Способ управления процессом легирования исходного сырья при производстве монокристаллов

Способ управления процессом легирования исходного сырья при производстве монокристаллов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЛЕГИРОВАНИЯ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ путем определения массы лигатуры в зависимости от ее удельного сопротивления, массы и удельного сопротивления сырья и заданной величины удельного сопротивления монокристалла, отличающийся тем, что, с целью повьшения выхода готового продукта заданной марки за счет увеличения информативности прогноза, дополнительно измеряют удельное сопротивление каждого выращенного монокристалла и в зависимости от их значений корректируют величину массы . лигатуры.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

69) 01) эао

ГОСУЩАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ . н *итоссномт сиОИитиоьствт и . (21) 3629602/23-26 (22} 29..07,83 (46) 23.11.84. Бюл. У 43 (72) В.Г. Атаманенко, Т.А. Щегляева, X.È.Èàêååâ, О.Л. Богословская, Н.А. Иишкова, Н.И. Казимиров, В.М. Mmкин, В.Ф. Розин, Г.О. Розенталь, .В.А.. Соболева и Ю,И. Ульянов (71) Государственный всесоюзный центральный ордена Трудового Красного

Знамени научно-исследовательский институт комплексной автоматизации (53) 66.012-52(088.8) (56) f. Низельский А.Я. Технология полупроводниковых материалов. М., 1978, с. 143-144. (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ЛЕГИРОВАНИЯ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МОНОКРИСТАПЛОВ путем определения массы лигатуры в зависимости от ее удельного сопротивления, массы и удельного сопротивления сырья и заданной величины удельного сопротивления монокристалла, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода готового продукта заданной марки за счет увеличения информативности прогноза, дополнительно измеряют удельное сопротивление каждого выращенного монокристалла и в зависимости от их значений корректируют величину массы, Я лигатуры.

1125305

Изобретение относится к управлению производственными процессами и может быть использовано при выращивании монокристаллов, в частности кремния, германия и др. 5

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления процессом легирования исходного сырья при производстве монокристаллов, заключающийся в определении массы лигатуры в зависимости от ее удельного сопротивления, массы и удельных сопротивлений сырья и монокристалла заданной марки.

В известном способе масса лигатуры 15 рассчитывается по формуле

М ° -N, Р1+1 м,. = к, и . (<-n) э91н 1Н где П вЂ” доля потерь примеси из- 20 за окисления и испарения от первоначальной вводимой в расплав ее массы, коэффициент эффективнозр;+, ro распределения, 25

Мр — масса расплавлецного

11i сырья; заданная концентрация

91и примеси в кристалле, являющаяся функцией от 30 заданного удельного сопротивления в кристалле;

N — концентрация примеси в

"1+1 лигатуре, являющаяся функцией от удельного сопротивления лигатуры (1) .

Недостатком известного способа является низкий процент выхода готовой продукции за счет того, что оп- 40 ределение веса лигатуры производится по средним данным, без учета замеров удельного сопротивления монокристаллов предыдущих плавок. Кроме того, не представляется возможным 45 учитывать погрешности измерений при расчете веса лигатуры, нет учета ряда источников примесей, вносимых ,в расплав, характерных для конкретных технологических процессов (на- 50 пример, конкретная партия тиглей, нагреватель, условия режимов выращивания) и она не учитывает погрешностей методов и устройств измерения. Эти недостатки обуславливают 55 разброс величины удельного сопротивления от одного монокристаллн к другому, отличие ее от запанного значения и, как следствие, низкий выход готового продукта.

Цель изобретения — повышение выхода готового продукта заданной марки за счет увеличения информативности прогноза и оптимизация процесса легирования.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу управления процессом легирования исходного сырья при производстве монокристаллов путем определения массы лигатуры в зависимости от ее удельного сопротивления, массы и удельного сопротивления сырья и заданной величины удельного сопротивления монокристалла, дополнительно измеряют удельное сопротивление каждого выращенного монокристалла и в зависимости от их значений корректируют величину массы лигатуры.

На чертеже показана блок-схема устройства, реализующего способ уп- -. равления процессом легирования монокристаллов кремния.

Схема содержит устройство 1 индикации данных, вычислительные комплексы 2 и 3, аппарат 4 вырац1ивания монокристаллов, устройство 5 межпроцессорной связи.

Устройство работает следующим образом.

В аппарате 4 выращивания монокристаллов происходит выращивание монокристалла из сырья с заданными параметрами и массы лигатуры расчетной величины. На базе вычислительного комплекса 3 происходит измерение величины удельного сопротивления выращенного монокристалла в нулев м сечении.

На вычислительный комплекс 2 поступают следующие данные, С устройства 1 индикации данных вводятся параметры сырья, лигатуры и задается марка кристалла.

Посредством устройства 5 межпроцессорной связи передаются величины замеров удельного сопротивления выращенного монокристалла, полученные с вычислительного комплекса 3.

В вычислительном комплексе 2 производятся следующие расчеты.

Расчет массы лигатуры на следующую плавку по формуле м "Р

М Й

К М„,(1 п

3 11253 производится с использованием параметров сырья и лигатуры, а также величины замеров удельных сопротивлений монокристаллов.

Обработка величины замеров по 5 удельному сопротивлению монокристалла по разработанному алгоритму: отбраковка недостоверных измерений по удельному сопротивлению; отбраковка по нарушению технологии выращи- 10 вания, отбраковка по непринадлежности к участку стационарности..

Расчет возмущения помехи В по обработанному замеру по формуле

Q„; c„„; к;„р

В,С с, з

Расчет В;+, прогноза помехи на следующую плавку по формуле !

20

leh+ NA1 k9q

+н в кр М„„

45 к„ргде

1 «р

I(°

"эу мл °вЂ” л

Так как измерение сопротивления производится в готовом монокристалле, а лигатура загружается перед началом процесса выращивания, то измерение и корректировка массы лигатуры в процессе выращивания невозможна..Поэтому расчет оптимальной массы лигатуры для предстоящей плав- 30 ки ведется по результатам измерений по удельному сопротивлению монокристаллов, выращенных в предыдущих плавках.

В качестве исходной модели процесса принято уравнение баланса примесей в расплаве, дополненное величиной возмущения, которая учитывает, что состав исходного сырья и масса лигатуры подвержены случайным 40 возмущениям концентрация примесей в нулевом сечении выращенного монокристалла, является функцией от величины замера по удельному соп- 50 ротивлению и N «p

=

1 в аппарат (в расплаве);

И вЂ” концентрация сырья, явля1 ется функцией от удельного сопротивления сырья, з» вЂ” удельное сопротивление сырья.

Величина возмущени 1 В вычисляется по формуле из уравнения баланса а„; c„„;,„; ь;=с - с

I 31 где — индекс плавки, по которой получен монокристалл.

Специальные исследования характера помехи В показывают, что ее можно представить случайной последовательностью, статистические характеристики которой не остаются постоянными для большого числа плавок, а время от времени изменяются случайным образом. При этом удается выделить отрезки времени, в течение которых можно считать статистические характеристики практически неизменными, а случайную последовательность

В стационарной. Эти отрезки, соответствующие определенному числу последовательно реализуемых плавок, называются периодами стационарности.

Длительность таких отрезков определяется временем между сменой нагре- . вателей, сменой партий тиглей, сменой высоко легированных лигатурных шайб, на которых готовят навески лигатуры.

Таким образом, моменты нарушения стационарности бывают заранее известными, что черезвычайно важно для управления. Названные исследования характера помехй позволяют представить математическую модель процесса управления в стохастическом виде и, пользуясь методом динамического программирования, дает возможность определить оптимальное управление на следующую плавку по формуле

М ° Йк

М вп 7 р;„кр,„1

"4< К, .N . (h-n) пР 7

ЭР;+1 KNfi. где ф1 — индекс плавки для которой

7 рассчитывается управление;! l 25305

Составитель Т.Чулкова

Редактор Н.Бобкова Техред О.Ващншина Корректор С.Пекмар

Заказ 8442/21 Тираж 351 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35 ° Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 эаланная концентрация марки, является функцией от заданной величины по удельному сопротивлению марки и "H„> f (p<, );>

4.t 1 Ри величина заданного удельного сопротивления, коэффициент эффективного распределения;

I масса расплава;

X8i

Кколичество выращенных слитков от начаяа участка стационарности;

В; — величина возмущения на плавку.

Экономический эффект от использования изобретения составляет

300000 руб. в год, заключающийся в увеличении выхода монокристаллов заданной марки за счет определения оптимальной величины массы лигатуры, Кроме того, предлагаемый способ . позволяет увеличить выход готового продукта на 5Ж при сокращении времени, затрачиваемого технологом для определения величины массы лигатуры.