TWI240770B - Method and system of controlling taper growth in a semiconductor crystal growth process - Google Patents

Description

1240770 A7 B7 、發明說明（1) 發明背景 本發明是有關於改善控制單晶半導體的長晶過程，給製 造電子元件用，尤其是-種封閉遊路方法與系統，以精確 &制索克雷斯基長晶製程中的拉晶成長。 訂 單結晶矽或單晶矽是大部分製造半導體電子元件之製程 的起始材料。利用索克雷斯基長晶製程的拉晶機器會產生 大郅分的單晶石夕。簡言之，索克雷斯基長晶製程牵涉到將 向純度的多晶石夕材料熔化在石英料内，而該石英掛瑪是 在特殊設計過的高溫爐中。加熱的高溫爐熔化掉矽材料 後:晶體拉升機構會將種晶下降，接觸到橡㈣。該機構 接著扛回該種晶，以便從熔融矽中拉出成長晶體。 形成晶體頸部後，—般的製程會降低拉出：率及/或熔 化溫度，以加大成長晶體的直徑大小，直到所需的直徑達 到控制拉出速率與溶化溫度，以補償溶秒高度的減 二’2體主要本體具有約爲定値的直#大小（亦即圓柱 奴）。在接近長晶過程結束但甜螞的熔融秒用完之前，該 製程逐漸減少晶體直徑，形成圓錐體。通常，增加拉出: 率並增加給坩瑪的熱量，來形成該圓錐體。當直徑變得夠 小時，晶體會與溶融砍分開。長晶過程中，掛瑪以某一、 向轉動溶融碎，且晶體拉升機構以相反方向轉動其拉= 線或拉出軸，以配合種晶與晶體。 =目：所用的索克雷斯基長晶製程’已經能很滿意的 長出很夕應用中的單晶砍，但是仍需要進—步的改孟 如，-致且可重覆的種晶尾端收縮形狀，能f助保： |_______ - 4 _ 本紙張尺度賴帽0家標準（CNS)A4祕（21G_ χ〗97公篆 Ϊ240770 五 發明說明（ 2 、取大煞應力値’早期晶體成長時熱傳特性的一致性，以 文艮紅里測系統的可靠度。爲此，需要改善拉晶晶體 的-致性與可再現性，以控制拉晶的長晶過程，長出具有 可重覆形狀的晶體。 傳統的拉晶長晶控制t會牵㈣要以#試錯誤的調節方 式，控制加到熔融碎中的熱量。另—方法是，由某一控制 :法控制該熱量’比如依據目前的溫度分佈，控制某一給 疋的量測溫度（亦即目標溫度對拉晶直徑）。美國專利 5,223,078與4,973,377的所有内容，在此當作傳統拉晶長晶 控制的參考資料。 例如，Maeda等人的美國專利5,223,〇78揭示出一種控制接 近種晶的圓錐晶體部分（亦即拉晶晶體）之成長的方法。該 :法在拉晶晶體成長過程中，需要可變動的主動量測與調 節系統。在Maeda的方法中，要量測出晶體的熔化溫度與 拉晶的直徑。計算出直徑的變化率，並比較該變化率與量 測溫度，以便預先設定目標溫度與變化率數値。接著再次 依據從目標資料檔中的已存在資料以及目標直徑變化率資 料檔，決足出目標溫度。由正比積微分（piD)控制器，控制 加到加熱器的電力大小，而得到校正後的目標溫度。以類 似的方式’ Maeda等人試圖製造出長度愈短愈好的拉晶晶 體。

Katsuoka等人的美國專利4,973,377，描述一種控制熔化溫 度以及坩堝旋轉速率，來控制拉晶晶體直徑的方法。該方 法中，坩堝旋轉速率的控制範圍會隨著拉晶晶體直徑接近

.C 訂 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 社 印 ____ - 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公 1240770 A7

“本把郅分而變窄，並在晶體本體部分成長過程中保持 定値。 然而，這些方法都不夠令人滿意。美國專利5 223 〇78 中使用h射溫度計當作控制溶化溫度的第二回镇。該方 法經過試驗，t由於機器設㈣非經常性的高溫計阻塞， 幅射觀測路徑中的土 、 a Ψ Sl0堆知，以及高溫計對不同裝置的增 议差異性’而發生失敗。除了相同溫度控制方法外，美國 專利4,973,377揭示出一種調節掛螞轉速，進而調節溶化溫 度的万法。調節㈣轉速會改變㈣料 進而加入額外的控制動力，可能會影響到直徑控制2定 性。此外，P4著料旋轉的變化而改變㈣側壁上溶融石夕 中氧的擴散層厚度，讓㈣轉速的調節也 的氧含量。既然控制氧含量一般是依客户特定需= 的，所以不需要改變氧含量，以控制拉晶的形狀。相反 的，需要控制與氧濃度調節無關的拉晶形狀。此外，這些 專利所揭示的控制技術都無法提供足夠的拉晶成長再現 性〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -—-----訂— 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲此，需要一種控制拉晶成長的方法與系統，牽涉到結 合拉出速率調節的預設溫度分佈，提供拉晶成長控制 出具可再現性的拉晶晶體，改善拉晶晶體的一致性與再現 性。 發明摘要 該發明滿足上述的需求，必克服習用技術的缺點，提供 改良的控制與操作方法與系統。本發明的一些目的與特

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1240770 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4 ) 中，要注意的是，這種方法與系統會長出具可再現性形狀 的成長晶體的拉晶部分；該方法與系統能在拉晶成長時， 保持一致的最大熱應力；該方法與系統能在早期晶體本體 成長時，保持一致的熱傳特性；以及該方法能很有效且很 經濟的進行，並且該系統在經濟上可實現且在商業應用上 具有實用性。 簡言之，本發明方法的特點是在於結合一種依據索克雷 斯基長晶製程進行半導體單晶成長的裝置。該裝置具有包 含半導熔融液的加熱坩堝，將晶種拉出該熔融液，以便由 藏熔融液在晶種上長出晶體。該方法包括以目標拉出速 率，將晶體從熔融液中拉出，該目標拉出速率具有起始速 度分佈，能長出晶體的拉晶部分。該方法還包括量測出晶 體的拉晶部分之斜率，並定義出目標拉晶斜率。所量測到 的拉晶斜率是在晶體拉晶部分被拉出時，相對於晶體長度 變化量之晶體直徑變化量的函數。該方法進一步包括產生 錯誤信號，當作量測拉晶斜率與目標拉晶斜率之間差額的 函數，調節拉出速率，當作錯誤信號的函數，以降低量測 拉晶斜率與目標拉晶斜率的差額，以及用調節後的目標拉 出速率，從熔融液中拉出晶體。以這種方式，該方法改變 晶體拉晶部分的量測斜率，以控制晶體成長。 般’本發明的另一形式是一種系統，該系統結合一種 依據索克雷斯基長晶製程進行半導體單晶成長的裝置。該 裝置具有包含半導熔融液的加熱坩堝，由晶體驅動單元將 晶種拉出該熔融液，以便由該熔融液在晶種上長出晶體。 ---------------------訂---------線—^wi (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1240770 A7 B7 五、發明說明（5 该系統包括記情辦 的拉晶部分，；二::!;™ 扣从、务泠、 ^拉晶邵分。該晶體驅動單元依昭 出。該系統還包括一^率/触將t體從㈣液中拉 收並負責代表晶體直徑血㈣分成長時’接 山P日叙去曰 /、叩長度的》訊。該控制器計算 出拉时斜率I測値，當 田作相對於晶體長度變化量之晶 徑變化量的函數。該抄 里心印脫直 曰# mI B 4 二]詻逆產生錯誤信號，當作量測拉 日口斜率與目標拉晶斜 十+又間差頟的函數，並提供拉出速率 校正値給晶體驅動單元，各 田作夂决^唬的函數。該晶體驅 動單7L依據拉出速率衫_p ^ 羊杈正値，調郎拉出速率，以降低量測 拉晶斜率與目標拉晶斜率 訂 、 丁千妁差額。以廷種万式，該系統基 於拉晶斜率，而能控制晶體拉晶部分的成長。 另—方式是’本發明可以包括其它不同的方法與系統。 其它目的與特點在以下説明中將會更爲明顧，且指 來。 圖式簡單説明 圖1是依據本發明較佳實施例的晶體成長裝置，以及控 制晶體成長裝置的系統。 圖2是圖1系統中控制單元的方塊圖。 圖3是從包含在圖1晶體成長裝置的熔融液中，所拉出的 半導體晶體的扭晶成長之片斷側視圖。 、 圖4是典型的拉晶斜率分佈qD)，顯示出當作晶體直徑 函數的拉晶斜率。 圖5是控制依據圖4拉晶斜率分佈p (D)的晶體成長製程 ^^尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 ： 1240770 A7 B7 五、發明說明（6 之方塊圖。 圖式中的相對應參考 較佳實施例詳細說日月 疋代表相對應的構造部分。 基考數號11所代表的系統，具有索克雷斯 基長日曰裝置，由參考數 唬13所代表。長晶裝置13的詳細構 k對於熟知該技術領域 加 E 、次的人士來説，是眾所周知的。一 般，長晶裝置13包括一眞空 、、 m 1n r 輿工至15，孩興空室15包圍住一坩 禍19。如電阻加熱器 / t ^ W刀口為裝置包園坩堝I9。其中的實 犯例中，絕熱體23纏繞眞命舍〗ς忐拉 、 一 、工至15内壁，而灌入水的眞空室 、、：會圍繞該眞空室15。隨著氬氣的惰性氣體 、去興工焦浦（未顯示）將眞空室15内的空氣去除 摔。 依據索克雷斯基的單晶成長製程，將多結晶碎或多晶秒 到堆瑪19中。加熱器電源27提供電流，經由電阻加熱器 21’溶化多晶彳’形成溶融物，再從該溶㈣π中拉出 晶體3卜如習用技術中所熟知的，晶體”是從黏在拉出軸 或拉出纜線37上的晶種以阴私 ，^ _ 35開如。如圖1所示，晶體31與坩堝 I9具有共用對稱轴39。ϋ 4»嫩純，， 一 $出纜、、泉37的一端連接到鼓輪（未顧 示），而拉出境線37的另一端連接到夹扣（未顯示），以抓 住晶種35以及從晶種上長出的晶體31。 在加熱與晶體拉出時，掛禍驅動單元43轉動掛瑪19(比 如順時針方向）。料驅動單元43也料並降低㈣19，如 長晶過程中所需。例如，㈣驅動單元43在溶㈣Μ減少 時’舉起掛瑪19，以保持所需的高度，如參考數號45所代 --------訂---------線—^wi (請先間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 [紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21() χ 297公^· 1240770

五、發明說明（7 表。晶體驅動單元47以i甘瑪驅動單元43轉動掛瑪19的相反 方向’來轉動拉出纜線37。此外，晶體驅動單元47相對於 長晶過程中所需的熔融矽高度45,舉起並降低晶體31。 在實施例中，長晶裝置13將晶種35下降到幾乎接觸到坩 碼19中的溶融秒29，而對晶種3 5進行預加熱處理。預加熱 後’晶體驅動單元4 7利用拉出纜線37，持續降低晶種％， 在鬲度45接觸到熔融矽29。隨著晶種35的熔化，晶體驅動 單元47緩忮的從溶融矽29中，退出或拉出晶種％。晶種％ 從熔融矽29中拉出矽晶體，並隨著矽晶體被拉出，而產生 夕卵敝31的成長。當晶體驅動單元47將晶體31從熔融矽2 9 出時日口 豆驅動單元47以參考速率轉動晶體31。類似 的，坩堝驅動單元43以另一速率轉動坩堝19，但通常是與 晶體31的方向相反。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 控制單元51 一開始控制退出速率，以及加熱器電源27提 ::電阻加熱器21的電力，產生晶體31的頸部。最好是， 當晶種35從熔融物中拉出肖，長晶裝置13長出固定直徑 的晶體頸部。例如’控制單元51保持固定的頸部直徑，約 所需晶體本體直徑的百分之五大小。當晶體頸部達到所需 長度後’ I制單凡51接著調節轉速，纟出參數及，或加熱 參數，以便用圓錐形狀的方式，增加晶體Η的直徑，直到 晶體本體直徑達到所需爲卜 V而馬止例如，控制單元51降低拉出 速率，產生向外展開區，—般稱作晶體拉晶。 一旦晶體直徑達到所+ 士 1 ^ 、 、運司所而大小，控制單元51控制長晶參 數’以保持固定直徨大小，如萃 _ 10 - 本紙張尺度適用中關家標準χ 297 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1糸統11所量測到的，直到長 -10- 1240770 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明（8 晶過程結束。此時，通當會择力 书㈢增加拉出速率與加熱，在晶體 31的尾部形成直逕逐漸縮小的拉晶部分。美國專利 W的整個内容當作本發明的參考資料，而該專利揭 π出一種以晶體直徑爲函數來控制晶體與㈣轉速的較佳 方法。 、控制單元51最好是與至少一個二維照像機53 一起操作， 決足出複數個長晶參數，包括熔融矽高度45。照像機53是 安置在眞空室丨5的觀視窗（未顯示）上，（見圖3)，並描準 到縱轴39與熔融矽高度45的交接點上。美國專利 5，m，4〇2 ’ 5’846,318 ’ 5,665，159 以及 5 653 799的所有内容都 當作本發明的參考資料，而料些專利提供—些長晶參數 的精確且可靠的量測，包括晶體直徑。這些專利中，影像 處理器對從照像機53所得的晶體溶融液界面影像進行影像 處理，以決定晶體直徑大小。 除了處理從照像機53而來的信號以外，控制單元51還處 理從其它感測元件所得到的信號。例如，像光電池的溫度 感測器59，可以用來量測熔融矽界面的溫度。 圖2顯示出較佳實施例控制單元51的方塊圖。控制單元 51包括可程式數位或類比電腦61，以照像機53或其它感測 凡件所得的處理信號爲函數，控制坩堝驅動單元43，晶體 驅動單元47以及加熱器電源27。如圖2所示，可程式邏輯 控制器（PLC) 63經由接線67(比如RS_232纜線）連接到電腦 61，並經由接線71(比如RS-485纜線）連接到一個或多個製 程輸入/輸出模組69。依據本發明，電腦61提供操作者介 _ -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------線—AW. (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 1240770 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（9 ) 面，讓長晶裝置13的操作者輸入一組所需長晶時用。 默、、口狩疋 製程輸入/輸出模組69提供到長晶裝置13的路徑，或是從 長晶裝置13而來的路徑，以控制長晶過程。例如，凡C二 自入溫度感應器59接收與溶化溫度有關的資訊，並經由製程 輸入/輸出模組69,輸出控制信號給加熱器電源27,以控制 溶化溫度，進而控制長晶過程。 相類似的，PLC 63接收從編碼器75而來的輸入信號，產 生脈衝仏號，會隨著晶體驅動單元〇内輪鼓的轉動而改 k。PLC 63經由傳、统方式進形程式化處理，將接收由編碼 器75而來的脈衝數目，即時轉換成代表纜線”線性移動的 數竽。亦即，PLC 63計算出纜線37的速度，以及晶體31的 拉出速。骨豆驅動單元47最好是包括驅動鼓輪的馬達（未 顯不），用來捲收或抽出纜線37，而讓纜線37上升並下降。 在實施例中，飼服放大器（未顯示）與馬達轉速計（未顯示） 以傳統的封閉迴路反饋方式，連接到馬達上。pLC 63最好 是能提供一組點信號，給晶體驅動單元47的伺服放大器， 以調節馬達轉速，當作是編碼器75所提供信號的函數。 參閲圖2，照像機53經由接線77(比如RS-PO纜線），將坩 禍19内部的影像連接到視覺系統79，提供邊緣偵測以及直 徑量測計算。另外，視覺系統79經由接線83連接PLC 63。 在較佳實施例中，PLC 63是由Siemens所製造的Model TI 575 PLC 或由 Texas Instruments所製造的 Model 545 PLC，而接線 83代表連接介面（比如vmE背板介面）。連接介面83視内建 -12- 一^--- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) · -線· K紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵G X 297公ί 1240770 A7 B7 五、發明說明（10) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 PLC 63的特疋控制器而定，例如，可以是讀胁架，包括 頟外的連接板（比如使用W串列雙向咖璋的 2571程式埠延伸模組）。雖然是用視覺系統π來做説明，但 是要了解的是，晶體直徑量測也可以用其它的方法決定。 例如，有一些已知的技術，提供晶體直徑量測，包括量測 亮緣寬度的方法。該亮緣是&面内㈣側壁的反射特性， f在晶體31的固液界面上形成。傳統的亮緣與凸面感測器 是使用光學高溫計，光電池，具光電池的轉動面鏡，具光 電池的光源，直線掃描照像機，以及二維陣列照像機。 圖3顯示晶種35熔化並滴下時很早的長晶過程。形成晶 體頸部85後，一鞔的製程會加大成長晶體”的直徑大小， 降低拉出速率及/或溶化溫纟，直到所需的直徑達到爲 直& i曰加的#分稱作拉晶區，或皇冠區87。隨著拉晶 區87增加到所需的直徑大小，晶體31會形成肩部91，緊接 著是主要的晶體本體（圖3未顯示）。隨著熔融矽29變少， 曰曰te直彳k會逐漸減少，形成晶體3〗的圓錐狀尾端圓錐（圖3 未顯示）。一旦尾端圓錐的直徑夠小（比如2 mm到4瓜㈨， 晶體31會脱離熔融矽29，而不會讓錯位變形延伸到晶體3i 的王要晶體本體。接著從眞空室15移開晶體31，進行晶圓 處理。控制拉出速率與熔化溫度，補償熔融矽高度的降 低，讓晶體31本體的直徑約爲定値，並構成圓柱體的多晶 矽（比如晶塊）。要了解的是，成長中的晶體本體通常是不 具有整體性的均勻直徑大小，雖然是圓柱狀的。此外，晶 31直徑隨著不同的長晶區（比亦即晶種％，頸部85，晶 螓 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

ϋ I H I . 丨線_ I__ _______ -13- 本紙張尺度過用中國國家標準（C_NS)A4規格“- 1240770 A7 B7 五、發明說明（11 ) 區87’本體以及尾端圓錐）而改變。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 隨著扭晶區87的成長，直徑資訊與上升垂直距離的資訊 都輸入到PLC 63中。利直徑變化量以及長度變化量，以公 式計算出角度<9 Θ =tan_1(2AL/AD) 其中AL是長度變化量，ad是直徑變化量。 參閱圖4 ’依據所計算出來的角度而進行的控制很容易 變成不穩定’但是如果使用反比率（亦即A D/2 a l而非2 △ L/ A D)時，控制會較順利。此外，直徑量測變動會讓△ D變 成零，造成未定義的狀況。依據本發明，pLC 63直行控制 常式，保持量測拉晶斜率到接近或是在目標斜率上。給定 直徑的目標斜率是從圖4所示的斜率函數中計算出來的。 該函數包含指數與線性成分，並表示成 Θ (D)=( Θ i-b)e-D/A +mD+b 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

其中θ =拉晶斜率角度；D =拉晶直徑；λ=指數成分的衰 減常數；m與b是線性成分的斜率與截距。給定曲線上的 三個點’亦即（Dh Θ 〇，（Dmin，Θ min)與（Df，沒f)，以及；I，可 以解出m與b，並完成整個程式的計算。需要斜率函數中 的扣數成分，因爲拉晶區形狀會反應到指數形狀之拉出速 率中的步階變化，如Kim等人的文章所提，” c〇mputer Simulation and Controlled Growth of Large Diameter CZ Silicon Crystals1' J. Electrochem. Soc. : SOLID-STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY ’ pp· 1156-60 (May 1983)。在拉晶區 87 的主動 控制時’調節拉出速率必須更自然的符合指數形狀。在圖 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1240770 A7 B7 五、發明說明（12) 4中，從點（Dl，Θ 〇到點（Dmin，β _)的曲線部分較像指數曲 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線’而從點（Dmm，β mm)到點（Df，~ f)的曲線部分較像線性曲 線。 在某些傳統的長晶製程中，晶體驅動單元47依據預設的 速度分佈，從熔融矽29中拉出單晶晶體31的拉晶部分。該 速率分佈是在晶體”配方”中所設定的，常稱作”鎖住，，或，， 固定”晶種上升。相反的，傳統的索克雷斯基長晶製程通 常會改變晶種上升或拉出速率，以便控制成長晶體31的本 體晶體直徑。熟知該技術領域的人士 了解到，增加拉出速 率會k成晶體直徑的減少，而減少拉出速率會造成晶體直 徑的增加。而且還知道，增加矽源熔融體14的溫度，會減 少晶體直徑，而降低矽源熔融體14的溫度，會增加晶體直 徑。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 優點是，本發明的較佳實施例牽涉到預設溫度分佈，但 當晶體31的拉晶區87在成長時，並不調節拉出速率。圖$ 疋控制迴路93的方塊圖，顯示出依據圖4的拉晶斜率分佈 θ (D)，對長晶過程的控制。如上所述，pLC 63接收與成長 晶體31直徑以及長度有關的資訊。在本實施例中，視覺系 統79與編碼器75分別提供膺體直徑與長度的資訊。基於這 些資訊’ PLC 63計算出量測拉晶斜率β，當作是直徑與長 度變化量（亦即的函數。既然基於所計算 角度的控制很容易變得不穩定，控制迴路93使用量測斜率 的倒數，當作製程變數，對應到特定位置上拉晶區87的斜 率。 ____ -15- 297公釐） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 1240770 A7 _____ B7 五、發明說明（13) 如圖5所示，正比積微分（PID)控制迴路95會在接線97上 接收到錯誤信號。該錯誤信號代表所需拉晶斜率的倒數或 目標拉晶斜率（亦即設定點）的倒數以及實際拉晶斜率（亦 即製程變數）的倒數之間的差額大小。此時，量測出拉晶 區87的斜率，並比較拉晶區87的斜率以及從圖4函數而來 的預設點。斜率PID迴路95在接線99上輸出拉出速率校正 値，以便對從特定長晶配方中得到的拉出速率進行調節。 因此，調節拉出速率而讓拉晶區87符合該功能，並將量測 到的拉晶斜率接近目標斜率。 從上述中可以看出來，已經達成本發明的一些目的，並 得到較佳的結果。 ^ ' 因爲不偏離本發明範圍之内，上述結構與方法都可以有 不同的改變，所以上述説明中所有内容以及相關圖式，都 只是説明性的而非限定性的。 -----------1 --------訂 ---------—^wi (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

Claims (1)

1. I2407gft91G64G8 號專利中請案—一 -· · 中文申請專利範圍替換^移4年5^f 申請專利範圍 1 ·種总合長晶裝置以依據索克雷斯基長晶製程長出半 導體單晶的控制方法，該長晶裝置具有一加熱掛場， 包含有半導體炫融液，從該溶融液中長出晶體，該晶 體是在從熔融液中拉出的晶種上長出，該方法包括以 下步驟： 、目“拉出速率，將晶體從溶融液中拉出，該目標拉 出速率大致上是依照起始速率分佈，用來長出晶體的 拉晶區； 里測晶體拉晶區的斜率，該量測拉晶斜率是在拉出晶 體拉晶區中，相對於晶體長度變化量的晶體直徑變^ 量的函數； 界定出目標拉晶斜率； 產生錯疾#號，以作為量測拉晶斜率與目標拉晶斜率 之間差額的函數； 凋即拉出速率，以作為錯誤信號的函數，俾降低量測 拉晶斜率與目標拉晶斜率之間的差額；以及 -"、 以碉節過的目標拉出速率，將晶體從熔融液中拉出， 進而改乂日日重拉晶區的量測斜率，以控制晶體成長。 2.如申請專利範圍第丨項之方法，進一步包心該錯誤信 號，進行正比積微分（PID)控制，並產生拉出速率校正 值，當作函數來用，其中調節拉出速率的步騾包括依 據拉出速率校正值，調節拉出速率。 本紙張尺度適^國家標準(CNS) A4“(21〇X 297公嫠） 裝 訂 線 1240770

   4 如申請專利範圍第2項之 控制的製程變數，當作量、步包括疋義出PID 義出-組™控制點，當作^日:率的反函數’並定 山·、*丄、 作目“拉晶斜率的反函數，並 該#誤信號的步驟，包括產生錯誤…乍 製程變數與該組控制點之間差額的函數。 田作 如申請專利範圍第1項之 徑以及晶體長度的步驟 作函數來用。 万法，進一步包括量測晶體直 ’並定義出量測拉晶斜率，當 5·如申請專利範圍第丨項之方 進步包括依據預設爲 融加熱器電力分佈，對兮w my 了成坩堝進行加熱的步驟。 6·如申請專利範園第5項之方法，進-步包括調節炫化办 熱器的電力，以反應從預設拉出速率目標分饰中的扫 出速率之錯誤資訊。 -種結纟長晶|置以依據索克雷斯基製程成長出半導 體單晶的控制系統，該長晶裝置具有包含成長出晶體 的半導體熔融液的加熱坩堝，利用晶體驅動單元，將 種晶由半導體熔融液中拉出，使得種晶上成長出該晶 體，該控制系統包括： 一記憶體，儲存給成長出晶體拉晶區用的起始速率分 佈’並儲存拉晶區的斜率，該晶體驅動單元依據速率 分佈中的目標拉出速率，從熔融液中拉出成長晶體； 一控制器，接收並反應到拉出晶體的拉晶區時，代表 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐I~ --—___ 裝 訂 線 1240770

   ，該控制器： 以作為相對於晶體長度變 晶體直徑以及晶體長度的資訊 計算出拉晶區斜率量測值， 化量的晶體直徑變化量的函數 產生錯誤訊號，以作為拉晶區斜率量 區斜率之間差距的函數； 測值與目標拉 曰田 提供拉出速率校正給晶體喷 w 一 把驅動早兀，以作為錯誤信费 勺函數’该晶體驅動單元依 平兀依據拉出速率校正，調節秦 出速率，，，以降低拉晶區斜率量測值與目標拉晶區斜辞 裝 《間的i距，進而依據拉晶區斜率來控制晶體拉晶屋 的成長。 8 ·如申請專利範圍第7項之手絲， 一 ^< 乐統，其中控制器包含一在錯 訂 誤信號上的一正比積微分（PID)_，該ρι〇控制產生 拉出速率校正，以當作錯誤信號的函數。 線 9·如申請專利範圍第8項之系統，其中piD控制具有一製 程變數，定義為量測拉晶斜率的反函數，以及一設定 點，定義為目標拉晶斜率的反函數，以及其中錯誤俨 號表示製程變數及設定點之間的差異。 1〇·如申請專利範圍第7項之系統，其中長晶裝置包含—加 熱器用以加熱坩鍋，該加熱器依據預設熔化加熱器電 力分佈以回應用以加熱坩鍋之控制器。 11.如申請專利範圍第10項之系統，其中熔化加熱器電力 被_節以回應從預設拉出速率目標分佈中拉出速率之 -3 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1240770 A8 B8

   錯誤資訊。 12.:種結合長晶裝置以依據 導體單晶的控制方法，, 包含有半導體熔融液，從 體是在從熔融液中拉出的 下步驟： 索克雷斯基長晶製程長出半 長晶裝置具有一加熱姑塥， 該熔融液中長出晶體，該晶 晶種上長出，該方法包括以 乂目栝奴出速率，將晶體從熔融液中拉出，該目標拉 出速率是依照起始速率分佈，用來長出晶體的拉晶 區； 置測晶體拉晶區的斜率，該量測拉晶斜率是在拉出晶 體拉晶區+ ’相對於晶體長度變化量的晶體直徑變化 I的函數並定義如下： ^=tan ^lAL/AD) 其中0是里測拉晶斜率；是長度變化量；以及 是直徑變化量； 定義出目標拉晶斜率； 產生錯誤信號’以作為量測拉晶斜率與目標拉晶斜率 之間差額的函數； 調節拉出速率，以作為錯誤信號的函數，俾降低量測 拉晶斜率與目標拉晶斜率之間的差額；以及 以調節過的目標拉出速率，將晶體從熔融液中拉出， 進而改變晶體拉晶區的量測斜率，以控制晶體成長。 -4 - 本紙ftc尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 1240770 A8 B8 C8

   下步驟： 罝以依據索克雷斯基長晶製程長出半 方法，該長晶裝置具有一加熱坩堝， 融液，從該熔融液中長出晶體，該晶 中拉出的晶種上長出，該方法包括以

   將晶體從熔融液中拉出，該目標拉 速率分佈，用來長出晶體的拉晶 置測晶體拉晶區的斜率，該量測拉晶斜率是在拉出晶 體拉晶區中’相對於晶體長度變化量的晶體直徑變化 量的函數； 藉由一具有一般指數成分及一般線性成分之函數來定 義出目標拉晶斜率； 產生錯誤信號’以作為量測拉晶斜率與目標拉晶斜率 之間差額的函數； 調節拉出速率，以作為錯誤信號的函數，·俾降低量測 拉晶斜率與目標拉晶斜率之間的差額；以及 以調節過的目標拉出速率，將晶體從熔融液中拉出， 進而改變晶體拉晶區的量測斜率，以控制晶體成長。 14.如申請專利範圍第1 3項之方法，其中該目標拉晶斜率 為： 0(D)=(0i-b)e'D/A+mD+b 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公萱) 1240770 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 其中0 i二拉晶斜率角度；D =拉晶直徑；λ =指數成分 的衰減常數；m與b分別是該函數中線性成分的斜率與 截距。 15· —種結合長晶裝置以依據索克雷斯基製程成長出半導 體單晶的控制系統，該長晶裝置具有包含成長出晶體 的半導體溶融液的加熱坩堝，利用晶體驅動單元，將 種晶由半導體熔融液中拉出，使得種晶上成長出該晶 體，該控制系統包括： 一記憶體’儲存給成長出晶體拉晶區用的起始速率分 佈，並儲存拉晶區的斜率，該晶體驅動單元依據速率 分佈中的目標拉出速率，從熔融液中拉出成長晶體； 控制器’接收並反應到拉出晶體的拉晶區時，代表 曰田體直徑以及晶體長度的資訊，該控制器： 计算出拉晶區斜率量測值，以作為相對於晶體長度變 化量的晶體直徑變化量的函數該拉晶區斜率被定義為 0=tan-l(2AL/AD) 其中Θ是量測拉晶斜率；是長度變化量；以及Δ〇 是直徑變化量； 產生錯成吼號’以作為拉晶區斜率量測值與目標拉晶 區斜率之間差距的函數； 提供拉出速率校正給晶體驅動單元，以作為錯誤信號 的函數’該晶體驅動單元依據拉出速率校正，調節拉 -6 - t紙張尺度適财國國家$(CNS) M規格(2ΐ〇χ撕公^----- 1240770 - C8 D8 六、申請專利範圍 出速率，以降低拉晶區斜率量測值與目標拉晶區斜率 之間的差距，進而依據拉晶區斜率來控制晶體拉晶區 的成長。 16. —種結合長晶裝置以依據索克雷斯基製程成長出半導 體單晶的控制系統，該長晶裝置具有包含成長出晶體 的半導體熔融液的加熱坩堝，利用晶體驅動單元，將 種晶由半導體熔融液中拉出，使得種晶上成長出該晶 體，該控制系統包括： 一記憶體，儲存給成長出晶體拉晶區用的起始速率分 佈，並儲存拉晶區的斜率，該晶體驅動單元依據速率 分佈中的目標拉出速率，從熔融液中拉出成長晶體； '一控制器，接收並反應到拉出晶體的拉晶區時’代表 晶體直徑以及晶體長度的資訊，該控制器： 計算出拉晶區斜率量測值，以作為相對於晶體長度變 化量的晶體直徑變化量的函數該拉晶區斜率被一函數 所定義，該函數具有一般指數成分及一般線性成分； 產生錯誤訊號，以作為拉晶區斜率量測值與目標拉晶 區斜率之間差距的函數； 提供拉出速率校正給晶體驅動單元，以作為錯誤信號 的函數，該晶體驅動單元依據拉出速率校正，調節拉 出速率，以降低拉晶區斜率量測值與目標拉晶區斜率 之間的差距，進而依據拉晶區斜率來控制晶體拉晶區 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1240770 - C8 D8六、申請專利範圍 的成長。 Π.如申請專利範圍第1 6項之系統，其中該目標拉晶斜率 為： 0(D)=(0i.b)e-D/A+mD+b 其中0 i =拉晶斜率角度；D =拉晶直徑；；I =指數成分 的衰減常數；m與b分別是該函數中線性成分的斜率與 截距。 裝 訂 線 -8 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)