TW201016903A - Reversed action diameter control in a semiconductor crystal growth system - Google Patents
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Description
201016903 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係相關於半導體晶體的生長。尤其是，本發明 係相關於半導體晶體生長系統中之反向動作直徑控制。 【先前技術】 大部分製造半導體電子組件的處理係以單晶矽爲基。 0 習知上，藉由晶體拉引機器來實施Czochralski (柴克勞斯 基）處理，以產生單晶砍的晶銘。Czochralski或CZ處理 包含在位於特別設計的爐之坩堝中熔化高純度的矽或多晶 矽。坩堝典型上係由石英或其他適當材料所製成。在將坩 堝中的矽熔化之後，晶體舉起機構將晶種下降，以接觸矽 熔化物。然後機構抽回晶種，以從矽熔化物拉引生長的晶 體。晶體大體上無缺陷，因此適於製造諸如積體電路等現 代半導體裝置。儘管矽是此討論中的例示材料，但是仍可 φ 以類似方式處理諸如砷化鎵、磷化銦等其他半導體。容許 程度因各個材料的特定特徵而定。 重要的製造參數是從熔化物所拉引之晶錠的直徑。在 形成晶體頸或狹窄直徑部之後，習知CZ處理放大生長晶 體的直徑。藉由減少拉引率或熔化物的溫度，而在自動化 處理控制下進行此，以維持想要的直徑。將坦堝的位置調 整成使熔化物位準相對於晶體保持固定°藉由控制拉引率 、熔化物溫度、及降低的熔化物位準’晶體晶錠的主體以 大約恆定的直徑來生長。在生長處理期間’坩堝在一方向 -5- 201016903 旋轉熔化物，而晶體舉起機構在相反方向連同晶種和晶體 一起旋轉其拉引纜線或軸。 在習知CZ控制方法中，直徑控制系統監視晶體直徑 ，及產生校正項λ ( Ad，t )當作直徑偏差的函數。在坩堝 舉起率受到晶體拉引速度影響的同時，直徑控制操作將此 校正加到標稱晶體拉引速度。如此作係爲了補償降低的坩 堝熔化物位準，使得熔化物位置維持大體上固定。熔化物 位置在處理的進程中慢慢改變。 在熔化物位準上方凸起之晶體下方的熔化物之區域被 稱作彎月形。直徑偏差係由於彎月形高度偏差所導致。彎 月形高度偏差是熔化物中之溫度梯度變化的結果，而後者 係由於熔化物中的浮力所導致。由於比其他區域熱之熔化 物的天生存在區域因此上升或者較冷因此而下降之區域， 而導致浮力發生在熔化物中。若熔化物溫度梯度由於浮力 波動而變得較小，則結晶率增加，如此導致縮小的彎月形 高度。然後以直徑測量系統偵測，縮小的彎月形高度使晶 體的直徑變得較大。控制系統然後產生增加晶體拉引速度 的校正項，以使直徑保持固定。 理想上，直徑控制系統使彎月形高度保持在由於圓柱 形生長所產生之固定値，使得最後的拉引速度變化反映浮 力驅使的熔化物溫度梯度波動。此假設在習知的直徑控制 系統上並不完全有效，因爲它們遭遇到明顯的控制模型和 測量誤差。
一重要的控制參數是v/G，拉引速度v對溫度梯度G -6- 201016903 的比率。溫度梯度包括Gs，其爲固體或晶體中的溫度梯 度：及Gl，其爲液體或熔化物中的溫度梯度。習知系統 上有關v/G之問題即爲，例如當直徑控制系統偵測晶體的 增加直徑時，將偵測到熔化物溫度梯度<3l的臨時降低。 直徑控制系統隨著增加的拉引速度v而回應。結果，已增 加的v/G甚至進一步增加。此條件持續存在直到浮力波動 消失爲止。 φ 一些晶體生長應用旨在產生低缺陷矽，或本質上沒有 空隙或空的缺陷之矽晶體。諸如低缺陷矽生長等應用只與 晶體中的v/Gs有關。在此種應用中，在此種波動期間， Gs保持大約恒定，使得v/Gs偏差只與拉引速度校正成比 例，拉引速度校正係爲熔化物梯度偏差的結果。 然而，此情況隨著重摻雜CZ應用變得更糟。在重摻 雜矽中，添加摻雜劑以改變矽的電特性。由於重摻雜矽， 會發生構造的超冷卻。因爲隔離作用，在固態液態邊界前 • 面，具有有著比熔化物的其他部分稍微高的摻雜劑濃度之 小的一層熔化物。因爲凝固溫度是摻雜劑濃度的函數，所 以在那層中的自發性結晶會由於熔化物溫度的下降而產生 。此環境被稱作構造的超冷卻，及隨著比率v/Gl增加， 其發生的可能性也提高。重摻雜矽應用必須考慮到熔化物 中的v/GL，因爲它們必須避免此種構造的超冷卻。在此例 中，v/Gl偏差具有兩種貢獻：減少的Gl和最後增加的v 低缺陷矽和重摻雜矽應用二者的產量和生產率分別嚴 201016903 重遭受到v/Gs和v/GL偏差的問題。此問題會成爲諸如較 大直徑的CZ晶體生長或增加摻雜等未來應用之障礙，及 通常對產量具有負面作用。 爲了解決此問題已進行幾個嘗試，但是很少成功。大 部分的嘗試使用大量的硬體並且花費不貲。一些建議對付 其源頭（即控制系統）的問題。用於晶體生長系統的控制 系統通常成本相當低，因爲其通常經由控制軟體來實施， 而不需要額外的硬體。 解決此問題的一常見的途徑包含施加磁場，以抑制浮 力波動。然而，此途徑增加超高成本的磁鐵。另一途徑是 使用冷卻罩或熱遮屏，以增加溫度梯度。 解決問題的另一例子（這次在控制系統位準中）建議 一固定的晶種舉起裝配，在其中晶體直徑只由加熱器電力 控制。藉由使用複雜的熱平衡模組來達成此，以最佳化加 熱器控制以及最小化直徑波動。通常，此方法產生固定的 v/Gs和縮小的v/Gl偏差。 不幸的是，實際上僅藉由固定拉引速度並無法達成固 定的v/Gs，因爲介面生長率仍跟隨GL波動。由於缺乏立 即性的校正動作，此導致彎月形高度偏差和最後的直徑偏 差。因爲固有的大時間常數，所以無論基本的控制模組有 多精密複雜，僅藉由加熱器電力來控制直徑將導致明顯的 直徑偏差。 但是這些大的直徑偏差降低產量及生產率，使得固定 的拉引速度打算增加。此外’這些直徑偏差又將導致不想 -8- 201016903 要的介面形狀改變，及它們將降低化學計量一致性。 因此，需要有用以解決v/Gl偏差的問題以及提高半 導體晶體的生長之改良系統和方法。 【發明內容】 此處所說明的系統和方法以新的方式應用直徑反饋系 統，藉以降低或消除晶體生長應用中的v/G偏差。 φ 比率v/G是最重要的晶體生長參數之一。在低缺陷矽 的例子中，v/Gs決定低缺陷矽是否生長，而在重摻雜CZ 的例子中，v/Gl決定構造的超冷卻條件。 習知的CZ控制系統已無法在控制直徑和晶體生長的 時又同時穩定v/G。爲了解決此重要的問題，本實施例在 同時降低或消除v/G偏差時又提供一新的直徑控制方法。 方程式（1)是一維熱平衡方程式，描述結晶率v與 固態液態相邊界之固態Gs及液態GL溫度梯度的相依性。 φ 方程式（1)中的參數代表固相L的特定潛熱，固相導熱 係數Ks，及液相導熱係數Kl。 = ksGs—kLGL (1) 在重摻雜CZ材料的例子中此情況更糟，因爲直徑控 制總是增加v/Gl偏差，此v/Gl偏差係由於浮力感應Gl 偏差所自然發生的。例如，若由於浮力，Gl下降，則結晶 率v將增加’進一步增加v/Gl偏差。再者，Gl原有的下 201016903 降和V最後的增加將導致v/Gl的增加。此迫使系統進入 構造的超冷卻更可能發生之危急情況。 若沒有直徑控制（如、固定的拉引速度），則此情況 將只暫時存在，直到彎月形高度足夠改變到增加Gt和降 低Gs，以足夠再次產生等於拉引速度的V。結果將是稍微 增加的v/GL和過度生長的直徑。 然而，此情況隨著直徑控制系統的添加而改變。爲了 防止直徑過度生長，直徑控制系統將增加拉引率，以維持 用於圓柱形生長的彎月形高度。結果，將存在延長的時間 長度、構造的超冷卻機會明顯增加、及其他相關結構損失 的危急情況，導致諸如蜂巢生長等現象。 在生產低缺陷矽時此情況類似。此處，v/Gs的値決定 低缺陷矽條件是否存在。與最佳v/Gs的偏差將迫使系統 變成空的或有空矽的富含缺陷的生長條件。另外在此處， v/Gs偏差源自於浮力感應偏差。最初產生直徑控制反 作用之偏差不影響v/Gs控制目的。然而，直徑控制又迫 使v/Gs遠離適合的條件。 【實施方式】 現在參考圖式，圖1爲例示半導體晶體生長設備100 的方塊圖。設備1〇〇包括控制單元102、加熱器電力供應 104、及晶體生長室106。設備100另外包括晶體驅動單元 108、晶體軸110、坩堝驅動單元112、及坩堝驅動軸114 -10- 201016903 包含在室106內的是含有熔化物1 加熱器120。在圖1的圖解中，半導體 物1 1 8所形成。控制單元1 02與加熱器 ，以控制加熱器電力供應1 04。藉由控 1 04，熔化物1 1 8的溫度被控制成允許g 的生長。爲了進一步控制熔化物的溫度 可被添加有加熱器電力供應1 04。 φ 晶體驅動單元1 〇8操作成，沿著中 軸1 1 〇。晶體驅動單元1 0 8又操作成， 旋轉晶體軸110。在圖1中，指出逆時 可藉由晶體驅動單元1 0 8的適當控制以 代，及利用兩種旋轉。晶體驅動軸1 1 0 晶體1 22相似的旋轉或移動。晶體驅動 多個電動馬達或其他裝置，用以拉引和 藉由證明透過控制線126來自控制單元 Φ 晶體驅動單元108。 同樣地，坩堝驅動單元1 1 2操作成 移動坩堝驅動軸114，及在中心軸124 軸114。在圖1中，指出順時針方向旋 堝驅動單元112的適當控制可以逆時針 利用兩種旋轉。坩堝驅動軸1 1 4的旋 116相似的旋轉或移動。坩堝驅動單元 電動馬達或其他裝置，用以拉引和旋轉 藉由證明透過控制線128來自控制單元 1 8的坩堝1 1 6以及 晶體122係從熔化 電力供應104耦合 制加熱器電力供應 爸制半導體晶體122 ，加熱器控制器也 心軸124拉引晶體 在中心軸1 2 4四周 針方向旋轉，但是 順時針方向旋轉取 的旋轉或移動產生 單元108包括一或 旋轉晶體軸110。 102的信號來控制 ，沿著中心軸1 2 4 四周旋轉坩堝驅動 轉，但是可藉由坩 方向旋轉取代，及 轉或移動產生坩堝 1 1 2包括一或多個 坩堝驅動軸1 1 4。 102的信號來控制 201016903 坩堝驅動單元1 1 2。 室1 06包括一或多個感測器。在圖1的例示實施例中 ，這些包括相機130和溫度感測器132。將相機130安裝 在室的觀看口附近，旨在觀看熔化物118的表面。相機 130在控制線136上產生指示相機影像之信號，及提供信 號到控制單元1 02。溫度感測器1 32偵測室1 06中的溫度 ，及在控制線1 3 8上將指示溫度的資料提供到控制單元 102° 在圖解的實施例中之控制單元102通常包括中央處理 單元（CPU ) 140、記憶體142、和使用者介面144。CPU 140可以是任何適當的處理裝置，諸如微處理器、數位信 號處理器、數位邏輯功能、或電腦等。CPU 140根據儲存 在記憶體142中的資料和指令來操作。另外，CPU 140使 用諸如透過控制線126、128、136、138等從感測器所接 收的資料和其他資訊來操作。另外，CPU 140操作以產生 控制信號，藉以控制半導體晶體生長設備1 〇〇的各部，諸 如加熱器電力供應104、晶體驅動單元108、及坩堝驅動 單元1 12等。 記憶體1 42可以是任何類型的動態或持續性記億體， 諸如半導體記億體、磁碟或光碟、或這些或其他儲存體的 任何組合等。在一些應用中，本發明可被體現作含有資料 之電腦可讀式儲存媒體，以使CPU 140能夠連同半導體晶 體生長設備1〇〇的其他組件一起執行某些特定的功能。 使用者介面1 44讓使用者能夠控制和監視半導體晶體 -12- 201016903 生長設備100。使用者介面144可包括任何適當的顯示器 ，用以提供操作資訊給使用者，及可包括任何種類的鍵盤 或開關，藉以讓使用者控制和致動半導體晶體生長設備 100 ° 半導體晶體生長設備100能夠根據Czochralski處理 來生長單晶半導體晶錠。根據此處理，將諸如矽等半導體 材料置放在坩堝116中。加熱器電力供應104致動加熱器 φ 120,以加熱矽並且使其熔化。加熱器120將矽熔化物118 保持在液體狀態。根據習知處理，晶種1 46附著到晶體驅 動軸1 10。藉由晶體驅動單元108將晶種146下降到熔化 物1 1 8內。另外，晶體驅動單元1 08使晶體驅動軸1 1 〇和 晶種1 46能夠在諸如逆時針方向等第一方向旋轉，同時坩 堝驅動單元112使坩堝驅動軸114和坩堝116能夠在諸如 順時針方向等相反方向旋轉。在晶體生長處理期間，坩堝 驅動單元112又可視需要上升或下降坩堝116。例如，熔 # 化物118隨著晶體生長而減少，如此上升坩堝驅動單元， 以補償和使熔化物位準保持大體上固定。在此處理期間， 加熱器電力供應1〇4、晶體驅動單元108、和坩堝驅動單 元112全都在控制單元102的控制之下操作。 爲了簡化下面討論，將熱平衡方程式，方程式i，公 式化： (2)
v~ 9s —gL -13- 201016903 取代作 gs s ks/L G$ gt-kt/LGi (3a) (3b) 另外，下面討論係依據下面的公式化比率： rsrv/gs (4a) rL^v/gt (4b)
從方程式2，可推論出下面說明。下面必須是真的 否則晶體將熔化而非生長。 9s >gL (5a) rs<1 (5b) 另外，可進一步導出rs和rL之間的關係
rL =『s/( 1 — rs} (6q) rs = Γι/(1 ^ Γι) (6b)
Qs/gt - 1 /(1 ~r$) = 1 ^ rL (6c) 圖2-圖8爲半導體晶體生長設備中的熱平衡之一連串 圖式。在這些圖式的每一個中，連同晶體2〇4和熔化物 206 —起圖示晶體熔化物介面202。圖2圖示在理想條件 之下的晶體熔化物介面202。圖2又圖示晶體204、熔化 物208、及熱反射器210。 • 14 - 201016903
圖2又圖不標稱晶體溶化物介面位置’以表不’ 及零速率，以vl=〇表示。圖2另外圖TpC熔化物位置’以 表示，及零速率，以vL=〇表示。另外，圖2圖示在 理想條件下的晶體熱梯度’或& =i7 ’及在理想條件下的 熔化物熱梯度’或A = A。最後’圖2圖示生長速率V*=V 及拉引速度 圖3圖示剛好在熔化物溫度梯度偏差已出現之後的晶 φ 體熔化物介面202。在圖3中’在此條件下的晶體熔化物 介面速率現在是νι=δ，晶體熱梯度維持在’但是熔 化物熱梯度具有偏差’或心=iT-^ °生長速率現在是 & “ + 5。在未操作直徑控制系統下，拉引速度維持在“ 〇 圖4圖示在習知直徑控制系統對圖3所示的熔化物溫 度梯度偏差作用之後的晶體熔化物介面202。其圖示在施 加校正之後，晶體熔化物介面速率已回到ν1 = 0。熔化物熱 φ 梯度仍舊具有偏差心=iT-^，生長速率也一樣，vg 。 施加的校正是已調整拉引速度，或 “ + 5。 圖5圖示在已改良直徑控制系統的第一實施例之操作 下的晶體熔化物介面202。直徑控制系統開始對熔化物溫 度梯度偏差作用。圖5圖示晶體熔化物介面速率是在ν1 = δ 。熔化物位置仍舊在< =€，但是已校正熔化速率是 ，跟隨著晶體溶化物介面。晶體熱梯度仍舊在心=5；，而 具有偏差的熔化物熱梯度維持在心=i7-5。生長速率現在 是vs =v + 5及拉引速度是在vp “。 -15- 201016903 圖6圖示利用已改良直徑控制系統的第一實施例控制 熔化物溫度梯度偏差之晶體熔化物介面202。圖6圖示改 變成化=<-从及零速率ν1=0之晶體熔化物介面位置。圖6 又圖示已改變熔化物位置欠=欠-ΔΑ和零速率vL = 〇。已校正 晶體熱梯度現在是，及具有偏差的熔化物熱梯度 現在是心=iT-^。生長速率和拉引速度現在分別是\ =v和
Vp = V ° 圖7圖示具有已改良直徑控制系統的第二實施例之晶 體熔化物介面。在圖7中，已改良直徑控制系統繼續對熔 化物溫度梯度偏差作用，當晶體熱梯度改變時，調整拉引 速度以使rs保持固定。圖7圖示在位置& =&-Δ/ι但是介面 位置速率現在是ν, = 的晶體熔化物介面。熔化物 位置是在和已校正速率是vL = Vl，跟隨著晶體熔 化物介面。晶體熱梯度現在是gs 。具有偏差的熔化 物熱梯度現在是&=心-5。生長速率現在是vg=v + -△&，及 已調整拉引速度☆ =v-rsA^s，其中Ags =/(△/〇。 圖8圖示利用第二實施例的直徑控制系統控制熔化物 溫度梯度偏差之晶體熔化物介面。圖 8圖示位置在 及零速率Vl=0之晶體熔化物介面。圖8亦圖示熔 化物位置心=&-ΔΑ及零速率vL = 0。已校正晶體熱梯度現在 是& 。具有偏差的熔化物熱梯度是。生長 速率是及已調整拉引速度是。 1-^5 1-^5 圖9圖解實施習知技術直徑控制之習知半導體晶體生 長設備900。設備900包括拉引室902，其包括從坩堝906 201016903 拉引出的晶體904。熔化物908包含在坩堝906中。系統 900另外包括熱反射器910、晶種舉起馬達912、和坩堝舉 起馬達914。系統900另外包括晶體直徑測量裝置916和 相關直徑控制系統9 1 8。坩堝熔化物位準下降補償機構 920控制坩堝舉起馬達914。系統900另外包括加熱器922 和加熱器反饋控制系統924，其被設計成藉由經由供應的 加熱器電力來調整熔化物溫度，以使直徑控制系統的平均 φ 速度校正爲零。 通常，晶體生長設備900包括上面結合圖1所說明的 類型之控制系統。控制系統產生目標拉引速度輸出926， 產生用於晶種舉起馬達912的標稱拉引速度信號。同樣地 ，控制系統產生控制信號，以控制坩堝熔化物位準下降補 償機構920，產生利用坩堝舉起馬達9 1 4之坩堝舉起，坩 堝舉起馬達914被設計成補償下降坩堝熔化物位準。 就直徑控制而言，設備900的控制系統包括直徑控制 • 系統918。此系統產生用於晶種舉起馬達912的拉引速度 校正信號。拉引速度校正信號被設計成爲晶體904維持一 恆定的晶體直徑。 當從熔化物908拉引出晶體904時，坩堝906中的熔 化物位準下降。同時，以坩堝舉起馬達914提高坩堝906 ，以補償下降的坩堝熔化物位準’使得熔化物位置以及熔 化物表面和熱反射器9 1 0之間的間隙維持固定’晶體904 中的熱梯度gs也一樣。 從熔化物908拉引出晶體904之速度係藉由目標拉引 -17- 201016903 速度V加上來自直徑控制系統9 1 8的校正項λ所決定。 理想上，校正項卩是零，如圖2以及相關內文所指出 —般。然而，由於熔化物流中的浮力波動，所以晶體熔化 物介面中的熔化物溫度梯度也遇到波動。熔化物溫度梯度 波動-δ將使晶體熔化物介面能夠以速率ν1 = δ改變，其爲 拉引速度和生長率之間的差，如圖3所示。結果，濕潤角 改變，使晶體的直徑能夠開始變化。
直徑控制系統9 1 8，回應於觀察到的直徑變化，然後 產生速度校正λ，其被施加到拉引速度以回應原有干擾， 使得直徑維持固定。再者，晶體熔化物介面的位置維持固 定，如圖4所示。直徑控制系統918實施閉合廻路反饋控 制系統。其輸出信號將大體上爲使直徑保持固定的信號， 在目前的例子中λ = ν丨。 就此習知直徑控制例子而言，能夠經由平均値 及δ來表示比率1^及rL，如下（參考圖4):
以及 广t V ν-¥δ —sr —— Sl (8) 自此，由於浮力驅使熔化物溫度梯度波動δ所導致之 這些比率的偏差以及對其做出回應的控制系統能夠被估算 如下。 -18- 201016903 A s Ί (9) 以及 ^=(1 + ^)^- (10) 圖10爲半導體晶體生長設備1 000中之直徑控制的第 —實施例圖。設備1 000包括拉引室1002，其包括從坩堝 1006拉引的晶體1004。熔化物1 008包含在坩堝1 006中 • 。系統1000另外包括熱反射器1010、晶種舉起馬達1012 、及坩堝舉起馬達1014。系統1000另外包括晶體直徑測 量裝置1 0 1 6和相關直徑控制系統1 〇 1 8。坩堝熔化物位準 下降補償機構1 020控制坩堝舉起馬達1014。控制系統目 標拉引速度輸出1 022是諸如圖1的控制系統102等控制 系統的一部位。系統1〇〇〇另外包括裝置1 024，其估計梯 度變化Ags，其爲熔化物位置變化的結果，其爲供應校正 項到坩堝舉起之直徑控制系統的結果。系統1000另外包 ® 括加熱器1 026和加熱器反饋控制系統1028，其被設計成 藉由經由所供應的加熱器電力來調整熔化物溫度，而使平 均梯度調整Ags爲零。 控制系統的目標拉引速度輸出1 022產生用於晶種舉 起馬達1012的標稱拉引速度信號。控制系統坩堝熔化物 位準下降補償機構1 020產生欲施加到坩堝舉起馬達1014 的坩堝舉起信號，以補償下降的坩堝熔化物位準。控制系 統直徑控制系統1018產生拉引速度校正，其被設計用以 維持固定的晶體直徑。 -19- 201016903 以預定的拉引速度V將晶體1 004從熔化物1 008拉引 出。同時，以補償由於以速度卩拉引晶體所導致之坩堝 10〇6中的熔化物位準下降之速度減掉直徑控制系統1018 之輸出的校正項λ的組合之速度，由坩堝舉起馬達1014 提高坩堝1 006。 理想上，校正項是零，如連同圖2所圖解說明一般。 然而，由於熔化物流中的浮力波動，所以當熔化物溫度梯 度波動-δ發生時，晶體熔化物介面開始以速率=δ改變 (見圖3 )。彎月形高度和濕潤角的最後變化最終產生直 徑變化，由直徑控制系統1 〇 1 8偵測此變化。然後直徑控 制系統1018產生從坩堝舉起減掉的輸出項λ。因爲直徑控 制系統1018是閉合廻路反饋控制系統的一部分，所以直 徑控制輸出信號將使熔化物位置以相同速率vL = Vl4跟隨 晶體熔化物介面（見圖5)，使彎月形高度、濕潤角、及 直徑保持固定。 結果是，熱反射器1〇1〇和熔化物表面之間的加寬間 隙。此接著使晶體1〇〇4中的熱梯度能夠改變。結果，一 旦晶體中的熱梯度已變成Α ，則最後晶體熔化物介 面將停止改變，因爲熱平衡方程式產生等於拉引速率的生 長速率vp =g, -a =[(見圖6 )。在那點，直徑控制系統 1018的輸出信號將變成零，因爲其將不再偵測直徑變化。 在此種系統中，經由平均値及δ所表示之比率 rs及Γε將變成 -20- 201016903 rs V V Ss Ss~s 以及
rL
V
8l Bl~S 及這些比率與其理想値的最後偏差可被估計如下 δ Ts 以及 δTc 因爲&總是小於1，所以此方法將總是比習知系統更 能降低rs偏差。 在低缺陷矽生產的例子中，其中最小的可能f偏差具 有最高的優先順序，^典型上在0.5附近。此意謂著，在 此種例子中，此處所說明之改良的系統和方法將以比習知 技術的rs偏差小50%來提供相同的直徑控制性能。 因子 與習知直徑控制系統比較，改良的控制系統和方法以 1 + q 來降低α偏差。在重摻雜矽生產的例子中，其中 最小的可能厂和最小的可能rL偏差是最重要的，；7典型上 小於1。在此種例子中，改良的控制設備和方法將以比習 知系統的rL偏差小5 0%以上來提供相同的直徑控制性能。 圖11圖解半導體晶體生長系統1100中的第二習知技 術直徑控制。系統1 1〇〇包括拉引室1 102，其包括從坩堝 1106拉引的晶體11〇4。熔化物1108包含在坩堝1106中 -21 - 201016903 。系統1100另外包括熱反射器1110、晶種舉起馬達1112 、和坩堝舉起馬達1114。系統1100另外包括晶體直徑測 量裝置1 1 1 6和相關直徑控制系統1 1 1 8。坩堝熔化物位準 下降補償機構1120控制坩堝舉起馬達1114。 圖11圖解半導體晶體生長設備1100中的直徑控制之 第二實施例。設備1100包括拉引室11 02，其包括從坩堝 1 106拉引的晶體1 104。熔化物1 108包含在坩堝1 106中 。系統1100另外包括熱反射器1110、晶種舉起馬達1112 、和坩堝舉起馬達1114。系統1100另外包括晶體直徑測 量裝置1 1 1 6和相關直徑控制系統1 1 1 8。坩堝熔化物位準 下降補償機構1120控制坩堝舉起馬達1114。控制系統目 標拉引速度輸出1 122是諸如圖1的控制系統102等控制 系統的一部位。系統1100另外包括裝置1124，其估計梯 度變化Ags，其爲熔化物位置變化的結果，其爲供應校正 項到坩堝舉起之直徑控制系統的結果。系統1100又包括 v/G校正成分1125。系統1100另外包括加熱器1126和加 熱器反饋控制系統1 1 2 8，其被設計成藉由經由所供應的加 熱器電力來調整熔化物溫度，而使平均梯度調整^gs爲零 〇 在操作時，控制系統目標拉引速度輸出1122產生用 於晶種舉起馬達1112的標稱拉引速度信號。坩堝熔化物 位準下降補償機構1120產生坩堝舉起信號，以當從坩堝 1 1 06拉引晶體1 1 04時補償下降的坩堝熔化物位準。直徑 控制系統1118產生拉引速度校正信號’其被設計用以維 -22- 201016903 持固定的晶體直徑。根據裝置1124所估計的梯度變化， v/G校正成分1125，產生速度校正項，以利用變化的晶體 溫度梯度來修正V，藉以使rs = v/gs準確地保持在想要的 値i = 。校正項與標稱拉引速度信號組合。 如同圖10所圖解的系統1000 —般，從熔化物1108 拉引出晶體1104，同時，以補償由於拉引晶體1104所導 致之坩堝1106中的熔化物位準下降之速度減掉直徑控制 φ 系統1118之輸出的校正項λ的組合之速度，由坩堝舉起 馬達1 1 14提高坩堝1 106。 與圖10所示之系統1 0 00相反地，圖11的系統1110 之拉引速度包括預定速度卩加上校正項。此校正項衍生自 熔化物位置的變化（關於施加到坩堝舉起之直徑控制系統 輸出的積分），其被用於估計由於熔化物位置變化之晶體 溫度梯度的變化。就小的熔化物位置變化而言，晶體溫度 梯度的變化差不多與熔化物位置變化成比例，及可從電腦 • 模擬估算出此二者之間的關係。 再者，如同圖10所示之系統1 000 —般，開始於未受 干擾狀態（見圖2 )，熔化物溫度梯度波動-δ使晶體熔化 物介面能夠以速率ν^δ改變（見圖3)。此直徑的最後變 化係藉由直徑控制系統1118所偵測，產生輸出項λ，其係 從坩堝舉起信號減掉者。因爲是使直徑保持固定之閉合廻 路反饋控制系統的一部分，所以直徑控制輸出λ將是使熔 化物位置以速率k = vL = Vl跟隨晶體熔化物介面之値（見圖 4)，使濕潤角、及直徑保持固定（見圖4)。 -23- 201016903 當熔化位置改變時，依據累積的熔化物位置變化Ah 來估計晶體溫度梯度的變化Ags。以項來校正拉引速 度，使得實際比率rS維持固定在(見圖6)
Ss +^gs 如同圖10所示之系統1 000 —般，結果是，熱反射器 1 1 1 0和熔化物表面之間的加寬間隙，其使晶體1 1 04中的 熱梯度能夠改變。一旦晶體1104中的熱梯度已變成足以 使拉引速度和生長率相等vp = vg，則晶體熔化物介面將停 @ 止改變。 然而，與圖10的系統1 000相反地，在圖1 1的系統 1 100中，現在將在☆ =i7--2=及V =v “一一時發生，因 l-rs l-rs 爲未改變的晶體溫度梯度調整拉引速度》 在受控的狀態下，利用動作直徑控制，能夠經由平均 値〜&^及δ表示比率rs及fL。
v-rJ： δ _ δ Ss ,— 以及 V δ ν -η- .51-^5 gL-δ 自此，經由設計rs偏差現在爲零。 v
Xfs r5 Λ δ ^siTs -24- 201016903 以及rL偏差將是
v_£_ 7S Sl 8l 其中，藉由使用上述的方程式（4b)及（6a)，結果 也是零。 Α Λ - S _ S =〇 = rt—rL — 8l Sl 圖12圖解半導體晶體生長系統1200中之第三習知技 術的直徑控制。系統1200包括拉引室1202，其包括從坩 堝1 206拉引的晶體1204。熔化物1 208包含在坩堝1206 中。系統1200另外包括熱反射器1210、晶種舉起馬達 1212、及坩堝舉起馬達1214。系統1200另外包括晶體直 徑測量裝置1 2 1 6和相關直徑控制系統1 2 1 8。坩堝熔化物 位準下降補償機構1220控制坩堝舉起馬達1214。 系統1 200包括類似於圖1的控制系統102之控制系 統。控制系統具有目標拉引速度輸出1222，其產生用於晶 種舉起馬達1212的標稱拉引速度信號。控制系統另外包 括坩堝溶化物位準下降補償機構1220，其產生坩堝舉起信 號，以補償下降的坩堝熔化物位準。控制系統又包括直徑 控制機構1218，以產生拉引速度校正信號，藉以維持固定 的晶體直徑。 系統1200另外包括裝置1224，其估計熔化物位置變 -25- 201016903 化的結果之梯度變化Ags。控制系統另外包括v/G校正系 統1225。控制系統的v/G校正系統1225根據參數X來操 作，X決定上文連同圖1〇所說明的第一實施例和上文連同 圖11所說明的第二實施例之間的組合。控制系統回應參 數X的値，及利用乘上參數X的變化晶體溫度梯度來產生 速度校正項。另外，參數y決定傳統控制和根據本文所說 明之實施例的控制之間的組合。 從上文，能夠看出，本發明提供一改良的方法和系統 ，用於控制半導體晶體的生長。本文所說明的實施例提供 可靠的晶體直徑控制。此外，這些實施例也降低諸如熔化 物中的浮力等因素對熔化物中和晶體中的溫度梯度之影響 。重要參數v/G受到精確控制。 因此，希望上述詳細說明被視作圖解說明而非限制， 及應明白，欲以下面的申請專利範圍，包括所有同等物， 定義本發明的精神和範疇。 【圖式簡單說明】 圖1爲例示半導體晶體生長設備的方塊圖； 圖2-圖8爲半導體晶體生長設備中之一連串熱平衡圖 t 圖9爲半導體晶體生長設備中之習知技術的直徑控制 圖； 圖10爲半導體晶體生長設備中之直徑控制的第一實 施例圖； -26- 201016903 圖11爲半導體晶體生長設備中之直徑控制的第二實 施例圖；及 圖12爲半導體晶體生長設備中之直徑控制的第三實 施例圖。 【主要元件符號說明】 100 :設備 φ 102 :控制單元 1 〇 4 :加熱器電力供應 106:晶體生長室 108 :晶體驅動單元 1 1 〇 :晶體軸 1 1 2 :坩堝驅動單元 1 1 4 :坩堝驅動軸 1 1 6 :坦堝 φ 1 1 8 :熔化物 1 2 0 :加熱器 122 :半導體晶體 1 2 4 :中心軸 1 2 6 :控制線 1 2 8 :控制線 1 3 0 :相機 1 3 2 :溫度感測器 1 3 6 :控制線 -27- 201016903 1 3 8 :控制線 140 :中央處理單元 142 :記憶體 1 44 :使用者介面 1 4 6 :晶種 202 :晶體熔化物介面 204 :晶體 2 0 6 :熔化物 2 1 0 :熱反射器 900 :半導體晶體生長設備 902 :拉引室 904 :晶體 9 0 6 :坩堝 9 0 8 :熔化物 910 :熱反射器
9 1 2 :晶種舉起馬達 9 1 4 :坩堝舉起馬達 9 1 6 :晶體直徑測量裝置 9 1 8 :相關直徑控制系統 920 :坩堝熔化物位準下降補償機構 9 2 2 :加熱器 924 :加熱器反饋控制系統 926 :目標拉引速度輸出 1 000 :半導體晶體生長設備 -28- 201016903 1 002 ： 拉引室 1 004 ： 晶體 1 006 ： 坩堝 1 008 ： 熔化物 1010 ： 熱反射器 1012 ： 晶種舉起馬達 1014 ： 坩堝舉起馬達 φ 1016 : 晶體直徑測量裝置 10 18： 相關直徑控制系統 1 020 ： 坩堝熔化物位準下降補償機構 1 022 ： 目標拉引速度輸出 1 024 ： 裝置 1 026 ： 加熱器 1 028 ： 加熱器反饋控制系統 1100： 半導體晶體生長系統 φ 1102： 拉引室 1104： 晶體 1106： 坩堝 1108： 熔化物 1110： 熱反射器 1112： 晶種舉起馬達 1114： 坩堝舉起馬達 1116: 晶體直徑測量裝置 1118: 相關直徑控制系統 -29 - 201016903 1120 :坩堝熔化物位準下降補償機構 1 122 :控制系統目標拉引速度輸出 1124：裝置 1125： v/G校正成分 1 1 2 6 :加熱器 1 128 :加熱器反饋控制系統 1200 :半導體晶體生長系統 1202 :拉引室 1204 :晶體 1206 ：坩堝 1 2 0 8 :熔化物 1 2 1 0 :熱反射器 1 2 1 2 :晶種舉起馬達 1 2 1 4 :坩堝舉起馬達 1 2 1 6 :晶體直徑測量裝置 1 2 1 8 :相關直徑控制系統 1220 :坩堝熔化物位準下降補償機構 1222 :目標拉引速度輸出 1224 :裝置 1 225 : v/G校正系統 1 2 2 6 :加熱器 1 228 :加熱器反饋控制系統
Claims (1)
- 201016903 七、申請專利範面： 1. 一種半導體晶體生長方法，包含： 以一標稱拉引速度從一坩堝中的熔化物拉引一晶體； 產生一坩堝舉起信號，以補償該坩堝中的熔化物位準 之降低； 依據該晶體的直徑，產生一校正信號；及 組合該坩堝舉起信號和該校正信號，以使該直徑保持 Φ 實質上固定。 2·根據申請專利範圍第1項之半導體晶體生長方法， 另外包含： 舉起該坩堝以回應該坩堝舉起信號，藉以補償該坩堝 中的熔化物位準之降低。 3. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶體生長方法， 另外包含： 偵測由於該熔化物中的浮力波動所導致之該晶體的該 _ 直徑變化。 4. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶體生長方法， 另外包含： 偵測由於該晶體和該熔化物之間的一介面之位置變化 所導致的該晶體之直徑變化。 5. 根據申請專利範圍第4項之半導體晶體生長方法’ 其中產生一校正信號包含： 產生一校正信號，以使該熔化物的該位置跟隨該晶體 和該熔化物之間的該介面之該位置。 -31 - 201016903 6. —種晶體製造設備，包含： 一坩堝，用以支托熔化物； 一晶種舉起馬達，用以從該熔化物拉引一晶體，以回 應一速度信號； —坩堝舉起馬達，用以舉起一坩堝，以回應一舉起信 號； 一控制系統，包括 一坩堝熔化物位準下降補償模組，用以產生該舉 @ 起信號，以補償由於從該熔化物拉引該晶體所導致之該坩 堝中的熔化物位準之降低，及 —直徑控制模組，用以產生一校正信號， 該坩堝舉起馬達回應該舉起信號和該拉引速度校正信 號，以維持一實質上固定的晶體直徑。 7. 根據申請專利範圍第6項之晶體製造設備，另外包 含： 0 —組合器，用以組合該舉起信號和該拉引速度校正信 號，及用以產生一舉起馬達控制信號。 8. 根據申請專利範圍第6項之晶體製造設備，另外包 含： 一晶體直徑測量系統，用以偵測該晶體的該直徑變化 和產生一直徑信號，該直徑控制模組回應該直徑信號，以 產生該拉引速度校正信號。 9. 根據申請專利範圍第8項之晶體製造設備，其中該 -32- 201016903 晶體直徑測量系統被組配成偵測由於該熔化物中的浮力波 動所導致之直徑變化。 10. 根據申請專利範圍第8項之晶體製造設備，其中 該晶體直徑測量系統被組配成偵測由於該坩堝中的一晶體 熔化物介面變化所導致的直徑變化。 11. 根據申請專利範圍第8項之晶體製造設備，其中 該晶體直徑測量系統被組配成偵測由於該熔化物中的溫度 φ 梯度變化所導致之直徑變化。 12. 根據申請專利範圍第6項之晶體製造設備，其中 該控制系統另外包含： 一目標速度模組，用以產生用於該晶種舉起馬達的一 標稱拉引速度信號。 13. —種半導體晶體生長方法，包含： 以一標稱拉引速度從一坩堝中的熔化物拉引一晶體； 依據由於該坩堝中的熔化物位置改變所產生之晶體溫 # 度梯度改變之一估計，而產生一拉引速度校正； 組合該標稱拉引速度和該拉引速度校正，以產生一已 調整拉引速度，用以從該坩堝中的該熔化物拉引該晶體： 產生一坩堝舉起信號，以補償該坩堝中的熔化物位準 之降低； 依據該晶體的直徑，產生一舉起校正信號；及 組合該坩堝舉起信號和該舉起校正信號，以使該直徑 保持實質上固定。 14. 根據申請專利範圍第13項之方法，其中產生一拉 -33- 201016903 引速度校正包含，依據該坩堝中的一熔化物位置變化來產 生一拉引速度校正。 15. 根據申請專利範圍第13項之方法，其中使用該舉 起校正信號來產生該拉引速度校正。 16. 根據申請專利範圍第13項之方法，另外包含： 偵測該晶體的該直徑變化； 依據該直徑變化，產生該拉引速度校正；及 依據該直徑變化，產生該舉起校正信號。 17. 根據申請專利範圍第16項之半導體晶體生長方法 ，其中偵測該晶體的該直徑變化包含： 偵測由於該熔化物中的浮力波動所導致之該晶體的該 直徑變化。 1 8 .根據申請專利範圍第1 3項之半導體晶體生長方法 ，另外包含： 舉起該坩堝以回應該坩堝舉起信號，藉以補償該坩堝 中的熔化物位準之降低。 19. 一種晶體製造設備，包含： 一坩堝，用以支托熔化物； 一晶種舉起馬達，用以從該熔化物拉引一晶體，以回 應一速度信號； 一坩堝舉起馬達，用以舉起該坩堝，以回應一舉起信 n»fe · Μ > 一控制系統，包括 一目標速度模組，用以產生一標稱速度信號， -34- 201016903 一拉引速度校正模組，用以產生一拉引速度校正 信號，以回應變化的晶體溫度梯度， 一坩堝熔化物位準下降補償模組，用以產生該舉 起信號，以補償由於從該熔化物拉引該晶體所導致之該坩 堝中的熔化物位準之降低，及 一直徑控制模組，用以產生一校正信號， 其中 該坩堝舉起馬達回應該舉起信號和該拉引速度校正信 號，以維持一實質上固定的晶體直徑。 20.根據申請專利範圍第19項之晶體製造設備，其中 該拉引速度校正模組回應來自該直徑控制模組的該校正信 號，以產生該拉引速度校正信號，及其中該坩堝熔化物位 準下降補償模組回應該校正信號，以產生該舉起信號。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4784401B2 (ja) * | 2006-05-30 | 2011-10-05 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 |
| JP5083001B2 (ja) * | 2008-04-08 | 2012-11-28 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶の引上げ方法 |
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| KR102064617B1 (ko) * | 2013-09-30 | 2020-01-09 | 에스케이실트론 주식회사 | 잉곳 성장 제어장치 및 이에 적용되는 잉곳 성장 제어방법 |
| CN113897672A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-07 | 江西匀晶光电技术有限公司 | 一种适用提拉法的单晶生长直径控制装置 |
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| CN120537029A (zh) * | 2025-06-20 | 2025-08-26 | 昆明理工大学 | 单晶硅生长炉及其控制方法 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69133236T2 (de) * | 1991-04-26 | 2004-02-26 | Mitsubishi Materials Corp. | Verfahren zur Einkristallzüchtung |
| US5653799A (en) * | 1995-06-02 | 1997-08-05 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method for controlling growth of a silicon crystal |
| US5656078A (en) * | 1995-11-14 | 1997-08-12 | Memc Electronic Materials, Inc. | Non-distorting video camera for use with a system for controlling growth of a silicon crystal |
| US5888299A (en) | 1995-12-27 | 1999-03-30 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Apparatus for adjusting initial position of melt surface |
| US5993902A (en) * | 1997-04-09 | 1999-11-30 | Seh America, Inc. | Apparatus and method for extending the lifetime of an exhaust sleeve for growing single crystal silicon by silicon nitride (SI3 N4) coating |
| US5882402A (en) * | 1997-09-30 | 1999-03-16 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method for controlling growth of a silicon crystal |
| US6171391B1 (en) * | 1998-10-14 | 2001-01-09 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method and system for controlling growth of a silicon crystal |
| JP4414504B2 (ja) | 1999-03-19 | 2010-02-10 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | 結晶体の直径制御装置 |
| US6776840B1 (en) * | 1999-03-22 | 2004-08-17 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method and apparatus for controlling diameter of a silicon crystal in a locked seed lift growth process |
| US6241818B1 (en) * | 1999-04-07 | 2001-06-05 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method and system of controlling taper growth in a semiconductor crystal growth process |
| US6203611B1 (en) * | 1999-10-19 | 2001-03-20 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method of controlling growth of a semiconductor crystal to automatically transition from taper growth to target diameter growth |
| JP2001220285A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-14 | Sumitomo Metal Ind Ltd | シリコン単結晶の温度勾配測定方法、温度センサーおよびこれを用いた育成方法 |
| JP3528758B2 (ja) * | 2000-05-31 | 2004-05-24 | 三菱住友シリコン株式会社 | 単結晶引き上げ装置 |
| JP4055362B2 (ja) * | 2000-12-28 | 2008-03-05 | 信越半導体株式会社 | 単結晶育成方法および単結晶育成装置 |
| US7195669B2 (en) * | 2002-07-05 | 2007-03-27 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation | Method of producing silicon monocrystal |
| US6960254B2 (en) * | 2003-07-21 | 2005-11-01 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method to monitor and control the crystal cooling or quenching rate by measuring crystal surface temperature |
| TW200706711A (en) | 2005-08-12 | 2007-02-16 | Komatsu Denshi Kinzoku Kk | Control system and method for time variant system control object having idle time such as single crystal producing device by czochralski method |
| JP4784401B2 (ja) | 2006-05-30 | 2011-10-05 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 |
| JP5073257B2 (ja) | 2006-09-27 | 2012-11-14 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | 単結晶製造装置及び方法 |
-
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119392355A (zh) * | 2024-10-25 | 2025-02-07 | 中环领先(徐州)半导体材料有限公司 | 单晶生长的方法、单晶生长设备及其控制装置 |
Also Published As
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