接著使用由轉速表101收到的類比電壓信號，而決定馬達5 3 是否係在對應於設定點信號之速度下操作。如結果爲否，則伺服放大器9 3視情況將電流信號向上或向下調整，直至來自轉速表101之類比電壓信號指示馬達53係在由設定點信唬所设定之速度下操作爲止。同樣地，由於pLC 69經由線路117及119控制設定點信號，因而PLC 69控制馬達53之速度。 PLC 6 9亦連接至信號調節電路123。信號調節電路123連接至伺服放大器9 3，以接受及調節由轉速表1 〇丨所產生之類比電壓仏號。PLC 6 9自電路123接受經調節的類比電壓信號，並將其轉變成對應於纜線3 7之拉引速度的數値。PLC 6 9經由顯示125而顯示此數値。雖然可以看到纜線3 7之實際拉引速度重複地顯示在顯示 91及125上，但熟悉技藝人士當明瞭顯示91可較顯示125以更大的準確度顯示報告速度。此係由於構成在顯示9 1上報告之速度之基礎的數據來源係在4 X模式中操作之高度精密及準確的編碼器8 5。相對地，構成在顯示125上報告之速度本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） r 1^---,--------------訂-f ：—--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 552324 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 t2---— B7___五、發明說明（）之基礎的數據係由轉速表1〇1所產生的類比信號。此一信號天性即較不準確，且尤其會受到實質溫度變化的影響。簡而τ之，本發明可不使用顯示125而容易地實行。若給予充分的冷卻時間，則可產生理想的矽，其限制條件爲成長速率或速度v與平均軸向溫度梯度G之比係在臨^ 値（v/G)Cr之某個容許度丁内。可將此容許度定義爲·· 11 A(v/G)T -------2 ( v / G) 其中A(v/G)係可產生理想矽之v/G之値的範圍。容許度係強烈地視由所給之熱區所提供的冷卻條件而定。明確g 1，T隨在晶核生成前之冷卻時間的增加而增加。對各種熱區收集得的數據提示τ==〇〇55之値爲較佳容許度。將其重新表示爲：△ ν AG 1^| = | — | + | — | V G 然而，G—般而言難以控制。如G不變，則爲確保理想矽成長I ν的最大誤差可爲丨τ | 。對於健全的製程，甚小的ν 變化爲較佳（例如，丨T丨之1 0 %)。圖3顯示用於校準圖2之裝置1 1之大致示於127的流程圖。泥程圖127自步驟1 3 1開始，立即進行至步驟133，其中算子對〇·ι毫米/分鐘之標稱纜線速度調整在扎(：69上之外部 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) έ

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552324 Α7 五、發明說明（13 ) 控制（未示於圖中）。在步驟135，算子觀察在顯示91上所報告的纜線速度。如報告速度不在0 i毫米/分鐘之0 002毫米 /分鐘内（即〇·1±〇,〇〇2毫米/分鐘），則算子繼續進行至步驟 139。在步驟Π9，算子「扭扯（tweaks)」設定點調整電路 1 〇9之偏私參數，然後回到步驟丨3 5。如所顯示的缓線速度仍不爲0.1 土0.002亳米/分鐘，則算子繼續扭扯電路1〇9之偏移參數，直至在顯示91上之報告纜線速度等於〇 1±〇〇〇2 耄米/分鐘爲止。此時，算子繼續進行至步驟141，將「i」之値指定給變數X，以指示步驟135成功地完成。流程圖127繼續進行步驟143，其中裝置丨〗之算子對3 . 〇毫米/分鐘之標稱纜線速度調整在PLC 6 9上之外部控制。在步展1 4 7，算子再次觀察在顯示9丨上所報告的纜線速度。如報告速度不等於3.0 士 0.002亳米/分鐘，則算子繼續進行至步驟1 49，以扭扯設定點調整電路1〇9之增益參數。在此情況中，在算子回到步驟147之前，在步驟151將變數x設爲零。在步驟147，算子再次讀取顯示9 1，以觀察其現在是否報告3.0 士 0.002毫米/分鐘之纜線速度。如結果爲否，則算子在步驟149繼續扭扯電路109之增益參數，直至在顯示91 上之報告纜線速度等於3·0±〇·〇〇2毫米/分鐘爲止。此時，算子繼續進行至步骤15 5。由於變數X爲零而非1，因而流程圖127回到步驟133。算子以此方式繼續微校準電器回路。繼續此校準，直至PLC 69可在〇·ι及3.0毫米/分鐘之標稱設定之間轉換，以致實際的纜線速度等於此等標稱設定 ± 0.002毫米/分鐘（且沒有任何電路1〇9的進一步扭扯爲止） -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 Χ 297公髮） riiid------, 訂 ----------"•線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552324 A7 _ B7 五、發明說明（14 ) 。此時變數X將維持於i之値，因此使算子可繼續進行至步驟15 7，而成功地結束校準。圖4顯示用於拉引單晶矽錠3丨之大致示於丨59的範例速度分佈。根據在晶體「處方」中明確指示之預定的速度分佈或標的準確地自熔體29拉引晶體31，有助於滿足用於控制瑕戚生成的製程需求。此類型的「鎖定種子掘出」控制可降低晶錠中之固有點瑕疵的數目和濃度。此外，鎖定種子掘出製程有助於控制空位和自占間隙之濃度，而防止當晶錠自固化溫度冷卻時，在晶體3 i中之固有點瑕疵的凝聚。應明瞭熟悉技藝人士當知曉本發明可沒有任何適當的速度分佈而實行。速度分佈159定義在拉引過程中，標的拉引速率成晶體3 j 之長度的函數。根據本發明之一較佳具體實例，根據速度分佈159拉引晶體3 1，可產生具有幾近理想的晶體結構，且具有極少固有點瑕斑之石夕。在此種石夕中在固化時之固有點瑕疵的濃度必然將甚低於臨界過飽和程度，而使其相當不可能發生凝聚事件。非常須要此種空位及自占間隙之濃度的控制，以防止當晶錠自固化溫度冷卻時，在晶錠中之固有點瑕疵的凝聚。共同受讓之美國專利號數5,919,302提供關於圖4之速度分佈及具有幾近理想晶體結構之矽之製造的進一步訊息，將其全體揭示内容以提及的方式併入本文中。在使用時’圖4之速度分佈159係儲存於PLC 69之記憶體 73中。在本發明之範圍内，亦可將分佈I%儲存於7 i 之暫存器或相關記憶體電路中。熟悉技藝人士當知曉圖4之 -17- 本紙張尺度巾國— (21〇TiT^ *—----;----i----------^訂-—^----ί — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 552324 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（15 ) 速度分佈159在此係展示作爲範例，本發明可利用任何適當的速度分佈而實行。在利用速度分佈諸如圖4之分佈159工作的過程中，發現一項重要事項，即晶體3 1之拉引速率在拉引過程中在所有的ra m長度下白應非常準確地依循速度分佈。裝置1 1控制晶體3 1之拉引速率，以致其對大部分的晶體長度，係在約 0.008毫米/分鐘以下之内依循速度分佈159較佳。換言之，扭引速率大約等於標的速率。雖然本發明可在晶體3丨之拉引速率在準確至土0.008毫米/分鐘、士〇〇〇6毫米/分鐘或土0.004耄米/分鐘、或甚至至士〇〇〇2毫米/分鐘之内依循速度分佈之情況下實行，但應明瞭最佳的結果係以土〇〇〇2毫米/ 分鐘或更佳4準確度達到，且較士〇〇〇2毫米/分鐘又更佳的準確度係在本發明之範圍内。在本發明之一較佳具體實例中，pLC69使用12位元數位類比卡片於產生設定點調整電路（即圖2中之電路1〇9)之控制信號。熟悉技藝人士當知曉可在本發明之範圍内作改變以改良本具體實例之準確度。舉例來説，使用^ 4位元卡片替代12位元應可獲致改良的準確度。圖5係須不PLC 6 9 —旦經載入分佈丨59後，如何在整個拉引過程中，將拉晶速率控制至準確至分佈159之±〇〇〇2毫米 /分鐘内之方塊圖。PLC 69以執行在虛線165内之功能較佳尤其PLC 69由編碼森77之輸出計算實際拉引速率，並將其與預期發生之速率（即㈣存於㈣體73中之速度分佈 159所定義之標的速率)作比較。似69接著使用在預期結 -18- 本紙張尺度適巾g g家標準（CNS)A4規格(2ΐΓ^Τ^Τ --.---^----------------- J ^--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----線，| 552324 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ---~ -—B7______ 五、發明說明（16 ) 果與實際結果之間的差於計算校正因子169。pLC 6 9經由測定接著發生拉引之沿速度分佈159之點而計算設定點173 。經由將校正因子169乘以設定點173，PLC 69因此計算得修正設定點175。PLC 6 9將修正設定點175輸出至設定點調整電器回路109，以控制拉晶速率。如以上所說明，以此方式調整設定點可使拉晶速率在整個拉引過程中維持於分佈 159之土 0.002毫米/分鐘内。圖6A及6B顯示提供PLC 69之更詳細操作之大致示於177 之流程圖。尤其，流程圖177説明PLC 6 9如何計算圖5之校正因子169。流程圖177開始於步驟181，並立即進行至步驟 183。在步驟183，PLC 69測試自從上次更新「預期行進距離總和（expected sum distance traveled)」（E.S.D.T·)變數後 ’疋否已經過預定的時間間隔（例如，1 5秒）。如1 5秒的間隔尚未到期，則PLC 6 9重複步驟183直至其到期爲止。於 I,5秒到期後，PLC 6 9繼續進行至步驟185。在步驟185，PLC 6 9經由將預期自上次更新後，晶體3工已經拉引之增量距離加至現有的E · S . D · T .値，而更新 E . S · D · T .。應注意「設定點分佈」係由速度分佈1 $ 9成晶體長度之函數測得之瞬間預期拉晶速率。亦應注音在步驟 185中指示之「因子」係可視設置而稍作調整，以使溶體液位4 7相對於拉引移動，或使晶體3 1之拉引相對於溶體液位 47實質上維持定値之因子。1998年10月14日提出申請之共同受讓的申請案序號09/172,546更完整地揭示此等考量，將其全體揭示内容以提及的方式併入本文中。步锻185之因子本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） « H ·1> n H ϋ H .1- ϋ n n n 0 I ·ϋ n ϋ n ϋ- 一-|0^ ·-1· ϋ i_i n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

ϋ ϋ It I 線· -19- 552324 A7 B7 17 五、發明說明（亦可在接近晶體拉引終點當熔體2 9自坩堝1 9耗盡時作調整。在大部分的拉晶過程中當熔體液位4 7完全不變時，步驟 185之因子以具有「1」之數値較佳。最後，在步驟185中使用〇·25之乘數，由於相關的時間長度爲15秒或〇25分鐘。於更新E.S.D.T.値後’ PLC 69在步驟187重置計時器a

’並繼續進行至步骤189，以測定自從上次更新校正因子A (C · F · A ·)後，是否已經過另一預定的時間間隔（例如，工分鐘）。如1分鐘的間隔尚未過去，則程序回到開始，並等待 15秒的間隔再次更新E.s.d.t·。當1分鐘終於過去時， PLC 69在步驟i 91將計時器B重置爲零，然後繼續進行至步驟193。在步驟193, PLC 69測定自從上次更新後，編碼器77產生多少個脈衝。如先前所説明，由於知道滚筒。之直徑，因而PLC 6 9將此增量脈衝數轉變成晶體31被拉引的增量距離。此增量値等於「實際△ (n)」値，而結束步驟 193 〇 ’ 繼續進行至步驟197，PLC 69計算晶體31到目前被拉引的距離，如由「實際行進距離總和」變數（s . d 了 A )所表不。PLC 6 9經由單純地將其舊値加至在前一步驟中計算得之「實際△(!〇」値，而更新8;〇1[.八.値。現參照圖6B，流程圖177於步驟199繼續進行。在步妒 199, PLC 69經由將目前的E s D τ除以目前的s β ^計算第-校正因子，校正因子A(c F A )。似69繼績進行至步驟201，以測定自從上次更新第二校正因子，校正因子B(C.F.B.)後’是否已經過第：個 ' ^ 、罘一個預疋的時間間隔（本紙張尺度適財_家標準（CNS)A4規格⑽_x挪公楚） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局消費合作社印製 20 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552324 A7 ____- _ B7 五、發明說明（18 ) 例如，1 0分鐘）。如1 0分鐘的間隔尚未到期，則程序回到步驟183 ’並等待1 5秒的間隔再次更新E · s . D τ値。當i 〇分鐘終於過去時，PLC 6 9在步驟2〇3經由將目前的c . F · A · 減去1，然後將結果除以1 0，並將其加至先前的c F . B .而更新C · F · B ·。PLC 6 9接著繼續進行至步驟2〇5，在此其將計時器C、E.S.D.T·、及S.D.T.A.重置爲零。 C . F · B ·値以相當接近1較佳。因此，pLC 6 9在步驟209測試目前的C.F.B·是否大於或等於〇 75或小於或等於丨25。如C · F · B ·係在此範圍内’則j>LC 6 9在回到流程圖177之開始之前，在步驟211輸出目前的CFB作爲圖5中之校正因子169。然而，如C · F · B ·不在此範圍内，則pLC 6 9在步驟 213視目前的値是否太高或太低，而設定CFB·。如目前的C.F.B·太低’則PLC 69輸出0.75爲校正因子169，但如其太向’則PLC 09輸出ι·25爲校正因子169。pLC 69接著回到流程圖177之開始。如前所述，根據明確指示於晶體「處方」中之預定速度分佈或標的準確地自熔體29拉引單晶矽錠3丨，有助於滿足控制瑕疵生成之製程需求。然而，習知之捷可拉斯基矽成長製程係改變拉引速率或種子掘出，以控制成長晶體31之直徑，其在「鎖定種子掘出」製程中會產生問題。熟悉技藝人士知曉提高拉引速率將導致晶體直徑減小，而減小拉引速率將導致直彼增加。亦熟知提高石夕源溶體2 9之溫度將導致晶體直徑減小，而減低熔體溫度將導致直徑增加。因此，除非在拉引過程中準確地調整溶體溫度，否則根據標本紙張尺度適用中國國家標準、------r 11---1--· I--訂---^----·線. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552324 A7 _ B7 五、發明說明（19 ) 的分佈控制拉引速率將會產生大的直徑誤差或失去直徑控制。圖7説明根據先前技藝之大致以217指示之直徑控制迴路。如圖7所示，比例-積分-微分（PID)控制迴路219接受在線路221之誤差信號。此誤差信號代表在期望或標的晶體直徑 (即設定點）與實際晶體直徑（即製程變數）之間的差。PID 迴路219在線路225輸出拉引速率校正，以調整由特定晶體成長處方所得的預期拉引速率。控制迴路217在線路227輸出供調整拉引速率用之種子掘出設定點，以改變晶體直徑。在圖7，控制迴路217亦包括用於防止種子掘出設定點改變太大量之限制器229。如圖所示，圖7之控制迴路217需要改變種子掘出，以達成晶錠3 1之直徑的變化。圖8顯示供晶體成長裝置1 3用之大致以233指示之習知的串級溫度控制。在控制器改變拉引速率以控制直徑之主動種子掘出應用中，設定點通常爲標的種子掘出，及製程變數通常爲實際的種子掘出。如圖8所示，主PID控制迴路23 5 在線路23 7接受代表在晶體直徑設定點與晶體直徑製程變數之間之差的誤差信號。PID迴路23 5在線路241輸出溫度設定點。接著，第二PID控制迴路243在線路245接受一誤差信號。在線路245之誤差信號係代表在溫度設定點與實際溫度（即製程變數）之間的差。然而，在此例中，第二PID迴路243 自靠近晶體成長裝置1 3之絕緣封裝的高溫器3 3或熱電偶（未示於圖中）接受加熱器溫度反饋。換言之，習知之拉晶器通常不會檢查矽熔體29之實際溫度，因此會將誤差引至控 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -Γ Jill· ——i l· I—¾-------^ -訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 552324 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製制233中。PID迴路243在線路249輸出加熱器電源設定點，以改、笑晶體直徑。控制迴路233之串級策略的優點爲可將包含PID 243之第二迴路調節成相當快速地響應加熱器溫度設定點之變化，以致功率典型上將過調至其最終的穩態値。加熱器功率及溫度之此相當快速的變化可改良系統的整體響應。然而，由於熔體質量仍有重要的延遲，因而其並不一定可改良直徑對功率變化的響應。此外，實務上高溫器 έ通常會變髒或經阻塞，或者熱電偶係測量絕緣封裝的不同部分。此會在不同批及不同拉晶器中造成顯著的增益及偏離變異性。結果，預定的溫度分佈會在晶體品質及出料 1兩者之中造成變異。此外，利用習知之控制迴路233的直徑控制由於緩慢的響應速度及熔體表面對加熱器溫度關係之變異性’因而一般令人無法接受。圖9説明大致以2 51指示之又另一習知的功率控制迴路。在此例中，迴路251之控制策略較控制迴路233之_級策略稍t艾’但其並不需要供加熱器溫度用之第二pjD迴路，諸如 PID 235。PID控制迴路2 5 3接受在線路257之誤差信號。此誤差信號代表在晶體直徑設定點與製程變數之間的差。piD 迴路251在線路259輸出加熱器電源設定點，以調整熔體溫度而控制直徑。在控制迴路251中，加熱器功率傾向於在不同批之間有非常良好的再現性，及在不同拉晶器之間有程度較差的再現性。相較於圖7及8之控制策略，控制迴路251 提供改良的晶體品質及出料量，並消除由於高溫器及熱電偶測量失效所造成的故障。然而，功率控制迴路251具有如 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ · r------^---------；-：訂---^----:線- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 552324 A7 B7 五、發明說明（21 ) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 此、、爰(¾的響應時間’以致無法接受將此策略用於直後控制。熟悉技藝人士知曉PID增益加上製程動態將決定控制迴路之輸出（即拉引速率校正、溫度設定點或電源設定點）。現參照圖1 0，大致以261指示之功率控制迴路將用於在鎖定種子掘出製程中控制晶體直徑之本發明的態樣具體化。 PID控制迴路265在線路267接受代表在晶體直徑設定點與晶體直徑製程變數之間之差的誤差信號。PID迴路265接著在、、泉路269輸出溫度設定點。根據本發明，控制迴路26丨包括接受溫度設定點，並在線路275輸出加熱器電源設定點，以達成晶體直徑之期望變化的溫度模型273。在本發明之一較佳具體實例中，溫度模型273估計在加熱器功率與碎溶體2 9 之农面溫度之間的關係。可考慮使用溫度模型273於提供直徑斜率之模型，即直徑變化之速率。一般而言，熔體表面溫度之高溫計測量可提供產生溫度模型273之數據。雖然經由控制熔體溫度而控制晶體直徑一般並不如利用拉引速率所作的控制芫善，但控制迴路261可方便地提供鎖定種子掘出製程較悅速且準確之直徑控制的利益。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製加熱器功率對熔體表面溫度之關係的簡化模型包括空載時間、增益及一次滯後。圖i i説明關於諸如圖8或9所示之習知之控制策略之範例的溫度響應。在圖，開始於時間t= 1之單位値1的階梯輸入277產生大致由以下之指數函數所表示的輸出279 : f(t) = l-exp(-(t_td)/ r ) 在圖11之例子中，輸出279之空載時間td = 5分鐘，且係由 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱) *--一 — 552324 Α7 ---- Β7 五、發明說明（22 ) 時間常數τ =30分鐘之_次滯後所組成。在空載時間或延遲期間中。對輸入277並無響應。輸出279之滯後對終値（例如，最終溫度）造成指數變化，及響應之速度係由其時間常數T所決定。圖12説明圖ίο所示之控制迴路261之範例的溫度響應。「功率隙（power gap)」有用於達成熔體溫度之相當二二變化。主具有預足幅度及期間之功率脈衝形式，且其後跟著穩態功率變化之輸入281提供此一功率隙。開始於時間斤工之輸入281產生大致由以下之指數函數所表示的輸出π]:f(t) = k*(l~exp(.(t-.td)/ r )) 如則’，輸出283伴隨有其間沒有響應的空載時。輸出-亦具有時間常數”30分鐘之—次滯(二足義脈衝幅度成穩態功率變化之函數。爲得到等於穩態應（例如，單位値1)之響應，將脈衝施加由下式所定義: 響經濟部智慧財產局員工消費合作社印製間 t=-r* ln(l-l/k) 注意在上式中並不包含空載時間，因爲輸出283在空載時結束之前並不會對輸入281產生響應。其僅係延遲而已。例來説，r =30分鐘及k=10，因此脈衝期間爲316分鐘因此’，預期溫度在空載時間後之3·16分鐘將達到期望値並由穩態功率値而維持於該値。圖12之溫度模型可方便達成晶體直徑之成功控制，其中可在大略等於製程空載間之間隔下進行功率變化。圖1 1及1 2提供階梯響應及脈衝響應之比、較。然而，在期間舉地時圖 • n n i If 1 n BiJ n —L n a— I n I n ϋ I ϋ 一· n I ϋ i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線- 各紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21() χ挪公爱） -25- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552324 五 '發明說明（23 1 -中‘出283由於輸入281之功率脈衝而相當快速地上升（根據札數函數），且在圖1 1之輸出279達到期望大小所需之 P刀的時間内達到期望大小。成長晶錠3 i之直徑及其變化速率決足功率脈衝之大小以及穩態功率變化。 PLC 6 9執行實施溫度模型273(如由圖1 2之溫度響應所發展）之軟體較佳。直徑控制迴路261經由PID 265提供控制作用，而產生使脈衝可自動產生的溫度設定點。此設定點係以、工放大至加熱器功率（例如，1 〇 #/仟瓦）之無因次溫度單位表示。舉例來説，如PID控制器265將5#之設定點變化送至模型273 ’則將產生3.16分鐘之5仟瓦（即1 〇* 5# * 1仟瓦 /1 0 #)之脈衝’隨後爲〇 5仟瓦之穩態功率變化。因素 k(k 1 〇)使功率過調（類似於圖8之串級控制策略233)，但因素k及脈衝期間係經計算成可使溫度而非加熱器溫度達到期主的階梯變化。直徑之變化速率（即斜率）快速地響應此溶體表面變化。爲降低空載時間之影響，將PID取樣速率設爲大約等於空載時間之値，其在此例中爲5分鐘。此導致控制器I作用對下一循環變爲有效。piD迴路265所採取的重複校正動作可彌補模型的不準確。此導致較諸串級控制233 對直徑誤差有顯著改良的響應時間，並加上消除由加熱器溫度測量元件諸如高溫計及熱電偶所造成之變異性及不可靠性。舉例來説’晶體成長裝置1 3爲Ferrofluidics CZ-1 50拉晶器，其提供適用於實施本發明之控制系統硬體形態。由控制單7G 5 1之PLC 6 9執行之程式以在其溫度控制計算中包括 .—.—Γ---- —^ —----、訂·----^---- -線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -26 - 552324 五、發明說明（24 ) 模較佳。如前所述，溫度模型273計算功率脈衝以，到期望的熔體溫度變化。模型函數係當拉晶器模式正士提供功率控制，以使溶體29溶化及穩定時起始。一般木在此模式中希望直接控制加熱器功率。在功率控制中:&制加熱器功率時，將溫度設定點及製程變數設至中間範圍（例如，_單位）。於選定溫度模式後，將溫度設足點預置爲1000單位，且可對其進行控制。然後使用其於片算預置爲在功率控制模式中之最後選定値之加執器功率。 …。訂當使用功率控制迴路261於控制熔體溫度時，PLC 69在規則的間隔下（例如，每隔6秒或〇.1分鐘）執行模型計算。當 PLC 69每次執行計算時，—移位暫存器將目前的溫度設: 點作儲存。移位暫存器在其程式期間結束時終止功率脈衝。根據本發明―執㈣咐™率輸出：

Pi=P〇 + G*[k*|： Tn.(k.l)*2 Tn-m] M~° /»=0 線其中： P 1爲電流功率； P 0爲在溫度控制模式開始時之起始功率； G係自溫度單位至仟瓦（例如，1〇#/仟瓦）的轉換； k係脈衝幅度；丁 η係在時間t = η之溫度設定點；及 U在時間t = n-m之溫度設定點，纟中則系樣本中衝期間（例如，32個樣本在每樣本〇1分鐘下）。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2^297公髮^ •27- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552324 A7 --- ^ B7 五、發明說明（25 ) 在本發明足一較佳具體實例中，主動及鎖定種子掘出控制策略之組合提供完善的晶體控制。如前所述，直徑控制迴路217將期望拉引速率與在線路225之由？1]〇迴路219輸出的拉引速率权正加總。在晶錠3丨之早期成長中，調節比例及微分作用’以經由改變種子掘出而達到有效的直徑控制。不使用積分作用，以確保直徑誤差不會完全被由直徑誤差之累積所造成的種子掘出値消除。圖7之主動種子掘出策略的目的係要藉由調整種子掘出或拉引速率而控制通常發生於晶體3 1之肩邵之相當大的直徑錯亂。同時可經由快速的PID調節調整熔體溫度，而亦降低起始的直徑誤差。例如 ’於長出晶錠31之前50毫米後，預料熔體29之溫度及晶體直徑將相當穩足且在控制之中。此時將控制自主動種子掘出相過渡至鎖定種子掘出相較佳。功率控制迴路26丨之迴路265提供未經由調整種子掘出而校正之直徑誤差的校正。對於其餘的晶錠成長，使種子掘出迴路217中之pID增益回復至零，及將功率控制迴路261中之PID增益設至適當値。圖1 3説明根據本發明之一較佳具體實例，利用主動及鎖足拉引速率之直徑表現。在此範例圖中，第一曲線287顯示在晶錠之長度上的晶體直徑，及第二曲線289顯示相對的拉引速率。如前所述，此例子係使用主動及鎖定拉引速率之組合，以獲致最適的結果。根據本發明之一較佳具體實例，對晶體本體成長僅使用脈衝功率之直徑控制提供在理想矽成長製程中之利益。換言之，本發明提供鎖定種子掘出控制與藉由調節直徑控制 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） - r _ -------It· 一---^-----^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 552324 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（26 ) 之穩定直徑控制結合。此一控制策略不僅在成長的本體階段，並且在晶頸、晶冠、早期本體、及後期端圓錐階段中提供直徑控制的改良。當在「脈衝」存在模型化誤差時，本發明有利地於脈衝或功率脈衝函數後提供PID控制，以提供更緊密的反饋。預料本發明之鎖定種子掘出製程亦可包括使用在執行中產生斜坡功率脈衝大小及/或斜坡脈衝寬度之斜坡製程參數概算。本發明經由在成長的不同階段中改變功率脈衝之參數，而對需要改良整體控制之製程提供較佳的控制配對。事實上，應將用於構造裝置11(以及晶體成長裝置13)之組件作成相當嚴格的容許度。以下的零件表列提供適合本發明使用之範例組件的列表： PLC 69 ： Siemens ΤΙ 575¾} 設定點調整109 : Ferrofluidics零件編號207683 伺月艮放大器 93 ·· Advanced Motion Controls-Model AMC 10A8 型轉速表及伺服馬達53 ·· Max — 00 Motomatic II -零件編號 284-001-109 編碼器 85 ·· Accu-Coder--零件編號755A-01-0060-PU 编碼器 77 : Ferrofluidics--零件編號080010 滑輪4 1 : Ferrofluidics—圖號206886A 滚筒 43 ·· Ferrofluidics—圖號206075D 纜線37 :鎢纜線，直徑〇.1〇英吋鑑於以上説明，可以看到已達成本發明之數個目的，並 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Γ ΙΊ — — — — 111· — — — — — — — — I— — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 552324 A7 B7_ 五、發明說明（27 ) 達到其他有利的結果。由於可不脱離本發明之範圍而在以上之結構及方法中進行各種變化，因而應將在以上説明中所包含或示於附圖中之所有内容解釋爲説明性，而非具限制意味。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

552324 第089105197號專利申請案中文申請專利範圍修正本(91年12月)

藍申請專利一種與根據捷可拉斯基(tzochralski)方法使單晶錠成長之晶體成長裝置結合使用之方法，該晶體成長裝置具有一包含長出晶錠之半導體熔體之加熱坩堝，該晶錠係在自熔體拉出之晶種上成長，該方法包括下列步騾：定義代表熔體之溫度響應供應至加熱器以加熱熔體之功率變化而變化之溫度模型；在標的速率下自熔體拉引晶錠，該標的速率實質上係依循一預定速度分佈；產生代表在晶錠之標的直徑與晶錠之測量直徑之間之誤差的信號，對此誤差信號進行比例-積分-微分（PID)控制，及產生成其函數之溫度設定點，該溫度設定點係代表熔體之標的溫度；由溫度模型成由PID控制所產生之溫度設定點之函數，決定供應至加熱器之功率的功率設定點；及對加熱器施加一功率之脈衝，且根據功率設定點調整供應至加熱器之功率，因而改變熔體之溫度，而控制晶鍵之直徑。 2 如申請專利範圍第1項之方法，該功率脈衝具有一預定期間及大於直接對應於溫度設定點之穩態值之幅度。如申請專利範圍第2項之方法，其中該決定功率設定點之步驟包括利用下式計算功率輸出： P^Po + G^k*^； Tn-(k-l)*X Tn.m] 其中p 1為電流功率，p G為起始功率，G係自溫度單位本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 552324 A8 B8

:什瓦的轉換’ k係功率脈衝之幅度，丁η係在時間t = n之槪度汉足點，Tn-m.在時間t = n-m之溫度設定點，及m 代表功率脈衝之期間。士申#專利聋已圍第i項之方法，其中該&溫度模型決定力率，又足點之步驟包括定義溫度模型之輸入，該溫度模土之輸入包括其後跟著穩態部分之一脈衝部分。々申#專利圍第4項之方法，其中該溫度模型之輸入 <脈衝部刀具有大於直接對應於溫度設^點之穩態值之幅度。 6. 8. 士申叫專利圍第4項之方法，其中該溫度模型之輸入之脈衝部分具有由下式所定義之期間： t=- r *ln(l-i/k) ，其中τ*係定義溫度模型之指數函數的時間常數，及^ 代表μ度模型之輸入之脈衝部分的幅度。如申請專利範圍第丨項之方法，其中敎義溫度模型之步驟包括$義延遲期間、增益及_次滯後函數塑應。如申請專利範圍第7項之方法，其中該定義溫度模型之步驟包括利用如下之時間之指數函數定義-次滞後函數響應：其中td係發生在一 τ係函數之時間常數幅度。 /人滞後函數響應之前的延遲期間，，及k代表溫度模型之功率輸入之其更包括改變晶錠自溶 9 ·如申請專利範圍第1項之方法 552324 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍體拉出之速率以控制晶錠直徑之步驟，該改變拉引速率之步驟係發生在晶錠之第一部分的成長期間中，及該在實質上依循預定速度分佈之標的速率下拉引晶錠之步騾係發生在晶錠之第二部分的成長期間中。 1 0 . —種與根據捷可拉斯基方法使早晶叙成長之晶體成長裝置結合使用之裝置，該晶體成長裝置具有一包含長出晶錠之半導體熔體之加熱坩堝，該晶錠係在自熔體拉出之晶種上成長’該裝置包括· 一預定的速度分佈，該晶錠係在實質上依循此速度分佈之標的速率下自溶體拉出；一產生溫度設定點成在晶錠之標的直徑與晶錠之測量直徑之間之誤差之函數的比例-積分-微分（PID)控制，該溫度設定點係代表熔體之標的溫度；一代表熔體溫度之變化響應供應至加熱器以加熱熔體之功率之變化的溫度模型，該溫度模型決定供應至加熱器之功率的功率設定點成由PID控制所產生之溫度設定點之函數；一用於加熱熔體之加熱器；及一響應功率設定點而施加一功率之脈衝於加熱器上，以調整施加至加熱器之功率，因而改變熔體之溫度而控制晶錠之直徑的電源。本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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