重掺砷硅单晶收尾方法及装置与流程

1.本发明属于重掺杂硅单晶生产技术领域，具体涉及一种重掺砷硅单晶收尾方法及装置。


背景技术：

2.在重掺单晶抛光片中，重掺砷硅单晶是最为理想的外延衬底材料，其市场需求不断增加。
3.直拉法生产重掺砷硅单晶过程中，常采用气相掺杂法，具体过程包括化料、掺杂、引晶、放肩、等径生长、收尾等。然而，在实际的生产与开发过程中，由于掺杂杂质砷的分凝系数较低，导致晶体的尾段电阻率会急剧下降，晶体中对应杂质浓度会快速上升。杂质浓度的快速上升导致晶体中的晶格畸变大大增加，晶体的尾段发生晶变，从而导致晶体合格率损失严重。
4.实践表明，通过调节收尾过程中的拉速及温度，有利于改善重掺砷硅单晶尾部发生晶变，导致尾部ng率高的状况。然而，现有技术中，对收尾过程中拉速及温度的调整多依赖于技术人员经验，主观随意性大，且重掺砷硅单晶尾部发生晶变的概率并不能得到有效控制。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种重掺砷硅单晶收尾方法及装置，以解决现有技术中存在的重掺砷硅单晶尾部容易发生晶变，导致尾部ng率高，晶棒良率低的技术问题。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.一种重掺砷硅单晶收尾方法，包括以下步骤：
8.a.获取等径结束后的埚跟比r；
9.b.计算理论拉速上调比例x，其中，x＝1/(1 r)；
10.c.获取调整间距δl，所述调整间距δl根据生产需求设定；
11.d.以理论拉速上调比例x，设定进入收尾时的单晶硅拉速，进入单晶收尾工序；
12.e.获取当前收尾长度l；
13.f.获取最近一次调整发生时的收尾长度l
n
,以及调整后的拉速上调比例x
n
；其中，收尾开始时的收尾长度l
n
＝0，收尾开始时的调整后的拉速上调比例为x；
14.g.判断l
‑
l
n
是否大于或等于δl；
15.h.如果l
‑
l
n
≥δl，则计算当前拉速上调比例x
n
，其中，x
n
＝x [l/δl
‑
1)]a,0<a≤10％；
[0016]
i.更新l
n
；
[0017]
重复步骤e～i，直至收尾结束。
[0018]
优选地，步骤c中，所述调整间距δl设定为10mm～30mm。
[0019]
优选地，所述重掺砷硅单晶收尾方法还包括以下步骤：
[0020]
j.获取收尾开始时的收尾温度t0＝a；其中，0<a≤0.8℃；
[0021]
k.在首次进行拉速调整时，调节收尾温度t1＝a b；其中，0.5℃≤b≤1.0℃；
[0022]
m.如果l
‑
l
n
≥δl，则计算当前收尾温度t
n
，其中，t
n
＝t
n
‑1 t
n
‑2；t
n
‑1为上一次调整后的收尾温度；t
n
‑2为上二次调整后的收尾温度；
[0023]
n.重复步骤m，直至收尾结束。
[0024]
优选地，所述重掺砷硅单晶收尾方法还包括以下步骤：
[0025]
j.获取收尾开始时的收尾温度t0＝a；其中，0<a≤0.8℃；
[0026]
p.如果l
‑
l
n
≥δl，则计算当前收尾温度t
n
，其中，t
n
＝λ1l3 λ2l2 λ3l a，其中，λ1、λ2、λ3为常数。
[0027]
优选地，步骤p中，通过以下步骤获取λ1、λ2、λ3：
[0028]
p1.以预设温度参数进行收尾，获取成功收尾的重掺砷硅单晶晶棒；
[0029]
p2.测量重掺砷硅单晶晶棒尾部发生突变处的收尾长度，及获取该突变处对应的收尾温度；
[0030]
p3.对突变处的收尾温度进行调整，并采用调整后的收温度进行收尾；
[0031]
p4.重复步骤p2与p3，直至重掺砷硅单晶晶棒的尾部平滑；
[0032]
p5.拟合调整后的收尾温度与收尾长度的方程，得到λ1、λ2、λ3。
[0033]
一种重掺砷硅单晶收尾装置，电性连接单晶炉的中央控制器，包括：
[0034]
第一获取模块，用于获取等径结束后的埚跟比r；
[0035]
第一计算模块，用于计算理论拉速上调比例x，其中，x＝1/(1 r)；
[0036]
第二获取模块，用于获取调整间距δl，所述调整间距δl根据生产需求设定；
[0037]
拉速设定模块，用于以理论拉速上调比例x，设定进入收尾时的单晶硅拉速，进入单晶收尾工序；
[0038]
第三获取模块，用于获取当前收尾长度l；
[0039]
第四获取模块，用于获取最近一次调整发生时的收尾长度l
n
,以及调整后的拉速上调比例x
n
；其中，收尾开始时的收尾长度l
n
＝0，收尾开始时的调整后的拉速上调比例为x；
[0040]
判断模块，用于判断l
‑
l
n
是否大于或等于δl；
[0041]
第二计算模块，如果l
‑
l
n
≥δl，则计算当前拉速上调比例x
n
，其中，x
n
＝x [l/δl
‑
1)]a,0<a≤10％；
[0042]
更新模块，更新l
n
。
[0043]
优选地，所述重掺砷硅单晶收尾装置还包括：
[0044]
第五获取模块，用于获取收尾开始时的收尾温度t0＝a；其中，0<a≤0.8℃；
[0045]
首次温度调节模块，用于在首次进行拉速调整时，调节收尾温度t1＝a b；其中，0.5℃≤b≤1.0℃；
[0046]
第一收尾温度计算模块，用于当l
‑
l
n
≥δl时，计算当前收尾温度t
n
，其中，t
n
＝t
n
‑1 t
n
‑2；t
n
‑1为上一次调整后的收尾温度；t
n
‑2为上二次调整后的收尾温度。
[0047]
优选地，所述重掺砷硅单晶收尾装置还包括：
[0048]
第二收尾温度计算模块，用于当l
‑
l
n
≥δl时，计算当前收尾温度计算当前收尾温度t
n
，其中，t
n
＝λ1l3 λ2l2 λ3l a，其中，λ1、λ2、λ3为常数。
[0049]
由上述技术方案可知，本发明提供了一种重掺砷硅单晶收尾方法及装置，其有益
效果是：根据等径结束后的埚跟比，首先计算理论拉速上调比例x，以该理论拉速上调比例调节进入收尾时的单晶拉速，进行收尾工序。收尾过程中，根据收尾长度，计算拉速上调比例x，逐级调大单晶拉速，直至收尾结束。实践表明，通过本发明提供的重掺砷硅单晶收尾方法能够有效替代人工主观调整，降低劳动强度，减缓重掺砷硅单晶收尾过程对技术人员的主观依赖。同时，采用本发明提供的重掺砷硅单晶收尾方法能够有效降低重掺砷硅单晶晶棒的尾部ng率，提高重掺砷硅单晶晶棒的良率，收尾ng率由传统技术人员进行调整的45％降低至15％，减少硅原料损失，降低生产成本。
附图说明
[0050]
图1是重掺砷硅单晶收尾装置的流程框图。
[0051]
图2是改善前重掺砷硅单晶的尾部形状。
[0052]
图3是一实施例中，改善后重掺砷硅单晶的尾部形状。
[0053]
图4是又一实施例中，改善后重掺砷硅单晶的尾部形状。
具体实施方式
[0054]
以下结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
[0055]
请参看图1，一具体实施方式中，一种重掺砷硅单晶收尾方法，包括以下步骤：
[0056]
s10.获取等径结束后的埚跟比r。
[0057]
s20.计算理论拉速上调比例x，其中，x＝1/(1 r)。
[0058]
埚跟比r为单晶生长过程中，埚升速率cl(坩埚向上升起的速度)与单晶拉速sl的比值，即：r＝cl/sl。
[0059]
进入收尾后坩埚速度停止，为保证由等径过程顺利过渡至收尾过程，则进入收尾工序时的单晶拉速sl＇应该与等径结束后的单晶拉速sl与埚升速率cl之和，即sl＇＝sl cl＝x
·
sl。可计算理论拉速上调比例x＝1/(1 r)。
[0060]
s30.获取调整间距δl，所述调整间距δl根据生产需求设定。
[0061]
根据生产需求，设定调整间距δl，调整间距δl是指每间隔δl的距离，对收尾过程中的单晶拉速、温度进行一次调整，以避免调整过于频繁，导致收尾失败，或由于调整频次不足，导致尾部不规整，发生断裂。作为优选，所述调整间距δl设定为10mm～30mm。
[0062]
s40.以理论拉速上调比例x，设定进入收尾时的单晶硅拉速，进入单晶收尾工序。
[0063]
s50.获取当前收尾长度l。
[0064]
s60.获取最近一次调整发生时的收尾长度l
n
,以及调整后的拉速上调比例x
n
；其中，收尾开始时的收尾长度l
n
＝0，收尾开始时的调整后的拉速上调比例为x。
[0065]
s70.判断l
‑
l
n
是否大于或等于δl；
[0066]
s80.如果l
‑
l
n
≥δl，则计算当前拉速上调比例x
n
，其中，x
n
＝x [l/δl
‑
1)]a,0<a≤10％；
[0067]
s90.更新l
n
；
[0068]
s100.重复步骤s50～s90，直至收尾结束。
[0069]
也就是说，在单晶收尾的过程中，由单晶炉系统直接获取或通过视镜测量获取当
前收尾长度l，每间隔一段调整间距δl，依据x
n
＝x [l/δl
‑
1)]a,0<a≤10％，对当前收尾过程中的单晶拉速进行一次调整。
[0070]
值得说明的是，a的取值与调整间距δl具有正相关性，调整间距δl取值越小，a值需取值越小；调整间距δl取值越大，a值需取值越大。
[0071]
实践表明，通过本发明提供的重掺砷硅单晶收尾方法，实现对重掺砷单晶收尾的自动控制，有效替代人工主观调整，降低劳动强度，减缓重掺砷硅单晶收尾过程对技术人员的主观依赖。同时，采用本发明提供的重掺砷硅单晶收尾方法能够有效降低重掺砷硅单晶晶棒的尾部ng率，提高重掺砷硅单晶晶棒的良率，收尾ng率由传统技术人员进行调整的45％降低至15％，减少硅原料损失，降低生产成本。
[0072]
为进一步降低重掺砷硅单晶晶棒的尾部ng率，一实施例中，所述重掺砷硅单晶收尾方法还包括以下步骤：
[0073]
s110.获取收尾开始时的收尾温度t0＝a；其中，0<a≤0.8℃。
[0074]
s120.在首次进行拉速调整时，调节收尾温度t1＝a b；其中，0.5℃≤b≤1.0℃。
[0075]
s130.如果l
‑
l
n
≥δl，则计算当前收尾温度t
n
，其中，t
n
＝t
n
‑1 t
n
‑2；t
n
‑1为上一次调整后的收尾温度；t
n
‑2为上二次调整后的收尾温度；
[0076]
s140.重复步骤s130，直至收尾结束。
[0077]
也就是说，在重掺砷硅单晶晶棒收尾过程中，在调整单晶拉速时，同时对收尾温度进行调整。收尾温度的调整按照以下规则：t
n
＝t
n
‑1 t
n
‑2；t
n
‑1为上一次调整后的收尾温度；t
n
‑2为上二次调整后的收尾温度。即，第二次调整时，t2＝t0 t1＝2a b，第三次调整时，t3＝t1 t2＝3a 2b，依次类推，直至收尾结束。
[0078]
参看图2与图3，采用上述方法同时对重掺砷硅单晶晶棒收尾过程中的单晶拉速和收尾温度进行调整，不仅实现重掺砷硅单晶晶棒收尾过程的自动控制，大幅度降低重掺砷硅单晶晶棒的尾部ng率，提高重掺砷硅单晶晶棒的良率，而且得到的重掺砷硅单晶晶棒尾部呈锥形，表面光滑，几乎没有明显的凸起或凹陷，降低了重掺砷硅单晶晶棒尾部断裂的概率。
[0079]
又一实施例中，所述重掺砷硅单晶收尾方法还包括以下步骤：
[0080]
s110.获取收尾开始时的收尾温度t0＝a；其中，0<a≤0.8℃；
[0081]
s150.如果l
‑
l
n
≥δl，则计算当前收尾温度t
n
，其中，t
n
＝λ1l3 λ2l2 λ3l a，其中，λ1、λ2、λ3为常数。
[0082]
也就是说，通过拟合收尾长度与收尾温度的函数曲线，通过获取收尾长度，对收尾温度进行实时调整。
[0083]
进一步地，步骤s150中，通过以下步骤获取λ1、λ2、λ3：
[0084]
s151.以预设温度参数进行收尾，获取成功收尾的重掺砷硅单晶晶棒；
[0085]
s152.测量重掺砷硅单晶晶棒尾部发生突变处的收尾长度，及获取该突变处对应的收尾温度；
[0086]
s153.对突变处的收尾温度进行调整，并采用调整后的收温度进行收尾；
[0087]
s154.重复步骤p2与p3，直至重掺砷硅单晶晶棒的尾部平滑；
[0088]
s155.拟合调整后的收尾温度与收尾长度的方程，得到λ1、λ2、λ3。
[0089]
一并参看图4，采用上述方法同时对重掺砷硅单晶晶棒收尾过程中的单晶拉速和
收尾温度进行调整，不仅实现重掺砷硅单晶晶棒收尾过程的自动控制，大幅度降低重掺砷硅单晶晶棒的尾部ng率，提高重掺砷硅单晶晶棒的良率，而且得到的重掺砷硅单晶晶棒尾部呈锥形，表面光滑，几乎没有明显的凸起或凹陷，降低了重掺砷硅单晶晶棒尾部断裂的概率。
[0090]
本发明的一具体实施方式中，还提供一种重掺砷硅单晶收尾装置，该重掺砷硅单晶收尾装置电性连接单晶炉的中央控制器，用于从单晶炉的中央控制器中获取必要数据，并能够接收技术人员输入的设定数据，计算出当前拉速或收尾温度，并反馈给单晶炉的中央控制器，进行重掺砷硅单晶收尾作业。
[0091]
所述重掺砷硅单晶收尾装置包括：
[0092]
第一获取模块，用于获取等径结束后的埚跟比r；
[0093]
第一计算模块，用于计算理论拉速上调比例x，其中，x＝1/(1 r)；
[0094]
第二获取模块，用于获取调整间距δl，所述调整间距δl根据生产需求设定；
[0095]
拉速设定模块，用于以理论拉速上调比例x，设定进入收尾时的单晶硅拉速，进入单晶收尾工序；
[0096]
第三获取模块，用于获取当前收尾长度l；
[0097]
第四获取模块，用于获取最近一次调整发生时的收尾长度l
n
,以及调整后的拉速上调比例x
n
；其中，收尾开始时的收尾长度l
n
＝0，收尾开始时的调整后的拉速上调比例为x；
[0098]
判断模块，用于判断l
‑
l
n
是否大于或等于δl；
[0099]
第二计算模块，如果l
‑
l
n
≥δl，则计算当前拉速上调比例x
n
，其中，x
n
＝x [l/δl
‑
1)]a,0<a≤10％；
[0100]
更新模块，更新l
n
。
[0101]
优选地，所述重掺砷硅单晶收尾装置还包括：
[0102]
第五获取模块，用于获取收尾开始时的收尾温度t0＝a；其中，0<a≤0.8℃；
[0103]
首次温度调节模块，用于在首次进行拉速调整时，调节收尾温度t1＝a b；其中，0.5℃≤b≤1.0℃；
[0104]
第一收尾温度计算模块，用于当l
‑
l
n
≥δl时，计算当前收尾温度t
n
，其中，t
n
＝t
n
‑1 t
n
‑2；t
n
‑1为上一次调整后的收尾温度；t
n
‑2为上二次调整后的收尾温度。
[0105]
优选地，所述重掺砷硅单晶收尾装置还包括：
[0106]
第二收尾温度计算模块，用于当l
‑
l
n
≥δl时，计算当前收尾温度计算当前收尾温度t
n
，其中，t
n
＝λ1l3 λ2l2 λ3l a，其中，λ1、λ2、λ3为常数。
[0107]
关于重掺砷硅单晶收尾装置的具体限定可以参见上文中对于重掺砷硅单晶收尾方法的限定，在此不再赘述。上述重掺砷硅单晶收尾装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0108]
值得说明的是，上述重掺砷硅单晶收尾装置可以是集成在单晶炉的控制器上的集成电路，也可以是与单晶炉的控制器并列设置的微处理器。
[0109]
一并参看图2至图4，以下通过具体实施例，进一步说明本发明的技术方案及技术效果。值得说明的是，以下具体实验例均采用汉虹2408sr单晶炉，以气相掺杂的方式，生产8
吋重掺砷硅单晶。本发明实验例中，未特别限定的工艺参数，均采用本领域技术人员可以获取的一般意义的参数。
[0110]
未加强调时，以下实验例同一工艺过程，均以平行设置的10台汉虹2408sr单晶炉，生产2个批次(即总计拉制20个晶棒)作为统计背景基数。
[0111]
对比例一
[0112]
等径工序结束后，按照既定的单晶拉速、收尾温度进入收尾工序，期间，每间隔一段时间，人为对单晶拉速、收尾温度进行干预，提高单晶拉速、提高收尾温度，直至收尾结束。
[0113]
通过人工干预重掺砷硅单晶的收尾过程，不仅需要浪费较大的人力物力，而且重掺砷硅单晶晶棒尾部发生晶变，导致ng的概率约为45％，得到的掺砷硅单晶晶棒尾部形状如图2，晶棒尾部形状不统一，有较为明显的突变，容易断裂。
[0114]
实验例一
[0115]
等径工序结束后，获取埚跟比r及等径结束后的温度a，计算理论拉速上调比例x，x＝1/(1 r)，以该理论拉速上调比例x，上调拉速，进入收尾。
[0116]
收尾过程中，检测收尾长度(收尾长度一般要大于晶棒直径的1.0倍，以8寸单晶棒为例，收尾长度为210mm左右)，每间隔调整间距δl＝30mm进行一次调整，将单晶拉速上调为sl
·
x
n
,其中，x
n
＝x [l/δl
‑
1)]
·
5％，例如，第二次调整时，x2＝x 5％，第三次调整时，x3＝x 2
·
5％，依次类推。将温度调整为t
n
＝t
n
‑1 t
n
‑2，其中，t1＝a，t2＝a 1，t3＝2a 1，t4＝3a 2，依次类推，直至收尾结束。
[0117]
通过上述调整，实现了重掺砷硅单晶的收尾过程的自动控制，且重掺砷硅单晶晶棒尾部发生晶变，导致ng的概率降低至15％左右。如图3所示，得到的掺砷硅单晶晶棒尾部光滑，多根晶棒尾部形状统一，没有较为明显的突变，重掺砷硅单晶晶棒尾部断裂率显著降低。
[0118]
实验例二
[0119]
等径工序结束后，获取埚跟比r及等径结束后的温度a，计算理论拉速上调比例x，x＝1/(1 r)，以该理论拉速上调比例x，上调拉速，进入收尾。
[0120]
收尾过程中，检测收尾长度(收尾长度一般要大于晶棒直径的1.0倍，以8寸单晶棒为例，收尾长度为210mm左右)，每间隔调整间距δl＝30mm进行一次调整，将单晶拉速上调为sl
·
x
n
,其中，x
n
＝x [l/δl
‑
1)]
·
5％，例如，第二次调整时，x2＝x 5％，第三次调整时，x3＝x 2
·
5％，依次类推。对单晶拉速进行调整时，将收尾温度调整为t
n
＝0.00001l3 0.0014l2 0.15l a，直至收尾结束。
[0121]
通过上述调整，实现了重掺砷硅单晶的收尾过程的自动控制，且重掺砷硅单晶晶棒尾部发生晶变，导致ng的概率降低至15％左右。如图4所示，得到的掺砷硅单晶晶棒尾部光滑，多根晶棒尾部形状统一，没有较为明显的突变，重掺砷硅单晶晶棒尾部断裂率显著降低。
[0122]
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。