重掺硅单晶直拉生长温度信号的保障方法与流程

本发明涉及一种重掺硅单晶直拉生长温度信号的保障方法，属于集成电路技术领域。

背景技术：

在全球信息化进程中，以通信业、计算机业、网络业、家电业为代表的信息技术，获得了飞速发展，信息产业已经成为每一个发达国家的第一大产业。我国信息产业的发展已超过传统产业而成为国民经济中第一大产业和对外出口创汇的支柱产业。半导体工业，特别是集成电路工业是信息产业的基础和核心，是国民经济现代化与信息化建设的先导和支柱产业，是改造和提升传统产业及众多高新技术产业的核心技术。半导体工业的主要物质基础是半导体材料。半导体材料制造技术的不断进步，推动了超大规模、超高速集成电路的迅速发展，带来了现代电子计算机的更新换代。半导体材料、半导体器件及集成电路的发展与应用水平已成为衡量一个国家的国力、国防、国民经济现代化和人民生活水平的重要标志。半导体硅材料是重要的半导体功能材料，其用量约占半导体材料总用量的95％以上。

硅单晶棒的制作在单晶炉中完成，单晶炉具有主炉室和处于主炉室上方的副室以及处于副室上方的籽晶旋转升降机构。主炉室内设有坩锅，主炉室的筒体上设有观察孔，主炉室由主炉室升降机构带动升降，副室由副室提升机构带动提升，坩锅由坩锅驱动机构带动旋转和升降，籽晶旋转升降机构通过钢丝绳连接籽晶夹头。籽晶夹头下端安装了单晶硅制作的籽晶；多晶硅原料的熔化后调整加热功率；在坩埚中心的硅熔体表面找到硅的熔点(1420℃)，熔体在此温度时籽晶与熔体接触，将产生稳定的光圈。该温度即开始晶体生长的温度，一般称为引晶温度。

全自动单晶炉装配了红外线测温仪，通过窗口接收单晶炉内熔体表面或加热器表面的辐射的红外线转换为电信号，此信号传输给控制系统进行处理，控制晶体的自动生长。

CN102586864A披露了一种单晶炉引晶温度寻找和控制方法，“在化料过程中，计算机不断接收到来自测温装置的温度信息，当计算机跟踪到至少5分钟时间内测温装置测得的温度恒定在某一数值上，计算机自动将该温度设定为引晶温度，维持最大化料功率，当到达设定的后段化料时间，计算机指令降低加热装置的功率，计算机根据测温装置采集到的温度信息与设定的引晶温度比较，不断调整加热装置功率，直至采集到的温度与设定的引晶温度一致并保持恒定。”该技术利用晶体从固态变成液态的熔化过程中温度不变的现象寻找硅晶体的熔化温度，从而寻找到引晶温度；该技术方案没有涉及温度信号的采集和判断温度的稳定性。

重掺硅单晶与常规轻掺单晶差别在于晶体中包含的导电杂质浓度有显著的差别：对于N型导电的硅单晶，重掺单晶指杂质浓度大于7.8×10¹⁶atom/cm³(对应电阻率小于0.100Ω.cm)，一般重掺单晶的杂质浓度在4.5×10¹⁸atom/cm³-7.4×10¹⁹atom/cm³(对应电阻率0.010Ω.cm-对应电阻率0.001Ω·cm)。常规轻掺单晶杂质浓度小于4.9×10¹⁵atom/cm³(对应电阻率大于1.0Ω·cm)。重掺单晶杂质浓度比轻掺单晶杂质浓度100-1000倍量级。N型重掺采用低熔点的高纯元素如磷、砷、锑作为掺杂剂，在熔硅中具有较强的挥发性。

重掺硅单晶的生产过程中，最重要、影响最大的两项参数就是生长速度和温度。生长速度只要工艺生长程序适合、机械运行校准无误，在整个晶体生长过程中出现偏差的几率很小。但是温度这一参数在单晶生长中是极易产生衰减的。其影响因素主要有：

1、拉制重掺低电阻率硅单晶时，需要掺入的掺杂量比较大。目前主要的掺杂剂砷、磷、锑，均具有很强的挥发性，大量挥发物在炉体内流转，在遇到通了冷却水温度较低的金属炉壁时会重新凝结成固态沉积。即使热场封闭的再严密，也会有少量的挥发物附着在炉壁上；更何况还可能产生反复回熔、压力和抽力波动等情况。这就使得炉壁上挥发物附着的几率大大增加。当挥发物沉积在温度测量孔内，温度信号将会产生相应的衰减。

2、为了不影响热场的保温效果，一般稳定测量孔都不会很大。每次清洁炉室后都会重新校准测量孔的位置。相同条件下的两次操作也不可能将位置校准的一模一样，一旦产生偏差，温度的反馈数值会将这个偏差放大。

3、温度传感器测量温度的部位是直接对着石墨件的，目前的石墨材质越来越致密，透光也越来越困难。在光感不是特别明显的环境下温度传感器造成测量误差的几率也就相应增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种重掺硅单晶直拉生长温度信号的保障方法，以改善拉晶条件，为单晶生长提供稳定的环境。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种重掺硅单晶直拉生长温度信号的保障方法，在温度测量孔道内衬砌一个薄壁圆管，圆管直径在10～50mm，厚度0.05～0.20mm，长度30～120mm。

其次，所述薄壁圆管的一端嵌入热场的固化保温桶外壁，并延伸至固化保温桶的取光孔，与温度传感器在同一直线上，从而能够避免取光孔没对正传感器而造成温度信号紊乱。

其次薄壁圆管材料对红外光线有高反射，反射率大于85％以上。材料优选高温钼、钨及钼钨合金。

通过在温度测量孔内衬砌的薄钼管，能够达到聚光、防尘、定位的功效。具体而言，当光线射入钼管内即使是斜射入钼管，最终也会被折射到温度传感器上实现聚光效果。加入钼管后，挥发物就不会再漂浮、附着到温度测量孔内，从而实现防尘效果。加入了钼管也就相当于增加了一个定位管，这样就不会再出现固化软毡上的取光开孔与温度测量孔偏差过多，甚至遮挡信号的情况出现。

本发明的优点在于：

本发明的方法能够改善对温度测量条件，测温仪得到稳定的红外线来源，为单晶生长提供稳定的环境；对增加成晶率、分析生长程序等提供较大益处，更能减少工艺异常情况的出现，避免一些操作失误对生产造成意外损失。

附图说明

图1为热场的温度测量孔中加入钼管后的结构示意图。

图2显示热场中所加入的钼管对气流的阻隔情况。

图3显示热场中加入的钼管对稳定光线的凝聚情况。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，在重掺硅单晶直拉生长热场的温度测量孔1内衬砌一光亮的薄钼管2，该钼管的一端嵌入热场的固化保温桶3的外壁，并延伸至固化保温3桶的取光孔，与温度传感器4在同一直线上，从而能够避免取光孔没对正传感器而造成温度信号紊乱。如图2所示，由于钼管表面光洁，挥发物气流沿箭头方向流向钼管，钼管可以阻隔挥发物气流附着，从而稳定传感器信号。如图3所示，由于钼管表面光洁，当光线照射在表面时可以将光线折射，达到聚光效果，图中F表示光线折射路线。