【正文】 動關(guān)閉，同時放氣），然后提起單晶，把所有開關(guān)、旋鈕轉(zhuǎn)到零位。處理掛邊和搭橋時注意及時降溫，防止熔硅溫度過高產(chǎn)生硅跳。同時，溫度過高，加快熔硅和石英坩堝反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化硅 氣泡產(chǎn)生硅跳。多晶硅在高溫熔化時，坩堝底部的氣泡壁 破裂或多晶硅的氣泡中氣體放出，氣體體積激烈膨脹，由于在真空下熔硅，氣泡體積激烈增加。厲害的硅跳熔硅跳出坩堝外，飛濺在加熱器、保溫罩、石墨托碗和單晶爐壁上，使石墨器件損壞，嚴重硅跳會燒壞單晶爐底。出現(xiàn)掛邊或搭橋要及時處理，首先降低坩堝位置，快速升高溫度，一旦掛邊和搭橋消失，快速降溫，快速升高坩堝，避免產(chǎn)生硅跳。搭橋指硅將熔完時，部分硅塊在硅熔體上面形成一座“橋”。 拉晶過程中的異常情況及其處理 熔硅時出現(xiàn)的一些異常情況 掛邊和搭橋。停掉加熱電流，關(guān)閉低真空閥門，排氣閥門和進氣閥門，停止真空泵運轉(zhuǎn)，關(guān)閉所有控制開關(guān)。完成收尾后，使單晶脫離熔體約 20毫米。完成收尾后，把單晶提離熔體約 20 毫米。 單晶硅有兩種收尾方法：慢收尾和快收尾。 當(dāng)熔硅較少后，單晶開始收尾。單晶爐一般都有溫度和單晶等直徑控制系統(tǒng)。 一般來說，單晶等直徑生長過程是緩慢降溫過程，在單晶等直徑生長過程中，為了減少降溫幅度或不降溫，逐步降低拉速，連續(xù)升高坩堝，可達到目的。 圖 （ CCD 圖像 —— 放肩） （七）等直徑生長和收尾 單晶硅等直徑生長中，隨著單晶長度的不斷增加，單晶的散熱表面積也越大，散熱速度也越快，單晶生長便面熔硅溫度降低，單晶直徑增加。 放平肩的特點 主要控制單晶生長速度，熔體溫度較低 （和慢放肩相比）?？s頸 — 放肩 — 等直徑，光圈的變化為：閉合 — 開口 — 開口增大 — 開口不變 — 開口縮小 — 開口閉合。慢放肩主要調(diào)整熔硅溫度，緩慢降溫，細頸逐漸長大，晶體將要長到規(guī)定直徑時開始升溫，緩慢提高拉速，使單晶平滑緩慢達到規(guī)定直徑，進入等直徑生長。 （六）放肩和轉(zhuǎn)肩 細頸達到規(guī)定長度后，如果晶棱不斷，立刻降溫，降拉速，使細頸逐漸長大到規(guī)定的直徑，此過程稱為放肩。快縮頸熔體溫度較低，主要控制生長速度，生長速度一般為 2～6毫米 /分。縮頸方法有兩種：快縮頸和慢縮頸。縮頸是為了排除引出單晶中的位錯。引晶時的籽晶相當(dāng)于在硅熔體中加入一個定向晶核，使晶體按晶核方向定向生長，制得所需要晶向的單晶，同時晶核使晶體能 在過冷度小的熔 體中生長，自發(fā)成核困難，容易長成晶。若籽晶是方形，籽晶和熔硅接觸的四條棱變成針狀，面上呈現(xiàn)弧形，圓弧直徑略小于籽晶斷面的棱長。下種后籽晶周圍馬上出現(xiàn)光圈，而且籽晶與熔硅接觸面越來越小，光圈抖動厲害，表示溫度偏高，應(yīng)立即降溫，否則會熔斷，這種情況有兩種可能：直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 10 一是實際加熱功率偏高，應(yīng)適當(dāng)降低功率，隔幾分鐘再下種；二是由于熔硅和加熱器保溫系統(tǒng)熱惰性引起的，說明硅熔 完后下種過急，溫度沒有穩(wěn)定，應(yīng)穩(wěn)定幾分 鐘后再下種。準確的引晶溫度只有籽晶和熔硅接觸后才能確定。 （四）引晶 多晶硅全部熔完后，籽晶下降到距離熔硅 35 毫米處烘烤兩三分鐘，使籽晶溫度接近熔硅溫度，籽晶 再下降與熔硅接觸，通常稱此過程為 “下種”。減壓下拉晶，關(guān)閉高真空后以一定流量通入高純氬氣，同時調(diào)整低真空閥門使?fàn)t膛保持恒定真空。熔硅溫度升到 1000℃ 時應(yīng)轉(zhuǎn)動坩堝，使坩堝各部受熱均勻。 （三）熔硅 開啟加 熱功率按鈕，使加熱功率分 23次（大約半小時）升到熔硅的最高溫度（約 1500℃ ），熔硅時，特別注意真空度的高低，真空低于 102乇 ，應(yīng)暫時停止加溫，待真空回升后，再繼續(xù)緩慢加溫；多晶硅塊附在坩堝邊時應(yīng)進行處理；多晶硅塊大部分熔化后，硅熔液有激烈波動時必須立即降溫。爐內(nèi)真空升到 1X103乇 時，即可加熱熔硅。拉制摻雜劑是純元素 銻 、磷、砷易揮發(fā)金屬的單晶硅，不能將摻雜劑預(yù)先放入石英坩堝，必須放在摻雜勺內(nèi)，才能保證摻雜準確。在單晶爐內(nèi)裝多晶硅時，先將石英坩堝 放入托碗，然后可按裝多晶步驟往石英坩堝內(nèi)放多晶塊，多晶硅裝完后，用塑料布將坩堝蓋好，再把防渣罩和裝好籽晶的夾頭裝在籽晶軸上。將清理干凈的石墨器件裝入單晶爐，調(diào)整石墨器件位置，使加熱器、保溫罩、石墨托碗保持同心，調(diào)節(jié)石墨托碗，使它與加熱器上緣水平，記下位置，然后把裝好的籽晶夾頭和防渣罩一起裝在籽晶軸上。籽晶一定要裝 正、裝牢。值得指出的是，熱系統(tǒng)中如果換有新石墨器件，必須在調(diào)溫伉真空下煅燒一小時，除去石墨中的一些雜質(zhì)和揮發(fā)物。用尼龍布（也可以用毛巾）沾無水乙醇擦干凈爐壁、坩堝軸和籽晶軸。用萬分之一光學(xué)天平稱好摻雜劑，放入清潔的小塑料袋內(nèi)。 第 3 章 直拉單晶硅的工藝流程與常見故障處理 直拉單晶硅的一般工藝流程 直拉法 生長單晶硅工藝主要包括裝爐、熔硅、引晶、縮頸、放肩和轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾。漏水的明顯的特征是單晶產(chǎn)生氧氣，單晶顏色發(fā)白。 （三）漏油 單晶爐膛漏水會使單晶氧化，嚴重影響單晶質(zhì)量。單晶爐發(fā)現(xiàn)漏油或漏真空，首先找出原因，針對情況進行維修。一是密封圈過大，不能很好密封；二是密封圈和凹槽接觸不好； 再就是密封圈有贓物堆集，都能引起單晶爐漏油漏真空。這些故障一般都不難解決。（ 3）籽晶軸或坩堝軸不垂直。 1）密封圈過緊，潤滑不變，密封部分有贓物。 （一） 籽晶軸和坩堝軸顫 動。 （五）定期清洗單晶爐的觀察窗，保持良好的觀察狀態(tài)。 （三）籽晶軸和坩堝軸的密封圈經(jīng)常清洗，避免贓物聚集，保持良好的密封。 （一） 每次開爐前把籽晶軸和坩堝軸 擦干凈，在軸密封部分注入少量的擴 散泵油，保持潤滑良好。 直拉單晶爐保養(yǎng)和維修 簡介 直拉單晶爐 要經(jīng)常保養(yǎng)，才能保持正常地長期運轉(zhuǎn)。真空管道與爐體的連接直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 7 采用波紋管連接，減少振動的傳播，并補償管路連接的位置誤差。真空系統(tǒng)由主爐室真空系統(tǒng)和副爐室真空系統(tǒng)組成。回水各主要冷卻部位的管路上均裝有水溫檢測開關(guān)，當(dāng)水溫 超過 55℃ 時，給出報警信號。電源柜采用單獨水冷。 11)水冷系統(tǒng) 水冷系統(tǒng)分三路進水，分別用來冷卻爐體下部各冷卻部位、爐體上部各冷卻部位、機械泵等。在爐蓋上升并向右旋轉(zhuǎn)偏離爐體后， 主爐室才可上升。電機通過減速器帶動螺母絲杠機構(gòu)，爐 蓋和副爐室分別通過連接支臂與提升桿連接，實現(xiàn)升降。 10）爐體升降裝置 爐體升降包括主爐室的升降、副爐室升降及爐蓋升降。快速電機通過齒形帶與蝸輪蝸桿減速器相連 并通過電磁離合實現(xiàn)與慢速電機間的互鎖。籽晶提升機構(gòu)有快速和慢速兩個驅(qū)動電機。籽晶 提升組件經(jīng)過動平衡實驗以使籽晶旋轉(zhuǎn)時振動降到最低。 9)籽晶旋轉(zhuǎn)及提升裝置 籽晶旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由旋轉(zhuǎn)軸、支撐座、集電環(huán)、磁流體及驅(qū)動電機組成。 8）副爐室 副室的頂部設(shè)有一充氣環(huán)，在拉晶過程中氬氣都由此充入。 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 6 抽空口與副真空管道連接，在主副爐室隔離時，可以抽空副室，使副室達到和主室相同的真空條件。爐蓋上設(shè)有一充氣口，可以滿足不同的工藝要求 7）翻板閥 翻板閥固定在爐蓋上，關(guān)閉此閥后，可在維持主爐室工藝氣氛不變的情況下，打開副室，從而裝卸籽晶或取晶。左側(cè)設(shè)有圓形的取光孔，可以安裝紅外控徑儀。上爐筒放在下爐筒上，并留有一高溫計接口。爐底上還舍友設(shè)有兩個電極孔 ，電極桿通過此孔與加熱器連接。各部件均采用 SUS304L 不銹鋼焊接而成，并采用雙層水冷結(jié)構(gòu)。安裝在升降支架側(cè)面的旋轉(zhuǎn)電機通過楔形帶實現(xiàn)坩堝軸的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動?？焖匐姍C通過蝸輪蝸桿減速后驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)坩堝的快速升降。坩堝的升降結(jié)構(gòu)采用滾珠絲杠及雙直線導(dǎo)軌導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，體統(tǒng)剛性好，運動精度高。坩 堝軸的旋轉(zhuǎn)密封采用磁流體密封，升降密封采用焊接波紋管密封。爐體升降驅(qū)動裝置安裝在機架后側(cè)的立柱上。坩堝驅(qū)動裝置安裝在機架下部的平板上。 4）爐子結(jié)構(gòu)說明 單晶爐包括機架、坩堝驅(qū)動裝置、主爐室、翻板閥、副爐室、籽晶提升機構(gòu)、 爐體升降驅(qū)動裝置、真空裝置、充氣體統(tǒng)及水冷系統(tǒng)等組成。其具體要求為： 氬