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单晶硅拉制生产性实训室

发布人: 来源:网络 时间:2011/4/9 点击:12678

    一、本生产性实训室训练项目
    1.直拉单晶硅的工艺设计
    2.直拉单晶炉的机械系统操作
    3.单晶炉电气控制系统操作
    4.单晶硅的拉制工艺操作(从装炉、抽真空、检漏、充氩、融化、引晶、放肩、转肩、等径生长、收尾、拆炉)
    5.单晶炉常见突发事故的处理。
    二、直拉单晶炉组成系统
     直拉单晶炉分为机械系统和电气系统两大部分,其中机械部分包括炉体、热系统、液压系统、真空系统、充气系统、水冷系统;电气部分包括速度控制单元、加热控制单元、等径生长控制器、水温巡检及状态报警、继电控制单元、加热温度控制器及三相全桥功率部件。
直拉炉的热系统用高纯石墨和碳毡制作而成,也有的用碳/碳复合材料制作。热系统包括加热器、保温罩、保温盖、托杆、托碗、电极、热屏(导流筒)等。炉内液体对流的方式有:自然对流、晶转引起的对流、埚转引起的对流、表面张力差引起的对流、晶体生长引起的对流。
    三、单晶硅的拉晶工艺步骤

  

    1、拆炉、装炉
    进入工作室必须穿戴好工作服、工作帽,拆炉前带好口罩,准照片 604备好拆炉用品,如:无尘布等。首先,放气将炉内放入空气或通入氩气,使炉内的真空降低至常压。升起副炉室,缓慢旋转至炉体右侧,降下晶体,将晶体小心降入运送车内,并加装绑链,然后用钳子在缩颈的最细部位将籽晶剪断,晶体就取下来了,其次,取出热屏、保温罩、热屏支撑环置于不锈钢台车上。取出石英坩埚和锅底料放入底料收集箱里,并表明炉次,取出加热器、石墨电极、石英护套、炉底护盘、坩埚轴护套等置于车台上,然后用毛巾沾无水乙醇擦干净炉壁,按清洗抽气管道、换真空泵油及清洗真空泵。第三,将清理干净的石墨器件装回单晶炉内,第四,检查高纯石英坩埚内的质量,未发现异常,可装入石墨坩埚内,石英坩埚要装正,对中,如果太紧太松更换石英坩埚。
    2、装料
    装炉是只装入石英坩埚等所有拉晶必须的原辅材料,为拉制单晶做准备,原辅材料都经过严格烘干的,要带上无尘纯净手套,装入石英坩埚,装入掺杂剂,装入硅料。硅料放在坩埚内要稳定,不滚动,大小搭配,互相之间既不过紧,又不松散,各得其所。装入大半以后,上面的硅料注意不得紧贴锅壁,最好点接触,留有小间隙,避免熔化时发生挂边。

          


                 装入石英坩埚                       放入母合金

    3、装籽晶
    将定向、腐蚀、清洗、烘干好的籽晶装入籽晶夹头,籽晶一定要装正,装牢,否则,晶体生长方向偏离要求晶面,可能拉晶时籽晶脱落,发生事故。
    4、熔硅(化料)
按规定时间和流量通入高纯氩气后,转动坩埚轴0.5-2转/分,开启加热功率按钮,使加热功率分3-4次升到熔硅的最高温度1500℃,炉内微红时,通过窥视孔注意观察是否打火或其他不正常的现象,熔硅的整个过程都要细致观察,是否挂边,搭桥、蛙跳等异常现象,当大部分固体硅熔化、液面余一块直径约50毫米硅块时,降温到引晶温度,升坩埚至工艺规定的引晶温度,升坩埚至工艺规定的引晶位置,降籽晶轴,使籽晶头离熔硅面约10毫米,再检查氩气流量、坩埚初始位置、引晶功率、将坩埚转至8转/分或规定值,将籽晶轴转至15转/分或规定值。

               5


                   剩一小块未熔化                全部熔化
   6 5、熔接
    多晶硅会全部熔完后,将籽晶轴使籽晶与熔硅接触,籽晶周围逐渐出现光圈,最后光圈变圆。若籽晶是方形,籽晶和熔硅接触的四条棱变成针状,面上呈圆弧形,当光圈变圆且圆弧直径略小于籽晶断面直径时,说明熔接良好,可拉籽晶,引晶结束后,引晶的籽晶相当于在硅熔体中加入一定定向晶核,使晶体按晶核方向定向生长,制的所需要晶向的单晶,同时晶核使晶体能在过冷度小的熔体中生长。
    6、缩颈
    引出单晶后,开始缩颈过程,缩颈是为了排除熔接时产生位错,熔接时,由于籽晶和熔硅温差大,高温的熔硅对籽晶造成强烈的热冲击,籽晶头部产生大量的位错,通过缩颈,使晶体在生长中将位错“缩掉”,成为无位错单晶,慢缩颈生长速度为0.8-2毫米/分,温度较高,快缩颈生长速度为2-8毫米/分,温度较低。
   
7、放肩和转肩
    细颈达到150毫米或规定长度后,晶棱完整不断,可逐渐降拉速至0.5毫米/分,使细颈逐渐长大到规定的直径,称为放肩,为了转肩后晶体不会缩小,可以预先降温,等放肩完,温度差不多反应过来,就不会缩小了,光圈由开到闭合的过程就是转肩。

            7       放肩


                   放肩                                转肩

    8、等直径生长、收尾
   
单晶等直径生长中,随单晶长度的不断增加,单晶的散热表面积也越大,散热速度也越快,单晶长度的不断增加,熔硅则逐渐减少,坩埚内熔硅液面也逐渐下降,熔硅液面越来越近,加热器的高温区,单晶生长界面温度越来越高,使单晶编细,要保持单晶的等径生长,加热功率的增加或减少,在单晶等直径生长过程中,为了减少降温幅度或不降温,逐渐降低拉速,连续升高坩埚,单晶拉完后,由于热应力作用,尾部会产生大量位错,沿着单晶向上延伸,延伸的长度约等于单晶尾部的直径,单晶尾部直径大,位错向上延伸的长,单晶成品率会降低,因此缩小尾部的直径。
      等径     未命名3 


                 等直径生长                          收尾

 

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