[發明專利]一種單晶棒的生產工藝及設備

在審

• 申請號: 202211541972.2
• 申請日: 2022-12-02
• 公開（公告）號: CN115821382A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 張向東;章斌;王林
• 申請（專利權）人: 衢州晶哲電子材料有限公司
• 主分類號: C30B27/02
• 分類號: C30B27/02;C30B29/06
• 代理公司: 衢州維創維邦專利代理事務所(普通合伙) 33282
• 代理人: 包琳

本發明屬于技術領域，尤其涉及一種單晶棒的生產工藝及設備，單晶爐包括第一爐室、第二爐室和隔離組件，第一爐室用于將硅料融化成硅液，第一爐室上設置有第一爐口；第二爐室，第二爐室包括工作位和卸料位，第二爐室通過卸料機構在工作位和卸料位之間切換，第二爐室上設置有第二爐口；隔離組件隔離組件具有隔熱結構；籽晶提拉旋轉機構，籽晶提拉旋轉機構設置在第二爐室上方，籽晶提拉旋轉機構包括籽晶夾具；單晶爐上還設置有引導機構，引導機構用于引導第二爐室復位至工作位。本發明通過引導機構使第二爐室在工作位和卸料位切換時平穩且快速的對接或分離，也能降低引導機構零部件之間的磨損，節約成本，節省加工時間，提高工作效率。

技術領域

本發明屬于生產單晶棒技術領域，尤其涉及一種單晶棒的生產工藝及設備。

背景技術

單晶硅屬于立方晶系，金剛石結構，是一種性能優良的半導體材料，廣泛應用于紅外光譜頻率光學元件、紅外及.r射線探測器、集成電路、太陽能電池等?，F在最廣泛的單晶硅制造工藝是采用直拉法制造單晶硅，與其他制造工藝相比，在制造成本與單晶硅的性能方面有一定的優勢，但現有通過直拉法制造單晶硅的工藝存在著不足，所制造的單晶硅質量不穩定，產品的一致性差。

另外目前在清爐、裝料和取棒工藝時，均會需要進行第二爐室的旋轉。傳統的單晶爐中，其第二爐室的旋轉均是手動操作，即用人力推動第二爐室進行旋轉，缺點也很明顯，人力推動往往在速度及用力方面都會存在差異，使得第二爐室旋轉的過程中不穩，特別是在取棒過程中，容易造成晶體在第二爐室內晃動，帶來掉棒的風險，且用人力推動第二爐室進行旋轉的工作效率也不高。

在現有技術中關于卸料機構已有公開，例如專利號為CN205152393U，卸料機構將單晶爐的第二爐室從隔離組件升起，在上爐室冷卻完畢由籽晶提升旋轉機構放置在推料小車中進行卸料，卸料機構再重新將上爐室安裝到隔離組件，而上爐室重新安裝回隔離組件需要對準，調節承接件和插接件之間的相對位置進行對接，且經過多次對接后，會對承接件和插接件產生極大地磨損，降低生產效率。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在的技術問題，提供一種單晶棒的生產工藝及設備，能夠平穩且快速引導第二爐室對接隔離組件，達到了提高生產效率降低磨損的效果。

有鑒于此，本發明提供一種單晶棒的生產工藝，包括以下步驟：

步驟S1:將多晶硅的裝料和熔化：將高純多晶硅料粉碎，并在硝酸和氫氟酸的混合溶液中清洗外表面，除去可能的金屬雜質；將粉碎后的高純多晶硅料放入單晶爐中的石墨坩堝中；將單晶爐抽真空，再充入保護氣，最后加熱升溫，加熱溫度超過硅材料的熔點1412℃，使硅材料充分熔化；

步驟S2:引晶：將單晶籽晶固定在籽晶軸上，并和籽晶軸一起旋轉,將籽晶緩緩下降，距液面10mm處暫停片刻，待籽晶溫度接近熔硅溫度時，將籽晶輕輕浸入熔硅，使頭部首先少量溶解，然后和熔硅形成一個固液界面；將籽晶逐步上升，與籽晶相連并離開固液界面的硅溫度降低，形成單晶硅；

步驟S3:縮頸：快速向上提拉籽晶，使新結晶的單晶硅的直徑達到3mm，長度約為此時晶體直徑的6～10倍，旋轉速度為2～10rpm；石墨坩堝沿晶體相反方向旋轉，晶體的旋轉速度比石墨坩堝快1～3倍；

步驟S4：將晶體控制到所需的目標直徑；

步驟S5：等徑生長：石墨坩堝和晶體相互反方向旋轉，晶體的旋轉速度為2.5～20rpm，石墨坩堝的旋轉速度為-1.25～-10rpm；根據熔體和單晶爐的狀況，控制晶體等徑生產所需長度；

步驟S6：收尾降溫：晶體直徑逐漸縮小，離開熔體；降低溫度，逐漸冷卻溫度。

還提供一種產單晶棒的單晶爐，包括：

第一爐室，所述第一爐室用于將硅料融化成硅液，第一爐室上設置有第一爐口；