[发明专利]一种基于恒拉速控制结构的硅单晶直径控制方法

说明书

本发明的目的是提供一种基于恒拉速控制结构的硅单晶直径控制方法，首先依据常规硅单晶控制结构中热场温度和晶体直径数据，辨识热场温度‑晶体直径过程的非线性大滞后预测模型，其中预测模型中的时滞参数，输入输出阶次及模型参数分别通过输出相关性时滞确定算法、利普希茨商及训练栈式稀疏自动编码器获得，然后将栈式稀疏自动编码器作为预测模型引入到非线性广义预测控制算法中，通过预测控制算法中的预测模型，反馈校正，滚动优化等策略实现晶体直径控制，解决了现有硅单晶直径控制过程因晶体提拉速度的剧烈波动而出现的控制效果变差，甚至导致控制失效的问题。

技术领域

本发明属于硅单晶生长控制技术领域，具体涉及一种基于恒拉速控制结 构的硅单晶直径控制方法。

背景技术

随着集成电路的发展，对硅晶圆片的品质要求日益提高，高品质、大尺 寸硅单晶的制备已成为必然趋势。但随硅单晶尺寸增大，其生长条件变得更 加复杂，对硅单晶控制提出了更高的要求。因此，如何采取有效的控制手段 制备高品质、大尺寸且满足集成电路芯片要求的硅单晶材料是非常重要的。

直拉法是制备高品质硅单晶最为重要的一种方法，其广泛应用于制备半 导体和光学介质中。基于直拉法的常规晶体控制结构是利用热场温度和晶体 提拉速度作为控制量实现晶体直径控制。虽然该控制结构可以实现晶体等径 生长，但控制过程中晶体提拉速度的频繁调整会对晶体品质产生较大的影 响。除此之外，热场温度设定依赖人工经验且控制器参数常通过多次实验获 得。当热场温度设定和控制器参数设定不合适时，会导致晶体直径控制效果 较差，甚至导致控制失效。随着晶体控制技术的发展，基于恒拉速的硅单晶控制结构被提出，即晶体提拉速度按照既定的工艺曲线变化而不参与晶体直 径控制，晶体直径控制过程仅依靠热场温度控制变量实现。该控制结构中， 虽然提拉速度波动对晶体品质影响降低，但热场温度-晶体直径过程存在非 线性和大滞后特性，采用常规的控制器难以获得预期的控制效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于恒拉速控制结构的硅单晶直径控制方法， 解决了现有硅单晶直径控制过程因晶体提拉速度的剧烈波动而出现的控制 效果变差，甚至导致控制失效的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于恒拉速控制结构的硅单晶直径控 制方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、获得热场温度和晶体直径数据对(T(k),D(k))，k＝1,2,…,M；

步骤2、采用输出相关性时滞确定算法，利普希茨商，栈式稀疏自动编 码器获得热场温度-晶体直径非线性大时滞模型；

步骤3、通过栈式稀疏自动编码器广义预测控制方法求解热场温度控制 率并实现晶体直径实时控制。

本发明的特点还在于，

步骤1具体为：常规硅单晶生长控制系统中，分别通过热场温度检测装 置和直径检测装置获得热场温度和晶体直径采样信号。

步骤2具体为：

步骤2.1、假定硅单晶热场温度-晶体直径非线性大时滞过程的差分方程；

步骤2.2、采用输出相关性时滞确定算法得到热场温度-晶体直径过程的 时滞参数；

步骤2.3、利用利普希茨商确定热场温度-晶体直径中非线性动态系统的 输入输出阶次；

步骤2.4、利用栈式稀疏自动编码器获得热场温度-晶体直径非线性大时 滞模型函数。

步骤2.1差分方程为：

D(k)＝f[D(k-1),…,D(k-n_y),T(k-d),…,T(k-d-n_u)]+ε(k) (1)