[发明专利]一种采用直径法控制区熔晶体自动生长方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及区熔硅单晶的生产方法及设备，尤其涉及一种采用直径法控制区熔晶体自动生长方法及系统。

背景技术

目前，采用区熔法生产硅单晶主要利用人工拉晶的方法。区熔法生长晶体的工艺过程主要由预热及化料、引颈和细颈生长、放肩、等径生长、收尾等组成。现在区熔法这五个工艺段中基本采用的是人工方式，而人工拉晶的缺点很显著：1)大直径单晶生长时，人工拉晶时间过长，大直径单晶量产难度大；2)晶体生长中，人为影响因素较大，晶体的生长过程难以控制；3)单晶质量把握性差，人工拉晶不能够保证生产出的每一个区熔单晶都具备相同的质量。

由于国内尚无区熔晶体自动生长技术方面的研究，因此，非常有必要开发出一套区熔法硅单晶自动生长方法和系统。随着计算机技术及电子技术的发展,近十年来已经具备了较好的激光测距摄像技术及精良的自动控制技术，因此，通过采取先进的技术手段，实现区熔法硅单晶自动生长是完全可行的。这可以杜绝人为因素的影响，大幅提高区熔法的单晶生长效率及品质水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用直径法控制区熔晶体自动生长方法及系统，该方法采用的是直径控制技术。

由于区熔法在单晶生长引颈和放肩过程的初期，生长情况及控制较为复杂，很难通过计算机的控制来实现，所以区熔法的自动生长控制主要针对放肩和保持生长过程。而单晶区熔法晶体自动生长的实现就是让晶体按照设定的形状生长。一般区熔拉晶过程中采用晶体的生长速率R_growth来控制晶体生长的形状，如下式所示：R_growth= D_crystal -（V_upper/ V_lower）^1/2 *D_poly   其中，V_upper, V_lower, D_poly , D_crystal分别代表多晶的下降速度，单晶的下降速度，多晶的直径及单晶的直径。同时为了能够保证成晶，在不同的直径时，相应的功率也要加以控制，比如单晶的直径小时，相应的功率要低些，单晶直径大时，功率相对要高些。

因此，对晶体生长形状的控制，主要应通过改变加热功率和拉速等方法来改变晶体的生长速度,从而控制晶体的生长直径。而在实际的生长控制中有五个参量需要加以控制，即单晶的下降速度，多晶的下降速度，发生器功率，单晶的旋转速度和多晶的旋转速度。

为了能够利用生长率控制单晶的生长形状，本方法采取用生长率来计算多晶的下降速度来控制单晶的生长，同时运用红外激光测距准确获取直径信息作为控制依据，其余的参量则采集一般直径范围内所需要的控制值。

为了能够达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种采用直径法控制区熔晶体自动生长方法，其特征在于，包括如下步骤：

（一）、设定生长区间和设置控制参数

设定多个自动放肩的单晶直径区间，设置每个单晶直径区间的参数选项，参数选项包括单晶的下降速度、发生器功率、单晶的旋转速度、多晶的旋转速度和单晶的生长速率，然后利用公式V_upper=[（D_crystal+R_growth）/D_poly]²_* V_lower计算出多晶的即时下降速度V_upper，式中V_upper为多晶的下降速度, V_lower为单晶的下降速度, D_poly为多晶的直径, D_crystal为单晶的直径，R_growth为单晶的生长速率，另外还要设置等径保持阶段的发生器功率；

（二）、自动放肩生长

经人工放肩后，当单晶直径大于50mm时，开通自动放肩程序，程序根据采集到的单晶直径数据判断直径位于哪个生长区间，然后调用该区间设置参数，根据设定的单晶的下降速度、发生器功率、单晶的旋转速度、多晶的旋转速度参数值完成上转伺服电机、下转伺服电机、下速伺服电机以及发生器功率的控制，根据计算的多晶的即时下降速度参数值完成上速伺服电机的控制，一个直径区间自动放肩生长完成后，程序进入下一个直径区间，接着调用下一个直径区间的设置参数直至最后一个直径区间，以此来实现控制各直径区间的自动放肩生长；

（三）、自动等径生长