本公開提供了一種單晶硅的生長控制方法以及單晶硅的生長控制裝置。該單晶硅的生長控制方法包括以下步驟：在單晶硅棒的提拉過程中，獲取單晶硅棒的實(shí)時(shí)提拉速度v，并獲取單晶硅棒的固液生長界面處的實(shí)時(shí)溫度梯度G。計(jì)算實(shí)時(shí)提拉速度v與實(shí)時(shí)溫度梯度G的實(shí)時(shí)比值。以及，比較實(shí)時(shí)比值與預(yù)設(shè)比值范圍，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)提拉速度v和/或調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)溫度梯度G，以使得實(shí)時(shí)比值位于預(yù)設(shè)比值范圍內(nèi)。該單晶硅的生長控制方法實(shí)現(xiàn)了單晶硅在生長過程中的原位反饋控制，適用于多種不同的單晶爐以及拉晶工藝。并且還能夠節(jié)約探索時(shí)間和材料消耗量。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種單晶硅的生長控制方法以及單晶硅的生長控制裝置。
技術(shù)介紹
1、單晶硅是一種常用于集成電路以及太陽電池中的半導(dǎo)體材料。目前已知的能夠用于制造單晶硅的方法通常可以分為直拉法、區(qū)熔法和外延法。其中，直拉法能夠制造尺寸較大的單晶硅，已經(jīng)成為了一種常用的單晶硅生產(chǎn)方法。直拉法的原理是：在熔融硅中插入具有籽晶，籽晶接觸到熔融硅之后吸收熔融硅形成新的晶體層。于此同時(shí)，從熔融硅中向上提拉籽晶并且使籽晶圍繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，以確保熔融硅中的硅原子均勻地沉積在籽晶上，從而形成一個(gè)具有相同晶體取向的大尺寸單晶硅棒。
2、單晶缺陷是影響單晶硅質(zhì)量的重要因素。在提拉法制造單晶硅的工藝過程中，晶體的生長速度以及固液界面附近的軸向溫度梯度是影響缺陷量的重要因素。晶體的生長速度可以通過單晶硅的提拉速度進(jìn)行控制。在拉晶過程中，隨著單晶不斷生長，軸向溫度梯度會逐漸減小。這主要是因?yàn)殡S著晶體的生長，晶體長度增加、體積增大，固液界面附近的散熱阻力增大，導(dǎo)致晶體內(nèi)部軸向溫度梯度減小。為了獲得單晶缺陷較少的單晶硅產(chǎn)品，傳統(tǒng)技術(shù)中通常靠經(jīng)驗(yàn)摸索或者使用專業(yè)軟件模擬的方式迭代形成一套合適的工藝參數(shù)，但是這種方式每次針對新結(jié)構(gòu)、新工藝都需要重新探尋合適的工藝參數(shù)，適用范圍有限，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于此，有必要提供一種能夠提高單晶硅質(zhì)量的單晶硅的生長控制方法以及單晶硅的生長控制裝置。
2、根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，提供了一種單晶硅的生長控制方法，其包括以下步驟：</p>3、在單晶硅棒的提拉過程中，獲取所述單晶硅棒的實(shí)時(shí)提拉速度v，并獲取所述單晶硅棒的固液生長界面處的實(shí)時(shí)溫度梯度g；
4、計(jì)算所述實(shí)時(shí)提拉速度v與所述實(shí)時(shí)溫度梯度g的實(shí)時(shí)比值；以及，
5、比較所述實(shí)時(shí)比值與預(yù)設(shè)比值范圍，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)提拉速度v和/或調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)溫度梯度g，以使得所述實(shí)時(shí)比值位于所述預(yù)設(shè)比值范圍內(nèi)。
6、在本公開的一些實(shí)施例中，獲取所述單晶硅棒的固液生長界面處的實(shí)時(shí)溫度梯度g的方式包括：
7、同時(shí)監(jiān)測熔融硅中在豎直方向上依次分布的多個(gè)測溫點(diǎn)位的溫度；
8、通過多個(gè)所述測溫點(diǎn)位的溫度以及多個(gè)所述測溫點(diǎn)位之間的間距，計(jì)算得到所述實(shí)時(shí)溫度梯度g。
9、在本公開的一些實(shí)施例中，在多個(gè)所述測溫點(diǎn)位中，最靠近所述固液生長界面的所述測溫點(diǎn)位與所述固液生長界面的距離≤20mm，最遠(yuǎn)離所述固液生長界面的所述測溫點(diǎn)位與所述固液生長界面的距離≤150mm。
10、在本公開的一些實(shí)施例中，任意相鄰的兩個(gè)所述測溫點(diǎn)位之間的間距為10mm～50mm。
11、在本公開的一些實(shí)施例中，所述測溫點(diǎn)位有3個(gè)，依次記為a點(diǎn)位、b點(diǎn)位和c點(diǎn)位，所述b點(diǎn)位位于所述a點(diǎn)位和所述c點(diǎn)位之間，于所述a點(diǎn)位、所述b點(diǎn)位和所述c點(diǎn)位測得的溫度分別記為ta、tb、tc，所述a點(diǎn)位與所述b點(diǎn)位的距離記為dab，所述b點(diǎn)位與所述c點(diǎn)位的距離記為dbc；
12、采用如下公式計(jì)算得到所述實(shí)時(shí)溫度梯度g：
13、
14、在本公開的一些實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)比值范圍為0.135mm2/(min·k)～0.140mm2/(min·k)。
15、在本公開的一些實(shí)施例中，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)提拉速度v和/或調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)溫度梯度g的步驟中，保持所述實(shí)時(shí)提拉速度v不變，僅調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)溫度梯度g，調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)溫度梯度g的步驟包括：
16、當(dāng)所述實(shí)時(shí)比值大于預(yù)設(shè)比值范圍時(shí)，增大通入單晶爐內(nèi)的氣體流速和/或增大單晶爐的加熱功率；
17、當(dāng)所述實(shí)時(shí)比值小于預(yù)設(shè)比值范圍時(shí)，降低通入單晶爐內(nèi)的氣體流速和/或降低單晶爐的加熱功率。
18、在本公開的一些實(shí)施例中，在增大或降低通入單晶爐內(nèi)的氣體流速的過程中，控制所述氣體流速隨時(shí)間的變化率≤0.4slm/s；
19、在增大或降低單晶爐的加熱功率的過程中，控制所述加熱功率隨時(shí)間的變化率≤0.35kw/h。
20、進(jìn)一步地，本公開還提供了一種單晶硅的生長控制裝置，所述裝置包括：
21、信息獲取模塊，用于在單晶硅棒的提拉過程中，獲取所述單晶硅棒的實(shí)時(shí)提拉速度v，并獲取所述單晶硅棒的固液生長界面處的實(shí)時(shí)溫度梯度g；
22、比值計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述實(shí)時(shí)提拉速度v與所述實(shí)時(shí)溫度梯度g的實(shí)時(shí)比值；
23、比值比較模塊，用于比較所述實(shí)時(shí)比值與預(yù)設(shè)比值范圍；
24、控制模塊，用于根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)提拉速度v和/或調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)溫度梯度g，以使得所述實(shí)時(shí)比值位于所述預(yù)設(shè)比值范圍內(nèi)。
25、在本公開的一些實(shí)施例中，所述信息獲取模塊包括溫度獲取子模塊和溫度梯度計(jì)算子模塊，所述溫度獲取子模塊用于同時(shí)監(jiān)測熔融硅中在豎直方向上依次分布的多個(gè)測溫點(diǎn)位的溫度，所述溫度梯度計(jì)算子模塊用于通過多個(gè)所述測溫點(diǎn)位的溫度以及多個(gè)所述測溫點(diǎn)位之間的間距，計(jì)算得到所述實(shí)時(shí)溫度梯度g。
26、針對于軸向溫度梯度隨著單晶不斷生長的過程而逐漸減小這一問題，一些傳統(tǒng)技術(shù)提出了預(yù)先獲取軸向溫度梯度g隨單晶硅棒的長度變化的技術(shù)構(gòu)思。這種方式的適用范圍有限而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。并且，這種方式預(yù)先假設(shè)了每次生產(chǎn)時(shí)的溫度變化情況均保持一致，無法解決由于隨機(jī)因素所導(dǎo)致的溫度梯度波動的問題，因此所制得的單晶硅中任然存在較多的缺陷。
27、在本公開實(shí)施例的單晶硅的生長控制方法中，直接獲取單晶硅棒的實(shí)時(shí)提拉速度v以及實(shí)時(shí)溫度梯度g，計(jì)算實(shí)時(shí)提拉速度v與實(shí)時(shí)溫度梯度g的實(shí)時(shí)比值。控制該實(shí)時(shí)比值在預(yù)設(shè)比值范圍之間內(nèi)，能夠保證單晶硅在整個(gè)拉晶過程中始終產(chǎn)生較少的缺陷，從而獲得單晶缺陷較少的單晶硅產(chǎn)品。該單晶硅的生長控制方法通過計(jì)算實(shí)時(shí)提拉速度v與實(shí)時(shí)溫度梯度g的實(shí)時(shí)比值，實(shí)現(xiàn)了單晶硅在生長過程中的原位反饋控制，適用于多種不同的單晶爐以及拉晶工藝。并且還能夠避免傳統(tǒng)技術(shù)中預(yù)先探尋工藝參數(shù)的過程，因而能夠節(jié)約探索時(shí)間和材料消耗量。
28、此外，實(shí)際的單晶硅制備過程中都存在一定的隨機(jī)性，這會導(dǎo)致溫度梯度存在預(yù)料之外的波動。傳統(tǒng)技術(shù)中的一些控制方式均難以針對該溫度梯度的波動作出及時(shí)響應(yīng)。本公開實(shí)施例的單晶硅的生長控制方法通過獲取實(shí)時(shí)比值，還能夠?qū)崿F(xiàn)針對該波動進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而保證所制備的單晶硅具有較好的晶體質(zhì)量。
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種單晶硅的生長控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，獲取所述單晶硅棒的固液生長界面處的實(shí)時(shí)溫度梯度G的方式包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，在多個(gè)所述測溫點(diǎn)位中，最靠近所述固液生長界面的所述測溫點(diǎn)位與所述固液生長界面的距離≤20mm，最遠(yuǎn)離所述固液生長界面的所述測溫點(diǎn)位與所述固液生長界面的距離≤150mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，任意相鄰的兩個(gè)所述測溫點(diǎn)位之間的間距為10mm～50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，所述測溫點(diǎn)位有3個(gè)，依次記為A點(diǎn)位、B點(diǎn)位和C點(diǎn)位，所述B點(diǎn)位位于所述A點(diǎn)位和所述C點(diǎn)位之間，于所述A點(diǎn)位、所述B點(diǎn)位和所述C點(diǎn)位測得的溫度分別記為TA、TB、TC，所述A點(diǎn)位與所述B點(diǎn)位的距離記為DAB，所述B點(diǎn)位與所述C點(diǎn)位的距離記為DBC；
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)比值范圍為0.135mm2/(min·K)～0.141mm2/(min·K)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)提拉速度v和/或調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)溫度梯度G的步驟中，保持所述實(shí)時(shí)提拉速度v不變，僅調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)溫度梯度G，調(diào)節(jié)所述實(shí)時(shí)溫度梯度G的步驟包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，
9.一種單晶硅的生長控制裝置，其特征在于，所述裝置包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單晶硅的生長控制裝置，其特征在于，所述信息獲取模塊包括溫度獲取子模塊和溫度梯度計(jì)算子模塊，所述溫度獲取子模塊用于同時(shí)監(jiān)測熔融硅中在豎直方向上依次分布的多個(gè)測溫點(diǎn)位的溫度，所述溫度梯度計(jì)算子模塊用于通過多個(gè)所述測溫點(diǎn)位的溫度以及多個(gè)所述測溫點(diǎn)位之間的間距，計(jì)算得到所述實(shí)時(shí)溫度梯度G。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種單晶硅的生長控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，獲取所述單晶硅棒的固液生長界面處的實(shí)時(shí)溫度梯度g的方式包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，在多個(gè)所述測溫點(diǎn)位中，最靠近所述固液生長界面的所述測溫點(diǎn)位與所述固液生長界面的距離≤20mm，最遠(yuǎn)離所述固液生長界面的所述測溫點(diǎn)位與所述固液生長界面的距離≤150mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，任意相鄰的兩個(gè)所述測溫點(diǎn)位之間的間距為10mm～50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單晶硅的生長控制方法，其特征在于，所述測溫點(diǎn)位有3個(gè)，依次記為a點(diǎn)位、b點(diǎn)位和c點(diǎn)位，所述b點(diǎn)位位于所述a點(diǎn)位和所述c點(diǎn)位之間，于所述a點(diǎn)位、所述b點(diǎn)位和所述c點(diǎn)位測得的溫度分別記為ta、tb、tc，所述a點(diǎn)位與所述b點(diǎn)位的距離記為dab，所述b點(diǎn)位與所述c點(diǎn)位的距離記為dbc；<...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：熊城，王鵬飛，孫偉剛，蔡輝，
申請(專利權(quán))人：晶科能源股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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