專利名稱：在半導(dǎo)體晶體生長工藝中控制錐體生長的方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到改進用來制造電子元件的單晶半導(dǎo)體生長工藝的控制，確切地說，涉及到切克勞斯基晶體生長工藝中精確控制錐體生長的一種閉環(huán)方法與系統(tǒng)。
在形成晶體細(xì)頸后，典型的工藝用降低拉速和/或熔體溫度來增大生長晶體的直徑，直至達(dá)到所要的直徑。在補償熔體液面降低時控制拉速和熔體溫度，使得生長的晶體主體具有近似恒定的直徑(即，一般為圓柱狀)。在接近生長工藝終了但坩堝中的熔硅尚未用盡之前，工藝過程使晶體直徑逐漸減小而形成尾錐。典型地，尾錐是由增加晶體拉速和坩堝供熱而形成的。當(dāng)直徑變得足夠小時，晶體則與熔硅分離。在生長過程中，坩堝使熔體沿一個方向轉(zhuǎn)動，而晶體提升機構(gòu)使其拉晶鋼索或軸與籽晶和晶體一起沿相反方向轉(zhuǎn)動。
雖然目前采用的切克勞斯基生長工藝已滿足了各種廣泛應(yīng)用的單晶硅生長需要，但進一步的改進還是需要的。例如，一致的和可重復(fù)的籽晶-尾錐體狀將有助于保持一致的最大熱應(yīng)力值，在晶體生長初期有一致的熱傳輸，并改善直徑測量系統(tǒng)的可靠性。為此，希望控制錐體生長，使生長的錐體形狀可重復(fù)，以改善錐體的一致性和可重復(fù)性。
常規(guī)的錐體生長控制常包括用嘗試和誤差調(diào)節(jié)來控制熔體的加熱，作為選擇，例如通過根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度曲線來控制給定測量溫度(即，目標(biāo)溫度～錐體直徑)的控制方法來控制加熱。這里引入其全部公開作為參考的美國專利5,223,078號和4,973,377號描述了常規(guī)的錐體生長控制。
例如，Maeda等的美國專利5,223,078號講述了一種控制鄰近籽晶(即，錐體)的晶體圓錐部分生長的方法。這種方法要求在錐體生長期間主動測量和調(diào)節(jié)工藝變量。在Maeda的方法中，對熔體溫度和正在生長的晶體錐體直徑進行測量。計算直徑的變化率，將這一變化率與預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度和變化率值進行比較。然后根據(jù)目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)文件和目標(biāo)直徑變化率數(shù)據(jù)文件的已有數(shù)據(jù)再確定目標(biāo)溫度。加熱器的供電量則由比例積分微分(PID)控制器來控制，以得到正確目標(biāo)溫度。按照這種方式，Meada等試圖使錐體部分的長度做得盡量短。
Katsuoka等的美國專利4,973,377號描述了一種控制熔體溫度和坩堝轉(zhuǎn)速來控制錐體直徑的方法。在此方法中，坩堝轉(zhuǎn)速的控制范圍在錐體部分的直徑趨近于晶體的本體部分時變得較窄，而在生長本體部分時變?yōu)楹愣ā?br> 然而，這些辦法不能完全令人滿意。在美國專利5,223,078號中，告訴我們使用輻射測溫計作為控制熔體溫度的二次反饋。這種方法已做過嘗試，并且失敗了，因為在建立設(shè)備時輻射高溫計偶有阻塞，例如，SiO累積在輻射的視程上，而且高溫計的增益彼此有差異。除了這種相同的溫度控制方法外，美國專利4,973,377號講述了一種調(diào)節(jié)坩堝轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)熔體溫度的方法。調(diào)節(jié)坩堝轉(zhuǎn)速改變了熔體的徑向流速，因而引入了附加的控制動力學(xué)，可能使直徑的控制變得不穩(wěn)定。此外，坩堝轉(zhuǎn)速的改變使得坩堝壁處熔體中氧擴散層的厚度改變，調(diào)節(jié)坩堝轉(zhuǎn)速也將調(diào)節(jié)加入晶體的氧含量。由于氧的控制一般是客戶的指標(biāo)，不希望為控制錐體形狀而改變氧含量。反過來，希望控制錐體形狀而與氧濃度的調(diào)節(jié)無關(guān)。而且，這些專利講述的控制技術(shù)不能提供合適的錐體生長重復(fù)性。
為此，希望有一種控制錐體生長的方法與系統(tǒng)，包括預(yù)設(shè)的溫度曲線與調(diào)節(jié)拉速相結(jié)合來控制錐體生長而生長形狀可重復(fù)的錐體，以改善錐體的一致性和可重復(fù)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供控制和操作的改進方法與系統(tǒng)，滿足了上述需要，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。在本發(fā)明的幾個目的和特點中可注意到，提供這樣的方法與系統(tǒng)能使生長晶體的錐體部分形狀可重復(fù)；提供這樣的方法與系統(tǒng)能使錐體生長期間的最大熱應(yīng)力值保持一致；提供這樣的方法與系統(tǒng)能使本體生長的初期保持一致的熱傳遞；以及可有效和經(jīng)濟地實現(xiàn)這種方法，這種系統(tǒng)在經(jīng)濟上是可行的且商業(yè)上是實用的。
簡短地講，一種體現(xiàn)本發(fā)明各個方面的方法是與使用按照切克勞斯基工藝生長半導(dǎo)體單晶的設(shè)備相結(jié)合的。此設(shè)備有一含半導(dǎo)體熔體的加熱坩堝，晶體從熔體中生長在由熔體拉起的籽晶上。此方法包括從熔體中以目標(biāo)提拉速率拉制單晶，其目標(biāo)提拉速率基本上遵從生長晶體錐體部分的起始速度曲線。此方法也包括測量晶體錐體部分的斜率及確定目標(biāo)錐體斜率的步驟。測量的錐體斜率是在拉制晶體錐體部分期間晶體直徑相對于晶體長度變化而改變的函數(shù)。此方法還包括產(chǎn)生作為測量的錐體斜率與目標(biāo)錐體斜率之差的函數(shù)的誤差信號，調(diào)節(jié)作為誤差信號函數(shù)的提拉速率來減小測量的錐體斜率與目標(biāo)錐體斜率之差，并以調(diào)節(jié)的目標(biāo)提拉速率由熔體拉制單晶。按照這種方式，此方法改變晶體錐體部分的測量斜率來控制晶體生長。
一般說來，本發(fā)明的另一種形式是用來與按照切克勞斯基工藝生長半導(dǎo)體單晶的設(shè)備相結(jié)合的系統(tǒng)。此設(shè)備有一含半導(dǎo)體熔體的加熱坩堝，晶體生長在由晶體驅(qū)動單元從熔體拉起的籽晶上。此系統(tǒng)包含存儲器來儲存生長晶體錐體部分的起始速度曲線和目標(biāo)錐體斜率。晶體驅(qū)動單元以基本上遵從速度曲線的目標(biāo)提拉速率從熔體拉制單晶。此系統(tǒng)也包含控制器，它接收和響應(yīng)于在拉制晶體錐體部分期間代表晶體直徑和長度的信息?？刂破饔嬎阕鳛榫w直徑相對于晶體長度變化而改變的函數(shù)的測量的錐體斜率。控制器也產(chǎn)生作為測量的錐體斜率與目標(biāo)錐體斜率之差的函數(shù)的誤差信號，并向晶體驅(qū)動單元提供作為誤差信號函數(shù)的提拉速率修正值。晶體驅(qū)動單元根據(jù)提拉速率修正值調(diào)節(jié)提拉速率，以減小測量的錐體斜率與目標(biāo)錐體斜率之差。按照這種方式，此系統(tǒng)根據(jù)錐體斜率控制晶體錐體部分的生長。
作為替代，本發(fā)明可包括各種其他的方法與系統(tǒng)。
此后將逐步指出和明了其他的目的和特點。
圖2為

圖1系統(tǒng)控制單元的框圖。
圖3為從圖1的晶體生長設(shè)備所含的熔體拉制的半導(dǎo)體晶體錐體生長的局部側(cè)視圖。
圖4為說明錐體斜率作為晶體直徑函數(shù)的一個錐體斜率曲線θ(D)實例。
圖5為說明根據(jù)圖4的錐體斜率曲線θ(D)控制晶體生長工藝的框圖。
在各個圖中對應(yīng)的參考符號表示對應(yīng)的部分。
按照切克勞斯基單晶生長工藝，坩堝19裝有一定量的多晶硅。加熱器電源27通過電阻加熱器21供給電流，使裝入的原料熔融，于是，形成了由其拉制單晶31的硅熔體29。如技術(shù)上所知，單晶31從附在拉軸或鋼索37上的籽晶35開始生長。如圖1所示，單晶31和坩堝19一般具有同一對稱軸39。鋼索37的一端與滾筒(未示出)相連，而另一端與夾持籽晶35及由之生長的晶體31的夾具(未示出)相連。
在加熱和拉單晶期間坩堝驅(qū)動單元43使坩堝19轉(zhuǎn)動(例如，沿順時針方向)。坩堝驅(qū)動單元43在生長過程中也依需要而升降坩堝19。例如，坩堝驅(qū)動單元43隨熔體29的消耗而使坩堝升高，以使液面45保持所需高度。同樣，晶體驅(qū)動單元47使鋼索37轉(zhuǎn)動，其方向與坩堝驅(qū)動單元43驅(qū)動的坩堝19的轉(zhuǎn)動方向相反。此外，晶體驅(qū)動單元47在生長過程中依需要而使晶體31相對于熔體液面升降。
在一個實施方案中，晶體生長設(shè)備13將籽晶35降至幾乎與坩堝19中的熔硅29接觸而使之預(yù)熱。預(yù)熱后，晶體驅(qū)動單元47經(jīng)鋼索37使籽晶35繼續(xù)下降，與熔體29的液面45接觸。隨著籽晶的熔融，晶體驅(qū)動單元47將籽晶緩慢從熔體縮回或拉起。籽晶35從熔體29拉出硅，隨著提拉而產(chǎn)生硅單晶31的生長。晶體驅(qū)動單元47在從熔體拉制單晶31時，使晶體31以參考速率轉(zhuǎn)動。同樣，坩堝驅(qū)動單元43使坩堝19以另一參考速率轉(zhuǎn)動，但通常與晶體31的方向相反。
控制單元51起初控制拉速以及電源27供給加熱器21的功率，使晶體31形成一向下的細(xì)頸。優(yōu)選地，晶體生長設(shè)備13生長的晶體細(xì)頸隨籽晶35從熔體29拉出，其直徑基本上是不變的。例如，控制單元51使恒定的細(xì)頸直徑保持為所希望的本體晶體直徑的5％。在細(xì)頸達(dá)到所需長度后，控制單元51則調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動、提拉和/或加熱參數(shù)，使得晶體31的直徑增大成為錐體，直至達(dá)到所需的晶體本體直徑。例如，控制單元51降低拉速而產(chǎn)生一外觀光亮的區(qū)域，典型地稱為晶體的錐體區(qū)。
一旦達(dá)到所需的晶體直徑，控制單元51控制生長參數(shù)來保持由系統(tǒng)11測量的較恒定的直徑，直至工藝過程的終結(jié)。那時，通常增大拉速和加熱以減小直徑，而在單晶31尾端形成一錐體部分。這里引入其全部公開作為參考的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利5,178,720號公開了一種優(yōu)選方法來控制作為晶體直徑函數(shù)的晶體和坩堝轉(zhuǎn)速。
優(yōu)選地，控制單元51至少與一個二維的攝象機53一起運轉(zhuǎn)，以確定多個生長過程的參數(shù)包括熔體液面45。攝象機53裝在真空室15的觀察窗上(未示出)，通常對準(zhǔn)縱軸39與熔體液面45相交處(見圖3)。這里引入其全部公開作為參考的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利5,882,402號、5,846,318號、5,665,159號、以及5,653,799號提供了多個晶體生長參數(shù)包括晶體直徑的精確和可靠的測量。在這些專利中，圖像處理器處理由攝象機53得到的晶體-熔體界面的圖像以確定直徑。
除了處理來自攝象機53的信號外，控制單元51還處理來自其他傳感器的信號。例如，溫度傳感器59如光電管，可用來測量熔體表面溫度。
圖2以框圖的形式說明了控制單元51的一個優(yōu)選實施方案?？刂茊卧?1包括用于控制的可編程數(shù)字或模擬計算機61，在其他部分中，坩堝驅(qū)動單元43、單晶驅(qū)動單元47和加熱器電源27用來處理來自攝象機53和其他傳感器的信號。如圖2所示，可編程邏輯控制器(PLC)63經(jīng)過線路67(例如，RS-232電纜)與計算機61通信，經(jīng)過線路71(例如，RS-485電纜)與一個或多個工藝輸入/輸出模塊69通信。根據(jù)本發(fā)明，計算機61提供了操作者界面，使得晶體生長設(shè)備13的操作者為生長特定的晶體輸入一組所需的參數(shù)。
工藝輸入/輸出模塊69提供了來往于晶體生長設(shè)備13的路徑來控制生長過程。作為一個實例，PLC63從溫度傳感器59接收關(guān)于熔體溫度的信息，并經(jīng)工藝輸入/輸出模塊69輸出控制信號給加熱器電源27來控制熔體溫度，從而控制生長過程。
同樣，PLC63接收來自編碼器75的輸入信號，編碼器產(chǎn)生的脈沖隨晶體驅(qū)動單元47中滾筒的旋轉(zhuǎn)運動而變化。PLC63可用常規(guī)方法容易地編程，使從編碼器75接收的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為代表鋼索37實時直線運動的數(shù)字碼。換言之，PLC63計算鋼索37的速度，因而計算晶體31的拉速。晶體驅(qū)動單元47優(yōu)選地包含馬達(dá)(未示出)來驅(qū)動卷繞鋼索37升降的滾筒。在一個實施方案中，伺服放大器(未示出)與馬達(dá)轉(zhuǎn)速計(未示出)與馬達(dá)按常規(guī)閉環(huán)反饋方式通信。PLC63優(yōu)選地為晶體驅(qū)動單元47的伺服放大器提供設(shè)定點信號，以調(diào)節(jié)作為編碼器75所提供信號的函數(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速。
再參見圖2，攝象機53經(jīng)線路77(例如RS-170視頻電纜)將坩堝19內(nèi)部的視頻圖像與影像系統(tǒng)79溝通，提供邊緣探測和直徑測量的計算。影像系統(tǒng)79則經(jīng)線路83與PLC63通信。在一個優(yōu)選實施方案中，PLC63為西門子公司制造的TI575PLC型或得克薩斯儀器公司制造的545PLC型，線路83代表通信接口(例如，VME底版接口)。與具體的特定控制器PLC63有關(guān)，通信接口83可為例如包含附加通信板(例如，使用RS-422雙向PLC串口的2571型編程口擴展單元)的客戶VME柜。雖然是結(jié)合影像系統(tǒng)作了描述，須知晶體直徑的測量可用其他方法。例如，已知有幾種技術(shù)可用來測量晶體的直徑，包括測量亮環(huán)寬度的方法。亮環(huán)是在晶體31固-液界面處形成的彎月面中坩堝壁的反射特性。常規(guī)的亮環(huán)和彎月面?zhèn)鞲衅魇褂霉鈱W(xué)高溫計、光電管、帶有光電管的轉(zhuǎn)鏡、帶光電管的光源、線掃描攝象機、以及二維陣列攝象機。
圖3說明了籽晶35向下沾熔的晶體生長過程的較早期狀態(tài)。在形成晶體細(xì)頸85后，典型的工藝是降低拉速和/或熔體溫度來增大生長晶體的直徑，直至達(dá)到所需的直徑。這個增大直徑的部分稱為錐體或王冠87。隨著錐體87增大至所需的直徑，晶體31形成一肩部，一般表示為91，接著形成主體(圖3未示出)。隨著熔體29趨于耗盡，晶體直徑逐漸減小，形成了通常的晶體31錐體尾端(圖3未示出)。一旦尾錐直徑足夠小(例如，2～4mm)，可使晶體31與熔體29脫離而不會引起位錯延伸至晶體31的主體內(nèi)。然后從真空室15中取出晶體31以加工成晶片。在補償熔體液面降低時控制拉速和熔體溫度，生長出晶體31，使之具有接近恒定的直徑，構(gòu)成了通常為圓柱體的晶體硅(即，硅錠)。須知，才生長的晶體雖然是一般的圓柱體，但其直徑通常不是完全均勻的。而且，晶體31的直徑在晶體生長的不同階段(即，籽晶35、細(xì)頸85、錐體87、主體和尾錐)是變化的。
隨著錐體87的生長，直徑的信息以及垂直升高的距離信息都饋送至PLC63。用直徑和長度的變化，由下面的公式可計算θ角θ＝tan-1(2ΔL/ΔD)其中ΔL為長度的變化，ΔD為直徑的變化。
現(xiàn)在參見圖4，按照計算的角度進行控制有不穩(wěn)定的趨勢，但如果使用比值的倒數(shù)(即，ΔD/2ΔL而不是2ΔL/ΔD)，控制則平穩(wěn)得多。此外，測量的直徑變化可使ΔD為零而導(dǎo)致不確定的計算條件。根據(jù)本發(fā)明，PLC63執(zhí)行控制程序，使測量的錐體斜率為或接近目標(biāo)斜率。給定直徑的目標(biāo)斜率由圖4所示斜率函數(shù)來計算。此函數(shù)包含指數(shù)和線性兩部分，由下式表示θ(D)＝(θi-b)e-D/λ+mD+b其中θ＝錐體斜角；D＝錐體直徑；λ＝指數(shù)部分的衰減系數(shù)；m和b是線性部分的斜率和截距。在曲線上給定三個點，即(Di，θi)(Dmin，θmin)(Df，θf)和給定λ，則可求出m和b而給出完整的方程。斜率方程的指數(shù)部分是所希望的，因為錐體是拉速按指數(shù)形步進變化的反映，如Kimet al.，“Computer Simulation and Controlled Growth of Large DiameterCZ Silicon Crystals，”J.Electrochem.Soc.SOLID STATE SCIENCEAND TECHNOLOGY，pp.1156-60(May 1983)所示。這樣在主動控制錐體87期間調(diào)節(jié)拉速應(yīng)更自然地適合指數(shù)形狀。在圖4中，曲線從(Di，θi)點至(Dmin，θmin)點的部分主要為指數(shù)的，而曲線從(Dmin，θmin)點至(Df，θf)點的部分主要為線性的。
在某些常規(guī)的生長工藝中，晶體提升單元47根據(jù)預(yù)設(shè)的速度曲線從熔體29拉出單晶31的錐體部分。這個速度曲線是在晶體“配方”中規(guī)定的，并常稱為“鎖定”或“固定”籽晶提升。與此對照，常規(guī)的切克勞斯基硅生長工藝通常改變籽晶的提升或拉速來控制生長晶體31主體的直徑。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員都知道，增大拉速使晶體直徑減小，而降低拉速則使直徑增大。也是眾所周知的是，提高硅源熔體14的溫度使晶體直徑減小，而降低熔體溫度則使直徑增大。
有利的是，本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案包含預(yù)設(shè)的溫度曲線，但在生長晶體31的錐體部分87時提供了拉速調(diào)節(jié)。圖5為控制環(huán)路的框圖，一般由93表示，它說明了根據(jù)圖4所示的錐體斜率剖面θ(D)控制晶體生長過程。如上所述，PLC63接收有關(guān)生長晶體31的直徑及長度的信息。在此實施方案中，影像系統(tǒng)79和鋼索編碼器75分別提供了晶體直徑和長度的信息。根據(jù)此信息，PLC63計算測量的錐體斜率θ作為直徑和長度變化的函數(shù)(即，θ＝tan-1(2ΔL/ΔD))。由于按照計算的角度進行的控制趨于不穩(wěn)定，控制環(huán)路93使用測量斜率的倒數(shù)作為相應(yīng)于某一特定位置錐體87斜率的工藝變量的函數(shù)。
如圖5所示，比例積分微分(PID)控制環(huán)路95在線路97處接收誤差信號。誤差信號代表所希望的或目標(biāo)的錐體斜率(即，設(shè)定點)與實際錐體斜率(即，工藝變量)之差。在此實例中，測量生長錐體87的斜率，并與偏離圖4函數(shù)的預(yù)設(shè)點進行比較。斜率PID環(huán)路95在線路99處輸出拉速修正來調(diào)節(jié)拉速，來達(dá)到特定的晶體生長配方的要求。這樣，調(diào)節(jié)拉速使得錐體87適合此函數(shù)，而使測量的錐體斜率保持接近于目標(biāo)斜率。
鑒于上述，將看到達(dá)到了本發(fā)明的幾個目的并得到了其他優(yōu)越的結(jié)果。
由于對上述的結(jié)構(gòu)和方法可作出各種改變而沒有背離本發(fā)明的范圍，一切包含在上面的描述中或附圖所示者應(yīng)被解釋為說明而沒有限制的意思。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合晶體生長設(shè)備所使用的控制方法，所述晶體生長設(shè)備按照切克勞斯基工藝生長半導(dǎo)體單晶，所述晶體生長設(shè)備具有加熱的坩堝，它含有由其生長晶體的半導(dǎo)體熔體，所述晶體在從熔體拉起的籽晶上生長，所述方法包括以下步驟以目標(biāo)提拉速率從熔體拉制生長的晶體，所述目標(biāo)提拉速率基本上遵從初始速度曲線來生長晶體的錐體部分；測量晶體錐體部分的斜率，所述測量的錐體斜率是在拉制晶體錐體部分期間晶體直徑相對于晶體長度變化的函數(shù)；確定目標(biāo)錐體斜率；產(chǎn)生一個作為測量的錐體斜率與目標(biāo)錐體斜率之差的函數(shù)的誤差信號；調(diào)節(jié)作為誤差信號函數(shù)的提拉速率，以減小測量的錐體斜率與目標(biāo)錐體斜率之差；以及以調(diào)節(jié)后的提拉速率從熔體拉制晶體，從而改變晶體錐體部分的測量斜率來控制晶體的生長。
2.權(quán)利要求1的方法還包括以下步驟對誤差信號進行比例積分微分(PID)控制；以及產(chǎn)生作為其函數(shù)的提拉速率修正值，其中調(diào)節(jié)提拉速率的步驟包括根據(jù)提拉速率修正值來調(diào)節(jié)提拉速率。
3.權(quán)利要求2的方法還包括以下步驟確定作為測量的錐體斜率的反函數(shù)的一個PID控制的工藝變量；以及確定作為目標(biāo)錐體斜率反函數(shù)的一個PID控制的設(shè)定點，其中產(chǎn)生誤差信號的步驟包括產(chǎn)生誤差信號作為工藝變量與設(shè)定點之差的函數(shù)。
4.權(quán)利要求1的方法還包括測量晶體直徑和晶體長度，并確定作為其函數(shù)的測量的錐體斜率的步驟。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述測量的錐體斜率被定義為θ＝tan-1(2ΔL/ΔD)其中θ為測量的錐體斜率；ΔL為晶體長度的變化量，ΔD為晶體直徑的變化量。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述目標(biāo)錐體斜率由一函數(shù)來確定，該函數(shù)具有通常為指數(shù)的部分和通常為線性的部分。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述目標(biāo)錐體斜率函數(shù)如下θ(D)＝(θi-b)e-D/λ+mD+b其中θi為起始錐體斜率角；D為錐體直徑；λ為函數(shù)指數(shù)部分的衰減系數(shù)；m和b分別為函數(shù)線性部分的斜率和截距。
8.權(quán)利要求1的方法還包括根據(jù)預(yù)設(shè)的熔體加熱器功率曲線加熱坩堝的步驟。
9.權(quán)利要求8的方法還包括按照與預(yù)設(shè)提拉速率目標(biāo)曲線的提拉速率誤差來調(diào)節(jié)熔體加熱器功率的步驟。
10.一種結(jié)合晶體生長設(shè)備所使用的控制系統(tǒng)，所述晶體生長設(shè)備按照切克勞斯基工藝生長半導(dǎo)體單晶，所述晶體生長設(shè)備具有加熱的坩堝，它含有由其生長晶體的半導(dǎo)體熔體，所述晶體生長在由晶體驅(qū)動單元從熔體拉起的籽晶上，所述系統(tǒng)包括存儲器，儲存生長晶體錐體部分的起始速度曲線和目標(biāo)錐體斜率，所述晶體驅(qū)動單元以基本上遵從速度曲線的目標(biāo)提拉速率從熔體拉制生長的晶體；控制器，接收和響應(yīng)于晶體錐體部分拉制期間代表晶體直徑和長度的信息，所述控制器計算作為相對于晶體長度變化而改變的晶體直徑變化量的函數(shù)的錐體斜率的測量值；產(chǎn)生作為錐體斜率測量值與目標(biāo)錐體斜率之差的函數(shù)的誤差信號；為晶體驅(qū)動單元提供作為誤差信號函數(shù)的提拉速率修正值，所述晶體驅(qū)動單元根據(jù)提拉速率修正值來調(diào)節(jié)提拉速率，以減小錐體斜率測量值與目標(biāo)錐體斜率之差，從而根據(jù)錐體斜率控制晶體錐體部分的生長。
全文摘要
根據(jù)錐體斜率控制半導(dǎo)體單晶錐體部分生長的方法與系統(tǒng)。晶體驅(qū)動單元按照目標(biāo)提拉速率使生長的晶體從熔體拉出,其目標(biāo)提拉速率基本上遵從生長錐體的起始速度分布?？刂破饔嬎阕鳛榫w直徑對于晶體長度變化而改變的函數(shù)的目標(biāo)斜率的測量值。然后控制器產(chǎn)生作為錐體斜率測量值與目標(biāo)錐體斜率之差的函數(shù)的誤差信號,從而對晶體驅(qū)動單元提供作為誤差信號函數(shù)的提拉速率修正值。接下來,晶體驅(qū)動單元根據(jù)提拉速率修正值來調(diào)節(jié)提拉速率,以減小錐體斜率測量值與目標(biāo)錐體斜率之差。目標(biāo)錐體斜率被定義為一函數(shù),它包含一個通常的指數(shù)部分和一個通常的線性部分。
文檔編號C30B15/20GK1350602SQ00807420
公開日2002年5月22日 申請日期2000年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月7日
發(fā)明者史蒂文·L·金貝爾, 羅伯特·R·萬德三世 申請人:Memc電子材料有限公司