[发明专利]单晶硅直径测定法及其设备

说明书

本发明涉及单晶硅直径的一种测定法和测定设备，更具体地说，涉及单晶硅直径的这样一种测定法和测定设备，即在提拉单晶硅时单晶硅在边相对于坩埚旋转边连续形成的过程中测出经提拉的单晶的直径。

参看附图2这一示意图，图中示出了应用周知的制造象硅之类的半导体单晶的切克劳斯基法以制造单晶的设备。应该注意的是，切克劳斯基法广泛称为CZ法，通常也叫做晶体提拉法。

图中，在制造单晶硅的过程中，坩埚2中装有由加热器4加热的熔融硅3，借助于图中未示出的旋转机构使单晶硅1以相反于坩埚2的转向转动的同时逐步由提拉设备7从熔融硅3中提拉上来，于是晶体就在熔融硅3与单晶硅1之间的界面区中生长。单晶硅1是通过晶体生长由籽晶1a生长出来的，籽晶1a则由连接到提拉设备7的籽晶夹具6加以固定。在下面的讨论中，我们把生长过程中的单晶硅1叫做提拉单晶。此外提拉设备7包括单晶硅1的垂直运动机构和单晶硅1的旋转机构，由电动机控制器8、提拉电动机9等组成。因此，这种设备是众所周知的，故这里不再详细说明其结构。除上述旋转机构外，坩埚2还由提升机构（图中未示出）支撑着，而且由该提升机构而设计得即使在晶体生长时液面也保持恒定而不致下降，而且使液面附近的温度分布不变。

CZ法制造出来的提拉单晶1以后就加工成圆柱形的单晶硅锭，因而要求将晶体1提拉得使其整个晶体部分直径均匀。为此，在晶体提拉过程中直接用如视频测定仪5之类的光学装置测定提拉单晶的直径，而且晶体是边调节提拉速度边提拉的，以使直径保持在所要求的值上。在这种情况下，光学装置是固定在晶体提拉设备上，因而出现在提拉单晶1与液体表面的界面处的熔融环是由单根测量线从上面倾斜地测定，从而直接测出提拉单晶1的直径。

在上述一般单晶硅直径测定法和测定设备的情况下，由于测定直径的光学装置固定在单晶硅制造设备上，而且熔融环是用单个测量线从上面倾斜地测定，因而在提拉单晶转动和坩埚转动的影响下，得出的直径测定值叠加有低频干扰。该叠加的干扰增加了测定值的误差。此外，如图3的示意图所示，由于晶体惯态线13的影响，提拉单晶1并不呈正圆形，因而晶体1边转动边提拉时，例如若A方向的直径是在某一取样测定时间测定的，而B方向的直径是在另一时间测定的，则即使相对于A方向的直径不变，直径却因测量方向的不同而发生变化。此外，由于电气的影响，不可避免地会有高频干扰叠加到测定值上。结果，这些因素的出现使提拉单晶的直径测定值进一步变化，从而使测定值变得不稳定和不可靠。

例如，用如此测出的不可靠直径值数据来控制直径时，提拉速度就变化，以便维持提拉单晶的直径均匀。但这样做会有缺点，即如果提拉单晶的直径实际上没有变化，则不仅使控制操作失去意义，而且根据这些数据进行的控制会导致错误控制。

本发明是为解决上述问题而提出的，而本发明的主要目的是提供测定单晶硅直径的这样一种方法和设备，其中光学装置的输出得到改善，从而消除了直径测定值任何不希望有的测量误差，测出真实的直径值。

为实现上述目的，本发明提供了测定单晶硅直径的这样一种方法，该方法是在用CZ法提拉单晶硅的过程中，在提拉单晶规定的转动时间每隔一定的时间用光学装置对熔融环的亮度分布进行取样，以此来确定提拉单晶的直径测定值，再用低通滤波器处理该直径测定值，以产生被转换成时序直径数据的滤波器输出值，然后求出该输出值的移动平均值，由此计算出直径值。

此外，本发明还提供这样一种单晶硅直径测定设备，该设备包括一光学装置、一低通滤波器和一计算装置;光学装置是在用CZ法提拉单晶硅的过程中，在提拉单晶规定的转动时间，每隔一定的时间用以对熔融环的亮度分布进行取样，以此来产生提拉单晶直径的测定值;低通滤波器用以滤除直径测定值的低频分量，从而以转换成时序数据的形式产生滤波器输出值;计算装置则用以求滤波器输出值的移动平均值，从而计算出提拉单晶的直径值。

在上述单晶硅直径测定方法和测定设备中，低通滤波器是个递归式低通数值滤波器，它能用其第（n-1）个输出值表示下列（Ⅰ）式，其中Xn表示滤波器的第n个输入值，Yn表示滤波器的第n个输出值。

Yn＝（1-A）·Xn+A  Yn-1  （Ⅰ）

其中，A＝exp（-2π·△t·fc）

△t＝取样时间间隔

fc＝截止频率。

此外，在上述单晶硅直径测定法和测定设备中，移动平均值用低通滤波器的输出值Yn以下列（Ⅱ）式的形式计算单晶硅在给定转数（m个输出）下的硅直径值Zn