1、 集成電路的發展要求硅材料的研究工作能與之同步。MDRAM是當前半導體器件的代表產品，其特征尺寸的縮小，芯片面積的增大要求高質量大直徑的硅片。國外許多材料廠家已能夠批量生產200mm硅單晶，同時，近幾年新建成的器件制造線中，絕大多數是按200mm線設計的。可以預見未來幾年中，200mm硅單晶在整個世界半導體市場上的比重會越來越大，可以說，硅單晶的直徑尺寸直接反映著一個國家經濟發展的水平。1995年9月，我們通過引進設備，拉制出了我國第一根0200mmp型100硅單晶，填補了國內空白，這標志著我國半導體材料的研究上了一個新臺階。本文從生長工藝的角度分析拉制0200mm無位錯硅單晶的各項條件。1實

2、驗方法在CG-6000型直拉單晶爐上，采用450mm熱場，60kg裝料量拉制0200mmp型100硅單晶，氬氣流量55L/min,爐內壓力2.402.93kPa,晶轉12r/min,堝轉12r/min,拉晶速度在55mm/h30mm/h之間，對S0P（系統操作參數）表中的各項用最佳的經驗數據填寫,采用全自動拉晶技術,均勻控制拉晶過程中各項參數的變化。2實驗分析及討論單晶的無位錯生長對于0200mm的硅單晶，保證單晶的無位錯生長是很困難的,以下幾個條件在拉制大直徑單晶的過程中尤其重要。足夠的穩定時間和規范的縮頸工藝對于拉制0200mm硅單晶的450mm熱場，裝料量大，化料功率高(150kW)，熱

3、容量相當大，化完料后的穩定非常重要。實驗發現，如果穩定時間少于兩個小時，在放肩過程中能明顯看到由于溫度的波動引起的放肩生長速度的突變，容易產生晶變。因此化完料后的穩定應多于兩個小時。縮頸是拉制無位錯單晶的基礎，雖然理論上可以計算出位錯排除體外的細頸長度(L=DctgB)，但實驗表明，理論計算的縮頸長度還不能確得無位錯單晶的生長，拉制大直徑單過程中，嚴格規范了工藝，要求縮頸直徑3.54.5mm,長度100mm。這樣可以確保排除籽晶引入的位錯。熱場的配置熱場配置是拉制無位錯單晶最關鍵的環節，等徑生長過程中經常由于晶體中熱應力超過了硅的臨界應力而產生位錯，晶體中的熱應力是與晶體生長的環境-熱場有直接

4、的關系。軸向溫度梯度和徑向溫度梯度不引起位錯的條件分別是1卩/bXdT/dZWTc/Gbr(1)(2)卩/bXdT/drWTc/Gbl式中，卩是硅的熱脹系數，b是柏格斯矢量的絕對值，G是切變模量，Tc是硅的臨界應力，r是晶體半徑，l是晶體長度。由(1)式可以看出，晶體直徑的增大，必然要求軸向溫度梯度的減小。(2)式則要求晶體的徑向溫度梯度要小，實驗過程中，我們盡量加強熱場的保溫，同時用合理的工藝參數控制生長界面的形狀確保生長界面的平坦，減小徑向的熱應力，保證單晶的無位錯生長。工藝參數的選擇工藝參數的選擇除了為控制晶體的質量外，還必須有利于晶體的無位錯生長。在拉制200mm硅單晶過程中，為盡量保

5、持生長界面的平坦，減少由于界面彎曲產生的應力，采取了低拉速(5530mm/h)、低晶轉(12r/min)、高堝轉(12r/min)的拉晶條件。對于0200mm的硅單晶來說，界面產生的結晶潛熱極易形成凹界面,而上述三個拉晶條件都能起到抑制凹界面的作用，實驗表明，上述參數選擇在拉制0200mm的單晶中是合理適用的。2.2系統操作參數(SOP)表的建立全自動拉晶過程中各步參數的設置是很重要的，系統操作參數(SOP)表實際上是將以往的拉晶經驗數據編成程序輸入計算機進行自動控制，它內含許多參數。拉制0200mm的硅單晶中，我們精心設計了拉速的設定值和拉晶過程中堝升速度值的變化，這兩個參數在整個拉晶過程是

6、很關鍵的。下面是所選用的拉速變化曲線和堝升設定表。單品也度Jnun圖1拉速設定值隨晶體長度的變化剩余重量佻10.012；014.01&.017.0L兀0.2400.2350邊300.-;2250.222|表1拉晶過程中Lc/Ls的變化：Lc為坩堝上升的速率；Ls為晶體上升的速率全自動拉晶的好處在于拉晶過程中能均勻地改變某一參數，如上表拉速可以在設定范圍內均勻下降，而堝升可以隨著熔體表面積的減小均勻增加，保持了拉晶過程中液面位置的恒定，避免了人為調節因素的干擾。石英坩堝的選用拉制大直徑單晶的過程中，除了上述提到的減小熔體溫度的波動和晶體熱應力外，石英坩堝的選用也很關鍵。大石英坩堝壁的溫度比小石英

7、堝高很多2，使熔體和石英坩堝的反應更為劇烈，增加了坩堝內壁方石英層的形成，這種方石英層的粒子容易脫落進入熔體中，經過熔體輸運到生長界面引起位錯。這就要求石英坩堝表面的清潔度要好，因為方石英斑點往往在表面被污染處開始生長。在拉制大直徑單晶中，我們發現如果石英坩堝質量不好，在坩堝內壁會形成很厚的方石英，這種情況下很難拉出單晶。另外，坩堝的軟化點要高，否則，一旦坩堝變形后熱場會發生變化，造成拉晶困難。因此，應選擇純度更高的石英坩堝。3結論通過分析0200mm硅單晶的工藝生長特點，配置了利于單晶生長的合理熱場，對SOP表中的各項參數精確設置，規范拉晶工藝，采用全自動拉晶技術拉制出完整的0200mmP1

8、00硅單晶。引言隨著IT產業的迅速發展，生產集成電路所需要的半導體材料單晶硅急劇增長。單晶硅的提拉速度控制，是在硅結晶生長開始時，用低速提拉，生長過程中勻速提拉的辦法制成的。提拉速度的控制性能將直接影響到晶體的質量。因此其速度的穩定性的控制顯得相當重要，本文設計了一種混合式自調整模糊控制的單晶爐提拉速度控制系統，可達到很好的速度控制效果。工藝要求單晶爐提拉工藝示意圖如圖1。提拉控制系統的驅動電機轉速n經減速器、齒輪齒條減速后帶動提拉桿上下運動。根據硅單晶工藝要求提拉速度V能在0.210.0mm/h內無級調節,它相對于給定信號的線性精度2%。驅動電機的轉速變化范圍n為0.08334.167r/m

9、in。在如此低速的情況下既保證系統具有寬調速范圍，又要有良好的線性度、穩定度和精度。當提拉負載增大引起線速度為零時，提拉桿能保持其最后位置而不上下滑動，也就是說在整個調速范圍內，當驅動電機堵轉時，還必須能輸出足夠大的力矩。混合式自調整模糊控制器原理與設計3.1混合式模糊PID控制原在一般的模糊控制系統中，考慮到模糊控制器實現的簡易性和快速性，通常采用二維模糊控制器的結構形式，該類控制器具有PD控制器的作用，可以獲得良好的動態性能，但靜態性能卻不能令人滿意。由線性控制理論可知，積分控制作用能消除穩態誤差，因此，把積分控制引入FUZZY控制器，構成FUZZYPID混合控制器，可大大改善模糊控制器的

10、穩態性能。FUZZYPID混合模糊控制器控制的單晶爐提拉速度控制系統如圖2所示。其核心部分FUZZYPID混合模糊控制器由一個常規積分控制器和一個二維模糊控制器并聯而成。常規積分控制器輸出Ui和模糊控制器輸出Uf相疊加，作為混合模糊PID的總輸出，即U=Ui+Uf,可使系統成為無差模糊控制系統。單LJ匚外星f衛3.2模糊控制器的自調整因子的設計設誤差E、誤差變化EC及控制量U的論域選取為E=EC=U=-6，+6，它們的模糊集均為NB，NM，NS，O，PS，PM,PB，隸屬函數采用對稱三角形，則基于專家知識和經驗，以及模糊推理建立控制規則，如表1所示。pin二tfirfiw沖耿呂惱椰耳*ft廿H

11、肌模糊控制系統在不同的狀態下，對控制規則中誤差E及其變化EC的加權程度有不同的要求，須考慮對不同的誤差等級引入不同的加權因子，以實現對模糊控制的自調整。帶自調整因子的控制規則可由下式表示：U也*(1什盤二打曲Of,岸“式中OWaOWasWl；aea0,as；c為誤差變化EC的加權因子。iISMSMA通過調整a值，可以改變對誤差和誤差變化的不同加權程度。該控制規則的特點式調整因子a在a0至as之間隨著誤差絕對值020E的大小呈線性變化。量化控制規則體現了按誤差的大小自動調整誤差對控制作用的權重，因為這種自動調整是在整個誤差領域內進行的，所以稱之為在全論域范圍內帶有自調整因子的模糊量化控制規則。該控制規則具有可優化、易于通過微機實時實現控制算法的特點。實現控制規則的軟件流程如圖3所示。.晝:4|卅耳c比iA實垃丄，-計