[发明专利]直拉硅单晶直径自动补偿方法

摘要

本发明公开了一种直拉硅单晶直径自动补偿方法，尤其是一种直拉硅单晶生长过程中用于控制单晶硅尾部直径的自动补偿方法。该方法的重点在于当熔融硅液面到达坩埚内壁垂直面与弧度面交线处时，启动自动补偿程序II控制单晶硅生长。首先控制程序自动计算起始补偿点，补偿参数控制器根据单晶硅直径和坩埚直径计算出补偿参数，PID控制器通过对单晶硅直径和补偿参数信号进行整合计算，作用于单晶硅提升速度控制器和坩埚加热器，通过调整晶体提升速度和坩埚加热功率实现对单晶硅直径的控制。通过该方法可以达到精确控制单晶硅尾部直径的目的。

主权项

一种直拉硅单晶直径自动补偿方法，设定PID控制器控制程序I，加热原料至熔融，开始提拉单晶硅，PID控制器采集单晶硅直径信号并和预设值进行对比，若有偏差则作用于单晶硅提升速度控制器和坩埚加热器，通过调整晶体提升速度和坩埚加热功率实现对单晶硅直径的控制，其特征在于：当熔融硅液面到达坩埚内壁垂直面与弧度面交界线处时，启动自动补偿程序II控制单晶硅生长，其步骤包括：1)计算补偿起始点：①严格控制原料的起始投料量，原料的起始投料量等效于熔融硅液两部分之和的质量：第一部分是石英坩埚内壁垂直面与弧度面交界线以上部分熔融硅液的质量M1，另一部分是交界线以下部分熔融硅液的质量M2；其中M1＝ρ1πr2H，公式中ρ1为熔融硅液的密度，r为石英坩埚内径，H为交界线以上熔融硅液面的高度；②单晶硅生长后，晶体生长控制器计算出单晶硅的平均直径D及相应晶体质量M3；③晶体生长控制器根据公式L＝M1/(ρ2πD2/4)计算出补偿起始点L0；2)晶体生长控制器根据单晶硅的平均直径D及晶体质量M3计算出单晶硅实时长度L，当单晶硅实时长度L＝L0时，启动自动补偿程序II；3)补偿参数控制器根据设定程序计算出补偿参数：晶升埚升比例SL/CL＝R2/r2，其中R为单晶硅半径，r为石英坩埚内径；4)PID控制器将对获得的单晶硅直径和补偿参数信号进行整合计算，作用于单晶硅提升速度控制器和坩埚加热器，通过调整晶体提升速度和坩埚加热功率实现对单晶硅直径的控制。