[发明专利]在半导体晶体生长工艺中控制锥体生长的方法与系统

权利要求书

1.一种结合晶体生长设备所使用的控制方法，所述晶体生长设备按照切克劳斯基工艺生长半导体单晶，所述晶体生长设备具有加热的坩埚，它含有由其生长晶体的半导体熔体，所述晶体在从熔体拉起的籽晶上生长，所述方法包括以下步骤：

以目标提拉速率从熔体拉制生长的晶体，所述目标提拉速率基本上遵从初始速度曲线来生长晶体的锥体部分；

测量晶体锥体部分的斜率，所述测量的锥体斜率是在拉制晶体锥体部分期间晶体直径相对于晶体长度变化的函数；

确定目标锥体斜率；

产生一个作为测量的锥体斜率与目标锥体斜率之差的函数的误差信号；

调节作为误差信号函数的提拉速率，以减小测量的锥体斜率与目标锥体斜率之差；以及

以调节后的提拉速率从熔体拉制晶体，从而改变晶体锥体部分的测量斜率来控制晶体的生长。

2.权利要求1的方法还包括以下步骤：对误差信号进行比例积分微分(PID)控制；以及产生作为其函数的提拉速率修正值，其中调节提拉速率的步骤包括根据提拉速率修正值来调节提拉速率。

3.权利要求2的方法还包括以下步骤：确定作为测量的锥体斜率的反函数的一个PID控制的工艺变量；以及确定作为目标锥体斜率反函数的一个PID控制的设定点，其中产生误差信号的步骤包括产生误差信号作为工艺变量与设定点之差的函数。

4.权利要求1的方法还包括测量晶体直径和晶体长度，并确定作为其函数的测量的锥体斜率的步骤。

5.权利要求1的方法，其中所述测量的锥体斜率被定义为：

θ＝tan^-1(2ΔL/ΔD)

其中θ为测量的锥体斜率；ΔL为晶体长度的变化量，ΔD为晶体直径的变化量。

6.权利要求1的方法，其中所述目标锥体斜率由一函数来确定，该函数具有通常为指数的部分和通常为线性的部分。

7.权利要求6的方法，其中所述目标锥体斜率函数如下：

θ(D)＝(θ_i-b)e^-D/λ+mD+b

其中θ_i为起始锥体斜率角；D为锥体直径；λ为函数指数部分的衰减系数；m和b分别为函数线性部分的斜率和截距。

8.权利要求1的方法还包括根据预设的熔体加热器功率曲线加热坩埚的步骤。

9.权利要求8的方法还包括按照与预设提拉速率目标曲线的提拉速率误差来调节熔体加热器功率的步骤。

10.一种结合晶体生长设备所使用的控制系统，所述晶体生长设备按照切克劳斯基工艺生长半导体单晶，所述晶体生长设备具有加热的坩埚，它含有由其生长晶体的半导体熔体，所述晶体生长在由晶体驱动单元从熔体拉起的籽晶上，所述系统包括：

存储器，储存生长晶体锥体部分的起始速度曲线和目标锥体斜率，所述晶体驱动单元以基本上遵从速度曲线的目标提拉速率从熔体拉制生长的晶体；

控制器，接收和响应于晶体锥体部分拉制期间代表晶体直径和长度的信息，所述控制器：

计算作为相对于晶体长度变化而改变的晶体直径变化量的函数的锥体斜率的测量值；

产生作为锥体斜率测量值与目标锥体斜率之差的函数的误差信号；

为晶体驱动单元提供作为误差信号函数的提拉速率修正值，所述晶体驱动单元根据提拉速率修正值来调节提拉速率，以减小锥体斜率测量值与目标锥体斜率之差，从而根据锥体斜率控制晶体锥体部分的生长。