单晶硅收尾控制方法与流程

专利2025-12-30  7


本发明涉及半导体,特别涉及一种单晶硅收尾控制方法。


背景技术:

1、晶棒是晶圆制作的主要原材料,目前晶棒主要是通过拉晶工艺制成。

2、以硅晶棒为例,拉晶是指通过长条单晶的硅种和液态熔融的硅液表面接触,同时长条单晶一边旋转一边缓慢地向上拉起,使得液态硅液结晶形成圆柱状的晶棒的过程。

3、拉晶等径工序完成后,晶棒晶体与液态硅液液面需要分离,在分离过程中,已生长的无位错单晶受到热冲击,其热应力大于硅临界应力时会产生位错,致使晶体失去完整单晶结构,故拉晶等径工序结束后都需要进行专门的收尾工艺,以使得晶体和液面慢慢脱开,避免已生成的单晶晶体受到热冲击而产生位错缺陷。

4、现有的拉晶收尾方式通常是通过调整晶棒的拉速实现晶棒尾部形状的控制。以硅晶棒为例,单晶硅的熔点大约为1420℃,晶棒生长出来后,温度从1420℃-600℃缓慢降低时,每当冷却到不同的温度区间时,会形成不同的缺陷。收尾时晶棒拉速的波动会导致晶棒尾部的温度波动,进而导致晶棒尾部等径部分产生缺陷单晶,即导致晶棒的缺陷长度占比较大。

5、因此,需要一种单晶硅收尾控制方法,以改善拉晶收尾时导致的晶棒缺陷区域过长的现象。


技术实现思路

1、本发明提供了一种单晶硅收尾控制方法,该控制方法采用恒拉速收尾并且实时调整收尾温度和埚跟比的方式实现对晶棒尾部的形状控制以及缺陷区域的控制。

2、所述单晶硅收尾控制方法,包括以下步骤:

3、设定收尾速度并设定晶棒收尾段的基础形状,以收尾速度匀速提拉晶棒;

4、检测收尾段的生成位置的实时收尾直径;

5、计算所述基础形状对应所述生成位置处的设定直径与所述实时收尾直径的直径偏差值,若所述直径偏差值超出直径偏差阈值范围,调整埚跟比和调整收尾温度以使得实时收尾直径趋近所述设定直径。

6、可选地,所述收尾速度与晶棒的等径圆柱段形成时的等径拉速相同。

7、可选地,所述基础形状配置为:随收尾段长度变长所述晶棒收尾段的直径线性变小。

8、可选地,通过以下步骤调整埚跟比:

9、若所述基础形状对应所述生成位置处的设定直径大于所述实时收尾直径,增大所述埚跟比;

10、若所述基础形状对应所述生成位置处的设定直径小于所述实时收尾直径,降低所述埚跟比。

11、可选地,通过pid算法基于所述直径偏差值计算所需要调整的埚跟比。

12、可选地,所述埚跟比的调整值通过以下公式计算:

13、

14、其中:

15、uc(t)为需要调整的埚跟比;

16、ec(t)为直径偏差值;

17、kc为比例系数;

18、τi为积分系数;

19、τd为微分系数;

20、t为时间变量。

21、可选地,还包括以下步骤:

22、设定基础液距,调整埚跟比后,计算实际液距与基础液距之间的液距偏差值,若所述液距偏差值超出所述液距偏差阈值范围,调整所述收尾温度。

23、可选地,调整所述收尾温度包括以下步骤:

24、若所述实时液距大于所述基础液距,则升高所述收尾温度;若所述实时液距小于所述基础液距,则降低所述收尾温度。

25、可选地,通过pid算法基于所述液距偏差值计算所需要调整的收尾温度。

26、可选地,所述收尾温度的调整值通过以下公式计算:

27、

28、其中:

29、us(t)为需要调整的收尾温度;

30、es(t)为液位偏差值;

31、kc为比例系数;

32、τi为积分系数;

33、τd为微分系数;

34、t为时间变量。

35、如此配置,上述的单晶硅收尾控制方法,采用恒拉速收尾并且结合埚跟比的调整和收尾温度的调整,以控制实时收尾直径趋近所述设定直径,在保证晶棒收尾段按照设定形状形成的同时,也保证晶棒的等径圆柱段靠近变径段(收尾段)位置处的的温度降温曲线更加平坦,温度波动不大,进而使得该位置处晶体结晶缺陷较少,使得整个晶棒的缺陷单晶的区域几乎与变径段(收尾段)重合,即将缺陷单晶限定在变径段(收尾段)所在区域内,等径圆柱段底部分几乎全部为完美单晶,大大提高了完美单晶的比例。



技术特征:

1.一种单晶硅收尾控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.如权利要求1所述的单晶硅收尾控制方法,其特征在于,所述收尾速度与晶棒的等径圆柱段形成时的等径拉速相同。

3.如权利要求1所述的单晶硅收尾控制方法,其特征在于,所述基础形状配置为:随收尾段长度变长所述晶棒收尾段的直径线性变小。

4.如权利要求1所述的单晶硅收尾控制方法,其特征在于,通过以下步骤调整埚跟比:

5.如权利要求4所述的单晶硅收尾控制方法,其特征在于,通过pid算法基于所述直径偏差值计算所需要调整的埚跟比。

6.如权利要求5所述的单晶硅收尾控制方法,其特征在于,所述埚跟比的调整值通过以下公式计算:

7.如权利要求1所述的单晶硅收尾控制方法,其特征在于,还包括以下步骤:

8.如权利要求7所述的单晶硅收尾控制方法,其特征在于,调整所述收尾温度包括以下步骤:

9.如权利要求8所述的单晶硅收尾控制方法,其特征在于,通过pid算法基于所述液距偏差值计算所需要调整的收尾温度。

10.如权利要求9所述的单晶硅收尾控制方法,其特征在于,所述收尾温度的调整值通过以下公式计算:


技术总结
本发明涉及半导体技术领域,提供了一种单晶硅收尾控制方法,包括以下步骤:设定收尾速度并设定晶棒收尾段的基础形状,以收尾速度匀速提拉晶棒;检测收尾段的生成位置的实时收尾直径;计算所述基础形状对应所述生成位置处的设定直径与所述实时收尾直径的直径偏差值,若所述直径偏差值超出直径偏差阈值范围,调整埚跟比和调整收尾温度以使得实时收尾直径趋近所述设定直径。上述的单晶硅收尾控制方法,可使得整个晶棒的缺陷单晶的区域几乎与变径段重合,即将缺陷单晶限定在变径段所在区域内,等径圆柱段底部分几乎为完美单晶,大大提高了完美单晶的比例。

技术研发人员:赵言,冯睿超,金光勳
受保护的技术使用者:上海新昇半导体科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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