一种电阻率补掺控制方法

技术领域

本发明涉及单晶硅制备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种电阻率补掺控制方法。

背景技术

在制备硅或锗单晶时，通常要在晶棒中添加一定量的掺杂剂，加入的掺杂剂可以决定晶棒的导电类型、电阻率等电学性能，在单晶RCZ拉晶过程中，因掺杂剂分凝及挥发导致加料后坩埚内硅液中掺杂浓度降低，影响产出晶棒电阻率，现有补掺计算逻辑形式比较单一，是建立在经验基础上对晶棒头部电阻波动情况进行监控，仅按照加料量的多少对掺杂剂进行补充，从而粗略的调整单晶电阻率。

现阶段单晶在拉晶过程中，影响掺杂剂损失或者增加的因素较多，主要可以分为：炉台差异（热场尺寸，炉型及炉台通气性等）、不同温度区间挥发不同（RCZ拉晶过程中温度变化）及循环料中带入掺杂剂影响等，现有计算逻辑无法考虑不同温度区间的掺杂剂挥发情况，只能根据车间大数据进行宏观调控，故无法精确对掺杂剂损失量进行计算，影响最终产出电阻均匀性，鉴于此，本发明提出一种电阻率补掺控制方法。

发明内容

本发明技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案，为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种电阻率补掺控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电阻率补掺控制方法，包括以下步骤：

步骤一、利用电阻率与掺杂剂浓度间转换公式，计算需求头部目标电阻率所需掺杂剂重量，标记为理论计算量；

步骤二、根据循环料电阻率及重量计算其所含掺杂剂重量，并扣除加入循环料中带入掺杂剂重量，标记为原料带入量；

步骤三、利用经验及大数据计算单晶在熔料、首投加料、调温引放和转肩过程中掺杂剂挥发及分凝，得出预加掺常量，在装埚时提前加入；

步骤四、计算首投电阻加掺，所述首投电阻加掺=理论计算量-原料带入量+预加掺常量；

步骤五、RCZ段电阻率控制，采用数据与集控系统结合的方式，将可读取的不同功率区间或者温度区间的时间从集控数据中提取，结合各温度梯度的掺杂挥发系数，对每段进行计算，设不同区间分为x1、x2、x3……，对应挥发时间为t1、t2、t3……，对应挥发系数为k1、k2、k3……，分段计算后得出加掺重量M；

步骤六、区分不同电阻率的循环料，并将单晶划分为多个档位，按照不同档位，各档位统一制定模拟值，按照模拟值及加入该档位的原料种类重量进行模拟，分档计算后得出原料中掺杂重量m；

步骤七、随单晶炉运行时间变长，炉台挥发能力变差，挥发系数发生变化，对每个RCZ段进行调整，在原有基础上加入每段系数p1、p2、p3……，根据加料次数RCZ给定系数；

步骤八、因理论值与产出间存在差异，在加入掺杂剂时，需参考上段已产出晶棒电阻率，如产出电阻率不在范围内，则需要校正，按照每1g掺杂剂影响0.03Ω.cm电阻率进行增补，及校正量为n。

优选地，所述在步骤三中，在计算单晶在熔料、首投加料、调温引放和转肩过程中掺杂剂挥发及分凝时，可通过调整首投掺杂量，得出产出电阻率差异，并统计其加入掺杂剂重量差异。

优选地，所述在步骤八中，电阻率不在范围内的指标为，目标电阻率±0.03Ω.cm，如0.85±0.03Ω.cm。

优选地，所述在步骤一中，所述电阻率与掺杂剂浓度间转换公式为：

（1）利用电阻率算掺杂浓度：

电阻率P：

掺硼浓度N：#DIV/O！

掺磷浓度N：#DIV/O！

Z= Err：502

X= Err：502

（2）利用掺杂浓度算电阻率：

掺硼浓度N：

电阻率P： #DIV/O！

掺磷浓度N：

电阻率P:#DIV/O！

Z’= Err：502

Y= Err：502。

优选地，所述在步骤八中，所述计算公式为，以RCZ3为例=p3*M-m+n，其中p3为RCZ3电阻率，M为分段计算加掺重量值，所述m为原料中掺杂重量，所述n为校正量。

优选地，所述步骤一中，所述理论计算量具体包括，根据单晶的电阻率确定掺杂浓度，所述掺杂浓度为单晶的电阻率达到目标电阻率时所需要的掺杂剂的浓度，根据掺杂浓度和单晶炉内的单晶溶液的体积并结合电阻率与掺杂剂浓度间转换公式，确定理论计算量。

优选地，在步骤二中，所述原料带入量为单晶在生长过程中，所加入循环料中带入的掺杂剂重量，所述循环料可分为硅单晶循环料、蓝宝石单晶循环料、锗单晶循环料等。

优选地，所述计算单晶在熔料、首投加料、调温引放和转肩过程中掺杂剂挥发及分凝，包括根据单晶在熔料、首投加料、调温引放和转肩过程中单晶炉的加热功率确定掺杂剂的挥发速度，并根据挥发速度以及单晶棒在生长时间内的挥发时间，确定掺杂剂的挥发量，并确定分凝量，得出预知掺常量。

优选地，所述加掺重量M具体表示掺杂剂在不同加热功率、不同温度以及不同时间的挥发量，并根据挥发量确定所需要掺杂的重量，所述原料中掺杂重量m具体表示根据不同电阻率的循环料将单晶划分不同的档位，并根据所加入循环料的电阻率，确定所需原料中的掺杂剂重量。

优选地，所述校正量n表示根据电阻率的标准范围对掺杂剂的添加量进行增减校正，所述校正量n=（实际电阻率-目标电阻率）/0.03。

本发明的技术效果和优点：

本发明能够根据单晶炉台差异、不同温度区间挥发不同及循环料中带入掺杂剂影响等因素，对掺杂剂损失量进行精准计算并通过增减掺杂剂的方式进行校正控制，保证晶体产出的电阻均匀性，避免掺杂剂损失或者增加影响晶体最终的电阻率，减少人工工作量及因人为造成的计算误差，最大限度降低人工成本，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的流程图之一；

图2为本发明的流程图之二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种电阻率补掺控制方法，具体包括以下步骤：

步骤一、利用电阻率与掺杂剂浓度间转换公式，计算需求头部目标电阻率所需掺杂剂重量，标记为理论计算量，所述理论计算量具体包括，根据单晶的电阻率确定掺杂浓度，所述掺杂浓度为单晶的电阻率达到目标电阻率时所需要的掺杂剂的浓度，根据掺杂浓度和单晶炉内的单晶溶液的体积并结合电阻率与掺杂剂浓度间转换公式，确定理论计算量；

步骤二、根据循环料电阻率及重量计算其所含掺杂剂重量，并扣除加入循环料中带入掺杂剂重量，标记为原料带入量，所述原料带入量为单晶在生长过程中，所加入循环料中带入的掺杂剂重量，所述循环料可分为硅单晶循环料、蓝宝石单晶循环料、锗单晶循环料等；

步骤三、利用经验及大数据计算单晶在熔料、首投加料、调温引放和转肩过程中掺杂剂挥发及分凝，得出预加掺常量，在装埚时提前加入，所述计算单晶在熔料、首投加料、调温引放和转肩过程中掺杂剂挥发及分凝，包括根据单晶在熔料、首投加料、调温引放和转肩过程中单晶炉的加热功率确定掺杂剂的挥发速度，并根据挥发速度以及单晶棒在生长时间内的挥发时间，确定掺杂剂的挥发量，并确定分凝量，得出预知掺常量；

其中在计算单晶在熔料、首投加料、调温引放和转肩过程中掺杂剂挥发及分凝时，可通过调整首投掺杂量，得出产出电阻率差异，并统计其加入掺杂剂重量差异；

步骤四、计算首投电阻加掺，所述首投电阻加掺=理论计算量-原料带入量+预加掺常量。

在步骤一到步骤四中，所述电阻率与掺杂剂浓度间转换公式为（参考国标执行）：

（1）利用电阻率算掺杂浓度：

电阻率P：

掺硼浓度N：#DIV/O！

掺磷浓度N：#DIV/O！

Z= Err：502

X= Err：502

（2）（2）利用掺杂浓度算电阻率：

掺硼浓度N：

电阻率P： #DIV/O！

掺磷浓度N：

电阻率P:#DIV/O！

Z’= Err：502

Y= Err：502

步骤五、RCZ段电阻率控制，采用数据与集控系统结合的方式，将可读取的不同功率区间或者温度区间的时间从集控数据中提取，结合各温度梯度的掺杂挥发系数，对每段进行计算，设不同区间分为x1、x2、x3……，对应挥发时间为t1、t2、t3……，对应挥发系数为k1、k2、k3……，分段计算后得出加掺重量M，所述加掺重量M具体表示掺杂剂在不同加热功率、不同温度以及不同时间的挥发量，并根据挥发量确定所需要掺杂的重量；

步骤六、区分不同电阻率的循环料，并将单晶划分为多个档位，按照不同档位，各档位统一制定模拟值，按照模拟值及加入该档位的原料种类重量进行模拟，分档计算后得出原料中掺杂重量m，所述原料中掺杂重量m具体表示根据不同电阻率的循环料将单晶划分不同的档位，并根据所加入循环料的电阻率，确定所需原料中的掺杂剂重量；

步骤七、随单晶炉运行时间变长，炉台挥发能力变差，挥发系数发生变化，对每个RCZ段进行调整，在原有基础上加入每段系数p1、p2、p3……，根据加料次数RCZ给定系数；

步骤八、因理论值与产出间存在差异，在加入掺杂剂时，需参考上段已产出晶棒电阻率，如产出电阻率不在范围内，（目标电阻率±0.03Ω.cm，如0.85±0.03Ω.cm）则需要校正，按照每1g掺杂剂影响0.03Ω.cm电阻率进行增补，及校正量为n，所述校正量n表示根据电阻率的标准范围对掺杂剂的添加量进行增减校正，所述校正量n=（实际电阻率-目标电阻率）/0.03。

其中，在步骤五到步骤八中的计算公式为，以RCZ3为例=p3*M-m+n，其中p3为RCZ3电阻率，M为分段计算加掺重量值，所述m为原料中掺杂重量，所述n为校正量。

综上述，本发明的逻辑为：

（1）通过计算不同温度区间掺杂剂挥发量不同分段对掺杂进行计算累加方式，得出结果1；

（2）区分不同电阻率的原料（包含重量，按照不同的电阻率均值进行模拟）计算原理带入掺杂剂重量，得出结果2；

（3）根据炉台运行时间对不同运行时间的晶棒给定修订系数；

（4）加入电阻率校正功能，对电阻率偏高炉台进行多加掺杂处理，对电阻率偏低炉台进行减掺杂处理。

结合上述，本发明能够根据单晶炉台差异（热场尺寸，炉型及炉台通气性等）、不同温度区间挥发不同（RCZ拉晶过程中温度变化）及循环料中带入掺杂剂影响等因素，对掺杂剂损失量进行精准计算并校正控制，保证晶体产出的电阻均匀性，避免掺杂剂损失或者增加影响晶体最终的电阻率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。