[發(fā)明專利]一種對(duì)半導(dǎo)體硅材料晶體長(zhǎng)晶放肩形狀的控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010717177.9
• 申請(qǐng)日: 2020-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN112064109A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳春生;鄭鍇;穆童;王程平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京晶能半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): C30B15/22
• 分類號(hào): C30B15/22;C30B29/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發(fā)明公開了一種對(duì)半導(dǎo)體硅材料晶體長(zhǎng)晶放肩形狀的控制方法，通過(guò)在放肩階段增加一項(xiàng)斜率?SLOP控制，并伴有直徑?拉速和拉速?溫度兩個(gè)閉環(huán)控制體系，完成對(duì)放肩階段晶體形狀一致性的控制，可以生長(zhǎng)出與配方中的斜率設(shè)置相同的晶體。由于放肩過(guò)程的嚴(yán)格控制，晶體進(jìn)入等徑后的溫度環(huán)境更加穩(wěn)定可控，便于生長(zhǎng)出高品質(zhì)的半導(dǎo)體單晶棒。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體硅材料晶體生長(zhǎng)工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硅材料由于具有單方向?qū)щ娦浴崦籼匦浴⒐怆娞匦砸约皳诫s特性等優(yōu)良性能，可以生長(zhǎng)為大尺寸高純度單晶體，且價(jià)格適中，故而成為全球應(yīng)用廣泛的重要集成電路基礎(chǔ)材料。

半導(dǎo)體硅材料主要為單晶硅材料，按照應(yīng)用場(chǎng)景劃分，半導(dǎo)體硅材料可以分為芯片用單晶硅材料和蝕刻用硅材料。其中芯片用單晶硅材料是制造半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)原材料，芯片用單晶硅材料經(jīng)過(guò)一系列晶圓制造工藝形成極微小的電路結(jié)構(gòu)，再經(jīng)切割、封裝、測(cè)試等環(huán)節(jié)成為芯片，并廣泛應(yīng)用于集成電路下游市場(chǎng)。蝕刻用硅材料則是加工制成半導(dǎo)體級(jí)硅部件，用于蝕刻設(shè)備上的硅電極，由于硅電極在硅片氧化膜刻蝕等加工工藝過(guò)程會(huì)逐漸腐蝕并變薄，當(dāng)硅電極厚度減少到一定程度后，需要更換新的硅電極，因此硅電極是晶圓制造蝕刻環(huán)節(jié)所需的核心耗材。

全自動(dòng)直拉單晶生長(zhǎng)爐是一種在惰性氣體(氬氣為主)環(huán)境中，用石墨加熱器將多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生長(zhǎng)無(wú)錯(cuò)位單晶的設(shè)備。硅材料生長(zhǎng)過(guò)程中，放肩過(guò)程是單晶硅生長(zhǎng)工藝的關(guān)鍵。而現(xiàn)有技術(shù)方案是按照放肩階段的拉速和溫度設(shè)定生長(zhǎng)，考慮到長(zhǎng)晶過(guò)程溫度環(huán)境等眾多因素的干擾，放肩的長(zhǎng)度和直徑無(wú)法做到一致性，影響了晶體質(zhì)量和晶棒成品率。

故，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明使用的是通過(guò)斜率-SLOP控制來(lái)相應(yīng)調(diào)整拉速和溫度，使放肩形狀按照參數(shù)設(shè)置中的斜率生長(zhǎng)，以控制晶體形狀并提高晶體成品率。

技術(shù)方案：為達(dá)到上述目的，本發(fā)明可采用如下技術(shù)方案：

一種對(duì)半導(dǎo)體硅材料晶體長(zhǎng)晶放肩形狀的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、通過(guò)斜率值公式SLOP＝Δ直徑/Δ長(zhǎng)度，取一定時(shí)間內(nèi)的SLOP平均值代表實(shí)時(shí)斜率值；在單晶爐爐內(nèi)設(shè)置溫度傳感器探測(cè)點(diǎn)用以測(cè)量爐內(nèi)實(shí)時(shí)溫度；預(yù)設(shè)理論斜率值及預(yù)設(shè)理論拉速值；

(2)、根據(jù)實(shí)時(shí)斜率值與理論斜率值對(duì)比，經(jīng)過(guò)斜率值的PID反饋值來(lái)控制籽晶拉速而將實(shí)時(shí)斜率值向理論斜率值靠攏；根據(jù)籽晶拉速與理論拉速值對(duì)比，經(jīng)過(guò)溫度控制的PID反饋值來(lái)控制加熱器溫度，通過(guò)加熱器溫度調(diào)整而將籽晶拉速值逐漸向理論拉速值靠攏。

進(jìn)一步的，采用PLC中的PID控制器給出關(guān)于對(duì)拉速和給定溫度的修正值。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，Δ直徑為直徑變化，Δ直徑通過(guò)CCD相機(jī)測(cè)量獲得；Δ長(zhǎng)度為長(zhǎng)度變化，Δ長(zhǎng)度通過(guò)位置編碼器獲得

進(jìn)一步的，步驟(2)中，若實(shí)際斜率值比理論值大，則籽晶拉速增加，實(shí)際斜率值比理論值小，則籽晶拉速會(huì)降低。

進(jìn)一步的，步驟(2)中，給定電信號(hào)反饋給伺服電機(jī)，通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)控制籽晶拉速。

有益效果：相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)為：

本發(fā)明通過(guò)在放肩階段增加一項(xiàng)斜率-SLOP控制，并伴有直徑-拉速和拉速-溫度兩個(gè)閉環(huán)控制體系，完成對(duì)放肩階段晶體形狀一致性的控制，可以生長(zhǎng)出與配方中的斜率設(shè)置相同的晶體。由于放肩過(guò)程的嚴(yán)格控制，晶體進(jìn)入等徑后的溫度環(huán)境更加穩(wěn)定可控，便于生長(zhǎng)出高品質(zhì)的半導(dǎo)體單晶棒。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中所生產(chǎn)的晶體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中對(duì)放肩斜率控制的示意圖。