Способ управления процессом легирования исходного сырья при производстве монокристаллов

/ ГОСЗЩАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИ ИСАНИЕВтоивмУ СВИФ 1 ЕЛ(71) Государственный всесоюзный центральный ордена Трудового КрасногоЗнамени научно-исследовательскийинститут комплексной автоматизации(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМЛЕГИРОВАНИЯ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МОНОКРИСТАПЛОВ путем определения массы лигатуры в зависимости от ее удельного сопротивления,массы и удельного сопротивлениясырья и заданной величины удельногосопротивления монокристалла, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью 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 массылигатуры.Изобретение относится к управлению производственными процессамии может быть использовано при выращивании монокристаллов, в частностикремния, германия и др. 5Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является способуправления процессом легированияисходного сырья при производствемонокристаллов, заключающийся в определении массы лигатуры в зависимости от ее удельного сопротивления,массы и удельных сопротивленийсырья и монокристалла заданной марки,В известном способе масса лигатуры 15рассчитывается по формулеМй,Р+ "Р. К И, (1-п 1Чн нГде 11 - доля потерь примеси изза окисления и испаренияот первоначальной вводимой в расплав ее массы,коэффициент зффективнофГ нго распределения, 25Мр - масса расплавлецногосырья;заданная концентрацияЧпримеси в кристалле, являющаяся функцией от 30заданного удельного сопротивления в кристалле;И. - концентрация примеси в"млигатуре, являющаясяфункцией От удельного 35сопротивления лигатуры 1 .Недостатком известного способа является низкий процент выхода готовой продукции за счет того, что оп ределение веса лигатуры производится по средним данным, без учета замеров удельного сопротивления моно- кристаллов 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 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 процессалегирования.Указанная цель достигается тем,что согласно способу управления процессом легирования исходного сырьяпри производстве монокристалловпутем определения массы лигатуры взависимости 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 ихзначений корректируют величину массы лигатуры.На чертеже показана блок-схемаустройства, реализующего способ уп-:равления процессом легирования монокристаллов кремния.Схема содержит устройство 1 индикации данных, вычислительные комплексы 2 и 3, аппарат 4 выращиваниямонокристаллов, устройство 5 межпроцессорной связи.Устройство работает следующим образом,В аппарате 4 выращивания монокристаллов происходит выращиваниемонокристалла из сырья с заданнымипараметрами и массы лигатуры расчетной величины, На базе вычислительного комплекса 3 происходит измерение величины удельного сопротивлениявыращенного монокристалла в нулев мсечении.На вычислительный комплекс 2 поступают следующие данные,С устройства 1 индикации данныхвводятся параметры сырья, лигатуры изадается марка кристалла.Посредством устройства 5 межпроцессорной связи передаются величинызамеров удельного сопротивления выращенного монокристалла, полученныес вычислительного комплекса 2,В вычислительном комплексе 2 производятся следующие расчеты.Расчет массы лигатуры на следующую плавку по формулеММ Йр 1- ) Р;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 вания, отбраковка по непринадлежности к участку стационарности.Расчет возмущения помехи В по обработанному замеру по формулеО;ск15В;=СзфРасчет В;+, прогноза помехи на следующую плавку по формуле 05 20 М "л "ар)(л Так как измерение сопротивления производится в готовом монокристалле, а лигатура загружается перед на чалом процесса выращивания, то измерение и корректировка массы лигатуры в процессе выращивания невозможнаПоэтому расчет оптимальной массы лигатуры для предстоящей плав 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 внулевом сечении выращенного монокристалла, является функцией от величинызамера по удельному сопротивлению и И кР=Ркр)удельное сопротивление внулевом сечениикоэффициент эффективного 55распределения примесей;масса лигатуры, загруженной в аппарат.,8, - концентрация примесей легирующей присадки, является функцией величиныудельного сопротивлениялегирующей присадки,";1 РЗ- удельное сопротивлениел,лигатуры,М - масса загруженного сырьяв аппарат (в расплаве);8 - концентрация сырья, является функцией от удельного сопротивления сырья,з, - удельное сопротивлениесырья,Величина возмущениВ вычисляется по формуле из уравнения балансаИ; С, ,р;Ь;=С;-, С 1 )чгде 1 - индекс плавки, по которойполучен монокристалл,Специальные исследования характера помехи В показывают, что ее можно представить случайной последовательностью, статистические характеристики которой не остаются постоянными для большого числа плавок, авремя от времени изменяются случайным образом. При этом удается выделить отрезки времени, в течение которых можно считать статистическиехарактеристики практически неизменными, а случайную последовательностьВ стационарной. Эти отрезки, соответствующие определенному числупоследовательно реализуемых плавок,называются периодами стационарности,Длительность таких отрезков определяется временем между сменой нагре-:вателей, сменой партий тиглей, сменойвысоко легированных лигатурных шайб,на которых готовят навески лигатуры.Таким образом, моменты нарушениястационарности бывают заранее известными, что чрезвычайно важно дляуправления. Названные исследованияхарактера помехй позволяют представить математическую модель процессауправления в стохастическом виде и,пользуясь методом динамическогопрограммирования, дает возможностьопределить оптимальное управлениена следующую плавку по формулеМ"кяр;кр,1"11 , .(, Р- Р 11эр;+, йг;,где ф( - индекс плавки для которойрассчитывается управление;25305 Мн ю;- КСоставитель Т.ЧулковаРедактор 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 Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3эаланная концентрация марки, является функцией от заданной величины по удельному сопротивлению марки иййкр1 (Р 1, . )Е.+ 1 Ри величина заданного удельного сопротивления; коэффициент эффективного распределения;масса расплава;28Кфколичество выращенных слитков от начаяа участка стационарности;6; - величина возмущения наплавку.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 5 Х при сокращении времени, затрачиваемого технологом для определения величины массы лигатуры.