[发明专利]一种根据生长角度控制区熔单晶自动生长的方法

说明书

本发明公开了一种根据生长角度控制区熔单晶自动生长的方法。在该方法控制的区熔单晶自动生长过程中，通过设置单晶生长角度，并且考虑由于单晶直径和熔区深度变化造成的熔区体积变化，从而精确计算出单晶达到预设直径时所需的多晶移动速度。同时线圈功率按照以直径为函数的曲线变化，该函数曲线通过手动拉晶数据拟合得到，在计算过程中，由于预设单晶直径与单晶生长角度有关，故线圈功率也是随单晶生长角度变化。通过如上设置保证多晶移动速度和线圈功率均为单晶达到预设直径的所需数值，且相互匹配，最终保证区熔单晶自动生长的精确控制。采用本方法生长出的区熔硅单晶不受设备与多晶原料影响，单晶肩部具有标准的外形尺寸，一致性非常高。

技术领域

本发明涉及一种根据生长角度控制区熔单晶自动生长的方法，属于区熔单晶生长技术领域。

背景技术

传统区熔拉晶都是人工手动拉制，对操作技术要求非常高，特别是大直径区熔单晶硅，不仅操作难度大，而且操作过程耗时长，人工往往很难精确控制工艺参数，造成一定比例的失误，导致生产效率低下。国外一些大的区熔单晶生产商均已实现自动生长，外形尺寸一致性非常高，而国内多数厂家还停留在手动拉制区熔单晶硅的技术水平。

在区熔单晶生长过程中，单晶直径主要由多晶移动速度和线圈功率控制，只有精确控制这两个参数，并且相互匹配，才能控制单晶直径的有序生长。专利CN102220629A中公开了一种采用直径法控制区熔晶体生长的方法，在该方法中，多晶移动速度v_upper利用公式v_upper＝[(D_crystal+R_growth)/D_poly]²*v_lower来计算，其中R_growth被定义为单晶的生长速率，但在实际工艺过程中该参数没有明确的物理定义，难以确定其合理的数值范围。同时线圈功率在划定的不同直径区间内直接设定，因此在使用该方法自动生长单晶过程中，多晶移动速度随R_growth变化，线圈功率随设定数值线性变化，无法保证二者的相互匹配程度。并且由于切入自动程序时单晶实际生长状态的不同，最终造成单晶肩部的形状、尺寸差异很大，从而影响单晶生长的一致性。因此，有必要改进区熔硅单晶的自动生长工艺方法，以提高区熔单晶生长的一致性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种根据生长角度控制区熔单晶自动生长的方法，能够有效避免单晶断棱问题，提高区熔单晶生长的一致性，提升区熔单晶的成晶率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种根据生长角度控制区熔单晶自动生长的方法，包括以下步骤：

(1)设置单晶的直径区间，以及每个所述直径区间内的单晶表面边缘切线与垂直方向之间的单晶生长角度、多晶旋转速度、单晶旋转速度、单晶移动速度和线圈偏移量；

(2)利用所述单晶生长角度，计算从当前直径生长到预设直径时的单晶体积变化，并将所述单晶体积变化与熔区体积变化相加，得到所需的多晶体积变化，根据所述多晶体积变化得到单晶达到所述预设直径时所需的多晶移动速度；

(3)根据利用手动拉晶记录的数据拟合得到的公式设置与单晶直径对应的线圈功率；

(4)当单晶放肩达到预设自动放肩直径后，切换到自动生长模式，根据采集得到的单晶直径数据，确定相应的直径区间，以与所述单晶生长角度对应的多晶移动速度和所述单晶直径对应的线圈功率进行自动放肩；

(5)当单晶直径到达等径直径时，设置单晶生长角度为0°，进入等径生长阶段，当多晶棒料剩余重量达到需要收尾值时，开始自动收尾。

在该方法中，所述利用所述单晶生长角度，计算从当前直径生长到预设直径时的单晶体积变化为：