一种功率法拉晶防止拉速过冲的方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其是涉及一种功率法拉晶防止拉速过冲的方法。

背景技术

在当前的直拉硅单晶炉上，多数使用SP法拉制硅单晶，即硅生长的过程中，使用SP测温仪检测热场温度，再将SP值通过计算转换为功率，从而控制熔体温度，保证单晶正常生长。通过SP法调节熔体温度，熔体温度反应速度快，但熔体温度不稳定，易造成单晶断苞。

同时在使用功率法拉晶的过程中，当实际拉速与设定拉速不匹配时，通过系统自动给定温度补偿值时，但由于实际温度反应的滞后性，往往会造成实际拉速的过冲现象，然后功率持续波动，易造成单晶断苞。例如：实际拉速低于设定拉速时，系统给定负温补，然后实际拉速向设定拉速靠拢，由于温度反应滞后性，后期实际拉速又会高于设定拉速；实际拉速高于设定拉速时，系统给定正温补，然后实际拉速向设定拉速靠拢，后期实际拉速又会低于设定拉速。

尤其是在拉制M12单晶时，由于单晶尺寸大，单晶断苞造成的损失远远大于其他小尺寸单晶断苞损失，所以使用功率直接控制熔体温度，是解决M12单晶断苞的最直接手段。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种功率法拉晶防止拉速过冲的方法，解决背景技术中的上述问题，使用功率法拉晶，通过观察并计算实际拉速与设定拉速的拉速偏差，防止造成实际拉速的过冲现象。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种功率法拉晶防止拉速过冲的方法，步骤为：

获取一段时间内等径生长阶段的实际拉速变化值；

基于设定拉速确定实际拉速相对于所述设定拉速的变化趋势；

根据一段时间内实际拉速相对于设定拉速的变化趋势确定温度补偿值，调节实际拉晶功率。

进一步的，所述获取一段时间内等径生长阶段的实际拉速变化值的步骤为：获取一段时间内等径生长阶段的各个单位时间的实际拉速值，根据各个单位时间的实际拉速值得出实际拉速变化值。

进一步的，所述获取一段时间内等径生长阶段的实际拉速变化值的步骤为：获取一段时间内等径生长阶段的单位时间的实际拉速值，根据各个单位时间的实际拉速值得出实际拉速变化值，绘制实时实际拉速曲线。

进一步的，设定获取等径生长阶段的实际拉速变化值的一段时间为1-600S。

进一步的，所述基于设定拉速确定实际拉速相对于所述设定拉速的变化趋势的步骤为：基于实际拉速在各个单位时间相对于设定拉速的变化值，计算各个单位时间实际拉速与设定拉速的各个单位时间的差值，确定实际拉速相对于设定拉速的变化趋势。

进一步的，所述设定拉速为拉晶执行之前在程序中设定的预设拉速；

当各个单位时间的差值随拉晶时间逐渐变小，实际拉速相对于设定拉速的变化趋势为实际拉速趋向于设定拉速；

当各个单位时间的差值随拉晶时间逐渐变大，实际拉速相对于设定拉速的变化趋势为实际拉速背离设定拉速。

进一步的，所述根据一段时间内实际拉速相对于设定拉速的变化趋势确定温度补偿值，调节实际拉晶功率的步骤为：

当实际拉速趋向于设定拉速时，基于实际拉速与设定拉速确定拉速偏差的绝对值在观察时间内是否满足维持功率拉速偏差的阈值范围；

当实际拉速背离设定拉速时，基于P/I值给定温度补偿。

进一步的，设定维持功率拉速偏差的阈值范围；

当实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内满足维持功率拉速偏差的阈值范围，停止温度补偿并维持当前功率；

当实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内不满足维持功率拉速偏差的阈值范围，基于P/I值给定温度补偿。

进一步的，设定功率改变系数P值，设定积分值I值随时间正向关联变化；

基于P/I值计算确定温度补偿值；

当实际拉速低于设定拉速时，基于P/I值给定的温度补偿值调节实际拉晶功率至实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内满足维持功率拉速偏差的阈值范围，停止温度补偿并维持当前功率；

当实际拉速高于设定拉速时，基于P/I值给定的温度补偿值调节实际拉晶功率实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内满足维持功率拉速偏差的阈值范围，停止温度补偿并维持当前功率。

进一步的，设定维持功率拉速偏差为3-10mm/h；设定观察时间为1-600s。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

采用功率法拉晶，通过P/I值计算自动给定温度补偿值，并通过维持功率拉速偏差的设定，便于及时停止温度补偿，从而控制熔体温度，保证单晶正常生长，有效避免拉速过冲现现象产生，避免功率波动造成单晶断苞；同时本发明逻辑简单且容易实现，适用性强，可适用不同炉型，不同热场，同时解决了大尺寸拉晶过程中断苞损失的问题，适配性更高，具有良好的市场前景。

附图说明

图1是本发明一种实施例的方法步骤流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：

本实施例主要针对在使用功率法拉晶过程中当实际拉速与设定拉速不匹配时，系统在进行温度补偿时由于实际温度温度反应的滞后性，往往会造成实际拉速的过冲现象，然后功率持续波动，易造成单晶断苞，通过观察并计算实际拉速与设定拉速的拉速偏差，防止造成实际拉速的过冲现象。

在本发明的一种实施例中，如图1所示，一种功率法拉晶防止拉速过冲的方法，步骤为：

S1：获取一段时间内等径生长阶段的实际拉速变化值，具体包括以下步骤：获取一段时间内等径生长阶段的单位时间的实际拉速值，根据各个单位时间的实际拉速值得出实际拉速变化值。

在本实施例中，步骤S1中，对一段时间内等径生长阶段的单位时间的实际拉速进行实时测量从而获取等径生长阶段各个单位时间的实际拉速；具体的，对实际拉速测量可以利用合适的测量仪器或工具进行测量，因现有技术比较完善且不是本实施例所保护的内容，对此不多做限定。其中，设定获取等径生长阶段的实际拉速变化值的一段时间在1-600s范围内取值，例如：50s、100s、120s、150s、180s、200s、240s、250s、300s、350s、360s、420s、450s、480s、500s、540s、550s、600s等。

S2：基于设定拉速确定实际拉速相对于设定拉速的变化趋势，具体包括以下步骤：基于实际拉速在各个单位时间相对于设定拉速的变化值，计算各个单位时间实际拉速与设定拉速的各个单位时间的差值，确定实际拉速相对于设定拉速的变化趋势，在本实施例中当各个单位时间的差值随拉晶时间逐渐变小，实际拉速相对于设定拉速的变化趋势为：实际拉速趋向于设定拉速；当各个单位时间的差值随拉晶时间逐渐变大，实际拉速相对于设定拉速的变化趋势为：实际拉速背离设定拉速。

本实施例中，在拉晶之前就会在程序中设定好设定拉速值，通过分析出的实际拉速相对于设定拉速的变化趋势，即实际拉速趋向于或者背离实际拉速，采取不同的操作工序。

S3：根据一段时间内实际拉速相对于设定拉速的变化趋势确定温度补偿值，具体包括以下步骤：当实际拉速趋向于设定拉速时，基于实际拉速与设定拉速确定拉速偏差的绝对值在观察时间内是否满足维持功率拉速偏差的阈值范围；当实际拉速背离设定拉速时，基于P/I值给定温度补偿。

具体的，在根据实际拉速相对于设定拉速的变化趋势确定温度补偿值之前还需要在拉晶程序中提前设定维持功率拉速偏差的阈值范围，当实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内满足维持功率拉速偏差的阈值范围，停止温度补偿并维持当前功率，使得在当前拉速下有一个过渡过程，使得拉速缓冲到正常设定拉速范围，防止过冲。其中温度补偿的判定同样基于P/I值给定的。

在本实施例中，设定维持功率拉速偏差在3-10mm/h范围内取值，例如：3mm/h、4mm/h、5mm/h、6mm/h、7mm/h、8mm/h、9mm/h、10mm/h；设定观察时间在1-600s范围内取值，例如：50s、100s、120s、150s、180s、200s、240s、250s、300s、350s、360s、420s、450s、480s、500s、540s、550s、600s等。

当实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内不满足维持功率拉速偏差的阈值范围，则基于P/I值给定温度补偿。

同样的，在本实施例中，P值为功率改变系统，I值为积分值，在基于P/I值给定温度补偿之前还需要提前设定功率改变系数P值和积分值I，其中P值即功率调节幅度，本实施例中，P值是恒定不变的；I值随时间正向关联变化，I值为正数，时间越长，I值越大，通过计算P/I值来得出温度补偿值，其中关于P值和I值为实验和经验值，因现有技术关于P/I值的比较完善，对此不多做限定；本实施例中，对温度补偿的调控是通过控制实际功率来调控。

当实际拉速低于设定拉速时，给定负温补，基于P/I值给定的温度补偿值调节实际拉晶功率，即调节实际功率为设定功率与P/I值的差值，直到实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内满足维持功率拉速偏差的阈值范围，停止温度补偿并维持当前功率；

当实际拉速高于设定拉速时，给定正温补，基于P/I值给定的温度补偿值调节实际拉晶功率，即调节实际功率为设定功率与P/I值的和，直到实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内满足维持功率拉速偏差的阈值范围，停止温度补偿并维持当前功率。在功率法拉晶过程中根据上述过程不断调整实际拉速，直到拉晶结束，结束判断工序。

在本发明的另一种实施例中，一种功率法拉晶防止拉速过冲的方法，步骤为：

S1：获取一段时间内等径生长阶段的实际拉速变化值，具体包括以下步骤：获取一段时间内等径生长阶段的单位时间的实际拉速值，根据各个单位时间的实际拉速值得出实际拉速变化值，绘制实时实际拉速曲线。

在本实施例中，步骤S1中，对一段时间内等径生长阶段的单位时间的实际拉速进行实时测量从而获取等径生长阶段各个单位时间的实际拉速，通过测得的各个单位时间的实际拉速值直接绘制生成实际拉速曲线，更加形象直观的反应实际拉速与设定拉速的变化趋势；具体的，对实际拉速测量可以利用合适的测量仪器或工具进行测量，因现有技术比较完善且不是本实施例所保护的内容，对此不多做限定。其中，设定获取等径生长阶段的实际拉速变化值的一段时间在1-600s范围内取值，例如：50s、100s、120s、150s、180s、200s、240s、250s、300s、350s、360s、420s、450s、480s、500s、540s、550s、600s等。

S2：基于设定拉速确定实际拉速相对于设定拉速的变化趋势，具体包括以下步骤：基于实际拉速在各个单位时间相对于设定拉速的变化值，计算各个单位时间实际拉速与设定拉速的各个单位时间的差值，确定实际拉速相对于设定拉速的变化趋势，在本实施例中当各个单位时间的差值随拉晶时间逐渐变小，实际拉速相对于设定拉速的变化趋势为：实际拉速趋向于设定拉速；当各个单位时间的差值随拉晶时间逐渐变大，实际拉速相对于设定拉速的变化趋势为：实际拉速背离设定拉速。

本实施例中，在拉晶之前就会在程序中设定好设定拉速值，通过分析出的实际拉速相对于设定拉速的变化趋势，即实际拉速趋向于或者背离实际拉速，采取不同的操作工序。

S3：根据一段时间内实际拉速相对于设定拉速的变化趋势确定温度补偿值，具体包括以下步骤：当实际拉速趋向于设定拉速时，基于实际拉速与设定拉速确定拉速偏差的绝对值在观察时间内是否满足维持功率拉速偏差的阈值范围；当实际拉速背离设定拉速时，基于P/I值给定温度补偿。

具体的，在根据实际拉速相对于设定拉速的变化趋势确定温度补偿值之前还需要在拉晶程序中提前设定维持功率拉速偏差的阈值范围，当实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内满足维持功率拉速偏差的阈值范围，停止温度补偿并维持当前功率，使得在当前拉速下有一个过渡过程，使得拉速缓冲到正常设定拉速范围，防止过冲。其中温度补偿的判定同样基于P/I值给定的。

在本实施例中，设定维持功率拉速偏差在3-10mm/h范围内取值，例如：3mm/h、4mm/h、5mm/h、6mm/h、7mm/h、8mm/h、9mm/h、10mm/h；设定观察时间在1-600s范围内取值，例如：50s、100s、120s、150s、180s、200s、240s、250s、300s、350s、360s、420s、450s、480s、500s、540s、550s、600s等。

当实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内不满足维持功率拉速偏差的阈值范围，则基于P/I值给定温度补偿。

同样的，在本实施例中，P值为功率改变系统，I值为积分值，在基于P/I值给定温度补偿之前还需要提前设定功率改变系数P值和积分值I，其中P值即功率调节幅度，本实施例中，P值是恒定不变的；I值随时间正向关联变化，I值为正数，时间越长，I值越大，通过计算P/I值来得出温度补偿值，其中关于P值和I值为实验和经验值，因现有技术关于P/I值的比较完善，对此不多做限定；本实施例中，对温度补偿的调控是通过控制实际功率来调控。

当实际拉速低于设定拉速时，给定负温补，基于P/I值给定的温度补偿值调节实际拉晶功率，即调节实际功率为设定功率与P/I值的差值，直到实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内满足维持功率拉速偏差的阈值范围，停止温度补偿并维持当前功率；

当实际拉速高于设定拉速时，给定正温补，基于P/I值给定的温度补偿值调节实际拉晶功率，即调节实际功率为设定功率与P/I值的和，直到实际拉速与设定拉速的拉速偏差的绝对值在观察时间内满足维持功率拉速偏差的阈值范围，停止温度补偿并维持当前功率。在功率法拉晶过程中根据上述过程不断调整实际拉速，直到拉晶结束，结束判断工序。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。