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单晶炉设备


单晶硅设备工艺培训

目录
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1. 硅料的提炼 2.单晶硅片工艺流程 3. 单晶炉展示 4. 产品展示 5. 单晶炉种类 6. 单晶炉结构 7. 各个部件的作用 8. 单晶工艺流程 9. 晶升, 埚升介绍 10.加热部分

硅的提炼:

硅,Si,地球上含硅的东西多的很好像90%以上都是晶硅的,也就是单晶硅。 太阳能级别的硅纯度6N以上就可以了。 开始是石头,(石头都含硅),把石头加热,变成液态,在加热变成气态,把 气体通过一个密封的大箱子,箱子里有N多的子晶加热,两头用石墨夹住的,气体 通过这个箱子,子晶会把气体中的一种吸符到子晶上,子晶慢慢就变粗了,因为 是气体变固体,所以很慢,一个月左右,箱子里有就很多长长的原生多晶硅。

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1.硅料的提炼 2.单晶硅片生产流程 3. 单晶炉展示 4. 产品展示 5. 单晶炉种类 6. 单晶炉结构 7. 各个部件的作用 8. 单晶工艺流程 9. 晶升, 埚升介绍 10.加热部分

单晶硅片工艺流程:
1.酸洗:使用稀硝酸HNO3,进行清洗,去除表面杂质及提炼时产生的四氯化硅。

2.清洗:清洗硅料经过酸洗后的残留杂质。

3.单晶硅料烘干:去除水分。

4.挑料:区分P型,N型硅料。 5.配料:对拉晶的硅料型号进行匹配。

6.单晶炉拉晶:

7.硅棒检测:检查有无位错,棱线断等现象。

8.开断:将单晶硅棒用带锯条切割成四方体。
9.包装:将开断后的单晶硅棒进行包装,送至下一道工序

10.磨圆:将单晶硅棒四个直角进行磨圆。

11.多线切割:瑞士的264,265。日本的PV800,MDM442DM设备进行切割。 0.33mm。

线切割原理:

12.清洗:

13.单晶硅片检测:

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单晶炉种类:
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单晶炉,目前可以分为:小松炉;642炉;70炉;莱宝炉;80炉;85 炉;90炉;95炉;97炉。 目前现在国内普遍使用的单晶炉型号为80炉;85炉;90炉。 各个单晶炉的工作原理相同,都是根据4的速度进行晶体直径控制及 可控硅整流提供50V直流电源,进行加热。 小松炉;642炉;70炉,电气控制部分为按钮式;莱宝炉产生后,以 后的单晶炉都采用触摸屏式。

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1.Si的介绍 2.单晶硅片生产流程 3. 单晶炉展示 4. 产品展示 5. 单晶炉种类 6. 单晶炉结构 7. 各个部件的作用 8. 单晶工艺流程 9. 晶升, 埚升介绍 10.加热部分

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1.提拉头:
提拉头:晶升电机,晶转电机,离合器,钢丝绳,光感 限位,磁流体等部件组成。 作用 :在拉晶过程中,提供晶升与晶转速度,通过PCC控 制模块 的开关量变化,来控制晶体直径。

2.副室,翻板阀,主室:

翻板阀作用:在拉晶过程中,对于提纯,拉ABCD段时,用 于隔离主室与副室,使主室温度,压力一定。

副室作用:拉晶过程中,已拉出的单晶棒存放的位置。 主室作用:容纳加热器,石英坩埚,导流罩等,用于硅料 融化的容器。

炉盖:

整体锻造,超低碳不锈钢法兰

CCD测径仪

水路接头

观察窗

主室内部:

籽晶夹

单晶棒 三瓣埚 石棉碳粘 石英坩埚 加热器

籽晶

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单晶炉工艺流程:
准备作业 热态检漏 取单晶和籽晶 石墨件取出冷却 石墨件清洗 装硅料 籽晶安装 单晶炉室清洗 抽空,检漏

真空过滤器清洗 石墨件安装

真空泵油检查更换 石英坩埚安装

充氩气,升功率,融料
收尾 降功率 停炉冷却

引晶,放大,放肩,转肩

等径生长

详细介绍:
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1.准备作业:穿戴好洁净工作服,鞋,带好一次性手套,耐高温手套,
研磨巾,酒精,吸尘器,防尘口罩。准备好扳手等各类 工具。准备好取晶和放石墨件的小车。并确认水,电, 气等正常。

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2.热态检漏:检查上一炉功率关闭时间,在停炉冷却2小时后,关闭
氩气总阀,开始愁高空,并记录时间。炉压到3帕 以下, 关闭主室球阀和真空泵电源。如0.5小时不到3帕,需 通知维修人员处理。

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3.取单晶和籽晶:关闭2个速度,关闭氩气。打开翻板阀,将单晶替
升至副室,慢慢旋转出副室,用晶快降下降单晶,在 地面放木板,使单晶尖头垂直接触到木板,剪短籽晶 连接,将单晶放入专用小车上。

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4.石墨件取出冷却:升炉盖,取出导流罩,保温盖。石英坩埚等放在指定位置。

5.真空过滤器清洗:用 洗尘管清理各个真空管道,并将真空过滤箱中的过滤器取出
清理完毕后,按原位置安装。

6.真空泵注油:当油标高于1/2时,禁止注油。

7.单晶炉室清洗:

8.石墨件安装:

9.硅料安装:

10.籽晶安装:将副室旋出,重锤安装后,将籽晶安装,插好销头。
钢丝绳 重锤

籽晶

11.抽空检漏:先用副泵抽到2700帕以下后,关闭副室球阀和副泵电源
打开真空泵球阀,打开真空主泵。炉压达到<20帕时, 冲氩气,打开主,副室流量计,调节到30L/min,过5分钟后, 关闭氩气,流量计仍保持原来的位置,待炉压<5帕时关闭主室 球阀,关闭真空泵电源。在流量计调节阀保持原来位置时,漏速 <0.34帕/分。如达不到,需重复上述操作。

12.冲氩气,升功率,融料:打开主室阀,打开氩气流量阀,使氩气流量在20-30L/mi
使炉内压力在1000—1500帕。功率每0.5小时加一次。

13.引晶,放大,放肩,转肩,等径:

引晶

放大

放肩

转肩

等径

收尾

取硅棒

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晶升,晶转:

SL控制示意图:

SL自动等径原理:

晶升伺服电机:

晶升系统调试详解:1.将引晶器归0。

2.给定速度0.5,等待2—3分钟,观察平均拉速值,如果不同, 调节Z (SL A/D),使数值一样。 3.给定数值2,等待1—2分钟,观察平均拉速值,如果不同, 调节F (SL A/D) ,使数值一样。 4.重复2.3步骤,使给定0.5和2时,都于平均拉速相同。 5.给定0.5,调节Z (SL SP) ,使之相等。 6.给定2,调节Z (SL SP) ,使之相等。 7.调节DIS,调节引晶器数值。

晶体速度控制界面:

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直拉单晶炉的热系统,也就是所谓的热场,是指为了熔化硅料,并使单晶生长保 持在一定温度下进行的整个系统。

热场一般包括压环、保温盖、上中下保温罩、石墨坩埚(三瓣埚)、坩埚托杆、坩埚 托盘、电极、加热器、导流筒、石墨螺栓,且为了防止漏硅,炉底、金属电极、托 杆、都设置了保护板、保护套。

加热器是热场中很重要的部件, 是直接的发热体,温度最高的 时候可以达到1600℃以上。 常见的加热器有三种形状,筒 状、杯状、螺旋状。目前绝大 多数加热器为筒状,硅单晶厂 房使用的是直筒式形状的加热 器。右图为加热器。

石墨电极的作用,一是平稳的 固定加热器,二是通过它对加 热器输送电流,因此要求电极 厚重,结实耐用,它与金属电 极和加热器的接触面要光滑、 平稳,保证接触良好,通电时 不打火。石墨电极也是有高纯 石墨加工而成。 右上图为石墨电极示意图、右 下图为连接石墨电极和加热器 的石墨螺栓。

坩埚托杆、坩埚托盘共同构成 了石墨坩埚的支撑体,要求和 下轴结合牢固,对中性良好, 在下轴转动时,托杆及托盘的 偏摆度≤0.5mm。 支撑体的高度是可以调节的, 这样可以保证熔料时,坩埚有 合适的低埚位,而拉晶时,有 足够的埚跟随动行程。

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保温罩分为上保温罩、中保 温罩和下保温罩。 保温罩是由一个保温筒外面 包裹石墨碳毡而成。石墨碳 毡的包裹层数视情况而定。 下保温罩组成了底部的保温 系统,它的作用是加强埚底 保温,提高埚底温度,减少 热量损失。

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中、上保温罩的作用也是为了 减少热量的损失。只不过保温 罩外面的石墨碳毡的层数不一 样,这样使得温度梯度不一样。

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排气的方式有上排气和下排气。 厂房现在使用的比较多的是上 排气。这样,上保温罩上面就 存在几个排气孔,这些排气孔 保证在高温下蒸发的气体的排 出。

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保温盖由保温上盖、保温碳 毡和保温下盖组成。即两层 环状石墨之间夹一层石墨碳 毡组成,其内径的大小与导 流筒外径相匹配,平稳的放 在保温罩面板上。 导流筒,由内外筒之间夹一 层石墨碳毡组成。导流筒主 要是为了控制热场的温度梯 度和引导氩气流。

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压环,由几截弧形环构成的 一个圆形环状石墨件,它放 置在盖板与炉壁接触处,是 为了防止热量和气体从炉壁 与盖板的缝隙间通过。 右上图是压环,右下图为安 装后的效果图。

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安装电极→炉底碳毡→反射底板→下保温罩→石墨环、石英环→加热器

→中保温罩→石墨托杆→石墨托盘→装三瓣埚→下降主炉室→上保温罩 →导气孔→保温盖板→装导流筒→压环

对中顺序 在整个安装过程中,要求整个热系统对中良好,同心度高, 需要严格对中:
① 坩埚轴与加热器的对中。将托杆稳 定的装在下轴上,将下轴转动,目 测是否偏摆。然后将钢板尺平放在 坩埚轴上,观察两者之间的间隙, 间隙是否保持不变,加热器圆心是 否对中。接着装托盘,托盘的中心 也要跟加热器对中。

②加热器与石墨坩埚的对 中:转动托碗,调整埚 位,让石墨坩埚与加热 器口水平(此时的埚位 成为平口埚位),再稍 许移动加热器电极,与 托碗对中,这时石墨坩 埚和加热器口之间的间 隙四周都一致。

煅烧 新的热场需要在真空下煅烧,煅烧时间约10小时 左右,煅烧3~5次,方能投入使用。使用后, 每拉晶4~8炉后也要煅烧一次。 煅烧功率,不同的热场不一样,一般要比引晶温 度高,炉子煅烧最高功率一般在110KW。


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