[发明专利]用于锗单晶生长过程中的高精度温度控制方法及控制系统

说明书

技术领域

本发明属于半导体电子专用设备技术领域，涉及一种用于锗单晶生长过程中的高精度温度控制方法，本发明还涉及实现该温度控制方法所用的温度控制系统。

背景技术

由于受热场、熔料量以及坩埚内的温度等因素影响，所以，在晶体生长过程中，为了生长出高质量的晶体，按照工艺要求，对温度和提拉速度均有调整。温度变化趋势是先降温后升温，降温过程主要完成引晶、放肩直到要求的直径，而提拉速度仅是一个下降的过程。提拉速度下降，是因为晶体生长到后期，坩埚位置升高，液面位置保持不变，导致坩埚离加热中心位置越来越远，而坩埚内剩的料是越来越少，保温效果会减弱，这样就导致液面结晶处温度大幅降低，这时，尽管液面很平，横向温度梯度变化也不大，但纵向温度梯度却越来越小，而晶体生长的要求恰恰是横向温度梯度越小越好，纵向梯度越大越好。为了保证晶体的均匀性和晶格排列的正确性，也不能骤然提高拉速，这时，需要一个温度补偿，用温度补偿升高温度保持有合适的晶体生长结晶温度，即依靠适当的降低提拉速度和升高温度两方面来保证均匀一致的晶格排列，保证晶体的等直径要求。当然，降低拉速是一个非常缓慢且幅度非常小的过程，如果拉速波动太大，就会导致单晶晶格错位，重则使晶体变晶，形成多晶。

综上所述，晶格整齐，排列均匀的晶体依靠稳定均匀的拉速，而稳定均匀的拉速则是依靠结构合理的热场以及高精度、且稳定的温度控制效果来保证的，因此，温度控制系统在晶体生长过程中起着举足轻重、至关重要的作用。目前在制备过程中，对于温度控制是通过晶体生长控制器和温度控制器之间直接通讯的办法来实现的，即按照晶体生长的要求，由晶体生长控制器直接发送温度的目标值给温度控制器，该目标值一旦被修改，温度控制器就会根据实际的温度反馈信号值与新的温度目标设定值的偏差不断调整加热器的加热功率，进而达到按照要求调整加热炉内温度的目的，这样，晶体生长控制器和温度控制器之间就要求进行通讯，除增加了硬件成本外，还要保证二者之间的通讯一定要畅通，否则，通讯出错，温度目标设定值就不会按照晶体生长要求改变，温度补偿跟不上，就会出现晶体变形、质量下降。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于锗单晶生长过程中的高精度温度控制方法，克服现有技术在设备之间通讯可靠性不足的问题，能够精确实现调整加热炉内实际温度的目的。

本发明的另一目的是提供一种实现上述温度控制方法所用的控制系统，保证温补信号稳定、可靠的采集、处理，以及精确调整加热炉内实际温度的目的。

本发明所采用的一个技术方案是，一种用于锗单晶生长过程中的高精度温度控制方法，该方法按照以下步骤实施：采用一温补信号模块，由温补信号模块给出一个温补信号发送到晶体生长控制器，由晶体生长控制器对该温补信号进行数字滤波，得到温补原始信号；将温补原始信号发送到温补信号处理电路进行二次滤波以及隔离处理，得到处理后的温补信号；再将该处理后的温补信号与红外测温传感器测量的加热炉内的实际温度值反向串联进行叠加，得到叠加信号，将该叠加信号作为实际温度反馈送给温度控制器；温度控制器将叠加信号与温度目标设定值进行比较，得到温度差值，温度控制器再根据该温度差值的大小进行PID计算，如果温度控制器的温度目标设定值高于叠加信号，则温度控制器根据PID计算结果加大加热器的加热功率，使加热炉内的温度升高；如果温度控制器的温度目标设定值低于叠加信号，则温度控制器根据PID计算结果减小加热器的加热功率，使加热炉内的温度降低。

本发明所采用的另一技术方案是，一种前述温度控制方法所采用的温度控制系统，包括晶体生长控制器、温度控制器、加热器、红外测温传感器、温补信号模块、温补信号处理电路；所述的温补信号模块，用于产生温补信号，并将温补信号发送到晶体生长控制器；晶体生长控制器，用于进行数字滤波，得到温补原始信号，该温补原始信号发送到温补信号处理电路；温补信号处理电路，用于进行二次滤波以及隔离处理，得到处理后的温补信号，该处理后的温补信号与红外测温传感器测量的加热炉内的实际温度值反向串联，进行叠加，得到叠加信号，该叠加信号反馈给温度控制器；温度控制器，用于对叠加信号与温度目标设定值进行比较，得到温度差值，温度控制器并根据该温度差值进行PID计算，控制加热器加热功率，加热器用于调节加热炉内的实际温度。

本发明的方法实现了锗单晶生长过程中的高精度温度控制，该方法依赖的控制电路结构简单、成本低、且稳定可靠，使加热炉内实际温度满足拉晶工艺需要的温度要求。

附图说明

图1是本发明方法的温度控制原理框图；