单晶炉
单晶炉
主要内容：1、掌握单晶炉的长晶原理
2、单晶炉的结构
3、单晶炉操作流程
4、单晶炉常见异常处理方法
5、单晶检测
1、单晶炉的长晶原理
将预先合成好的多晶原料装在坩埚中，并被加热到原料的熔点以上，此时，坩埚内的原料就熔化为熔体，在坩埚的上方有一根可以旋转和升降的提拉杆，杆的下端带有一个夹头，其上装有籽晶。降低提拉杆，使籽晶插入熔体中，只要温度合适，籽晶既不熔掉也不长大，然后慢慢地向上提拉和转动晶杆。同时，缓慢地降低加热功率，籽晶就逐渐长粗，小心地调节加热功率，就能得到所需直径的晶体。整个生长装置安放在一个可以封闭的外罩里，以便使生长环境中有所需要的气氛和压强。通过外罩的窗口，可以观察到生长的情况。
2、单晶炉的结构
炉子本体包括机架、坩埚驱动装置、主炉室、翻板阀、副炉室、籽晶提升机构、液压驱动装置、真空系统、冲氩气系统及水冷系统。机架由底座、上立柱和下立柱组成，是炉子的支撑装置。坩埚驱动装置安装在底座内的平台上，主炉室（由炉底板、炉底、炉筒和炉盖组成）安装在底座的上平面上，上面与翻板阀密封联结，副室放在翻板阀上，提拉头安装在副室上，坩埚驱动装置与炉室通过波纹管密封联结，液压系统中提升油缸安装在下立柱上。液压泵放在主机附近的适当位置，真空系统、水冷系统固定在机架上，主炉室是炉子的心脏部位，热场系统安装在内。另外还有电气部分，控制柜、加热系统等。
3、单晶炉操作流程
操作流程主要有：装料、化料、安定、种晶、引晶、放肩、转肩、等径和收
尾。操作需要做到：颈细、肩平、径等、尾尖才能拉出很好的晶棒。
装料
首先清洗好炉体，将清理干净的石墨三瓣锅装入单晶炉，调整石墨器件位置，使加热器、保温碳毡、石墨托碗保持同心，调节石墨托碗，使它与加热器上缘水平。在三瓣锅中放入新的石英坩埚。
其次由装料员将称好的多晶料和掺杂剂装入坩埚内。装料时应注意一下两点：
（1）装料时，不能使石英坩埚底部有过大的空隙，防止塌料时，上部未熔的多晶硅跌入硅液中，造成熔硅外渐。
（2）硅晶硅不能碰到石英坩埚的上边沿，防止多晶硅粘着在上边沿。
装料完成，检查仪器。一切工作准确无误后，关好炉门，开动机械泵和低真空阀门抽真空，炉内真空达5×10-1乇时，打开冷却水，开启扩散泵，打开高真空阀。炉内真空升到1×10-3乇时，即可加热熔硅。在流动气氛下和减压下熔硅，单晶炉内真空达到10-1乇时关闭真空泵，通入高纯氩气10分钟，或者一边通入高纯氩气，一边抽空10分钟，即可加热熔硅。
化料
打开功率进行加热，使炉体上升到1500℃左右。熔硅时，应注意炉内真空度的变化，一般说来，在流动气氛下或在减压下熔硅比较稳定。熔硅温度升到1000℃时应转动坩埚，使坩埚各部受热均匀。
安定
当多晶硅会全部熔完后，将坩埚升到引晶位置，同时关闭扩散泵和高真空阀门，只开机械泵保持低真空。以一定流量通入高纯氩气，调整排气阀门，使炉膛
保持一定的正压强。使熔液温度、流动和表面气压达到稳定。
种晶
当多晶硅料完全熔化并安定后，将籽晶下降到距离熔硅3-5mm处烘烤两三分钟，使籽晶温度接近熔硅温度，减少对籽晶的热冲击，再下降与熔硅接触。
通过观察坩埚边液面的起伏情况，可以判断熔体温度的高低。若籽晶周围不能形成一个稳定的光圈，则此温度不适合引晶。合适的引晶温度是籽晶和熔硅接触后，籽晶周围逐渐出现稳定的光圈，最后光圈变圆。光圈内可以看到四个分散在四周并对称的小白点。
温度合适后，提拉籽晶，开始缓慢提拉。
引晶（缩颈）
种晶完后，籽晶应快速向上提升，使晶体的生长速度加快，新结晶的单晶直径比籽晶的小。籽晶直径一般为5mm，引晶后的为3mm左右。同时缩颈后长度应为其直径的6--10倍。由于拉出的单晶很重，缩颈时单晶的直径不能太细，否则引晶部分容易提断。
缩颈是为了排除引出单晶中的位错。下种时，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。
放肩
细颈达到规定长度后，如果晶棱不断，立刻降温，降拉速，使细颈逐渐长大到规定的直径，此过程称为放肩。
此时晶体硅的生长速度大大放慢，晶体硅的直径急速增大，从籽晶直径增大
到所需的长度（208mm左右），形成一个近180°的夹角。
转肩
当放肩达到所需晶体直径时，突然提高拉晶速度进行转肩，使肩近似直角，进入等直径生长。
等径
等径生长是整个拉晶时间最长的，对于操作来说却比较轻松。当放肩后，晶体生长加快，并保持稳定的速度生长，使晶体保持稳定的直径生长。在等径期间要注意观察外形上的四条棱线是否出现断线。若出现断线，则根据已拉出的晶棒长度确定是回熔重新引晶，还是直接拉断再拉下一根。一般规定长度大于700mm 则可以不必回熔。
一般说来，单晶等直径生长过程是缓慢降温过程，在单晶等直径生长过程中，为了减少降温幅度或不降温，逐步降低拉速，连续升高坩埚，可达到目的。坩埚升高快慢和拉晶速度降低的多少主要影响加热功率的变化，坩埚上升速度快，保
持单晶等直径生长，可以少降温，拉晶速度降低较快，可以不降温甚至可以升温。单晶炉一般都有温度和单晶等直径控制系统。当单晶进入等直径生长后，调整控制等直径生长的光学系统，打开电气自动部分，使其单晶炉自动等径拉晶。
收尾
当熔硅较少后，单晶开始收尾。此时晶体硅生长速度再次加快，同时升高熔体温度，使晶体硅的直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终晶体硅离开液面，收尾完成。
尾部收得好坏对单晶的成品率有很大影响。特别是对于<111>晶向生长的单晶，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，单晶成品率会大大降低，因此尽量缩小单晶尾部的直径。
4、单晶炉常见异常处理方法
（1）熔料时常见异常挂边、搭桥、跳硅
挂边指硅绝大部分熔完后，硅熔体上面坩埚边上粘有硅块的现象。搭桥指塌料后，部分硅块在硅熔体上面相互粘接在一起，形成一座“桥”。对他们的处理方式是：首先将坩埚位置降至最低，快速升高温度，开启埚转2转。（可通过改变埚转来处理挂边）。一旦挂边和搭桥消失，快速降温，快速升高坩埚，避免产生跳硅。
跳硅指熔硅在坩埚中沸腾现象。厉害的硅跳熔硅跳出坩埚外，飞溅在加热器、
保温罩、石墨托碗和单晶炉壁上，使石墨器件损坏，严重硅跳会烧坏单晶炉底。处理方式为：降低埚位，适当降低温度来控制。为了避免熔硅时产生硅跳，应仔细挑选多晶硅和石英坩埚，熔硅温度不要太高，一般在1500℃～1600℃，最好在流动气氛下熔硅。处理挂边和搭桥时注意及时降温，防止熔硅温度过高产生硅跳。
（2）单晶炉停水
单晶炉在运转过程中，突然发生停水时，主要有两种情况：一是在三分钟内循环水无法通到单晶炉或设备原因长时间停水，都属于长时间停水。二是三分钟内循环水通到单晶炉内属于短时间停水。
对于长时间停水：
1）打开应急水。
2）关闭加热电源。
3）将坩埚的位置下降30-40mm。
4）待液面完全结晶后升到最高位置，注意导流筒不要和炉盖相碰。
5）等完全冷却后再拆炉。
对于短时间停水：
1）打开应急水。
2）如有发电系统的，须马上通知发电，保证炉内冷却水循环正常。
3）对于因停水而停电的炉子须马上开启加热电源，对于不能正常运行的炉子，根据晶体的长度取出或回熔。
4）待循环冷却水正常后关闭应急水。
（3）放肩时坩埚边结晶
拉晶放肩时可能在坩埚边产生结晶，不及时处理，结晶会逐渐长大，严重影响单晶生长。产生这种情况主要是熔硅表面过冷度太大，产生熔硅表面过冷度太大的原因主要是热场纵向梯度小或放肩时降温太大造成的。增大热场纵向温度梯度，降低拉速，小幅度降温，可以避免放肩时坩埚边结晶。一旦坩埚边出现结晶，要适当升高温度，降低拉速，使结晶缓慢熔化，结晶熔完后，继续进行正常拉晶。
（4）等径是晶棒扭曲
1) 检查下埚位，要求液面离热屏下沿20mm。
2）将等径自动控制关闭，减小拉速，同时，加功率。每10分钟加1KW，共加5KW。
3）待晶体直径放大15mm左右，再缓慢将晶体直径缩小至目标直径。
4）若晶体扭曲状况改变不大，可重复作业一次。
（5）掉棒
1）将控制面板转为手动。立即停止埚转、晶转。
2）关闭加热电源.保持真空泵运转。
3）尽量开大氩气流量，尽量开小碟阀开度。保持炉内压力尽量高，氩气流通量尽量大.使炉内温度迅速下降
5、单晶检测
单晶棒要先用数控金刚石带锯床去头尾，再进行以下检测。
（1）检测流程：单晶棒直径检测→导电类型检测→总长度检测→位错检测→去头尾标示→有效长度大于等于100mm→电阻率检测→长度检测→少子寿命检测。
（2）硅片检测：厚度检测→少子寿命检测→碳氧含量检测。
单晶由等径直径的长度分为一等品、二等品、三等品和等外品
一等品：等径直径≥130mm，有效等径直径长度≥2400mm，产品要求收尾，二等品：125mm≤等径直径＜130mm，有效等径直径长度≥2400mm，等径直径变化范围≤+-5mm，产品要求收尾。
三等品：125mm≤等径直径＜150mm，1800mm≤有效等径直径长度＜2400mm，等径直径变化范围≤+-5mm，产品要求收尾。
等外品：125mm≤等径直径＜150mm，1200mm≤有效等径直径长度＜1800mm，等径直径变化范围≤+-6mm，产品要求收尾。
少子寿命检测仪，要求少子寿命≥2US，测量头部和尾部，均测5个点，若
发现少子寿命小于2US的部分要用线标注好，后序切除。一般单晶棒少子寿命基本上是合格的，头部比较大约＞10us，尾部相对较小一般是5-7us。
单晶导电类型要求为P型或N型，N型退火后的电阻率要求≥5Ω.㎝，少子寿命要求为≥5us（裸测）。
碳氧含量要求分别为氧≤1*1018at/cm3和碳≤8*1016at/cm3。
5、实习体会
在近半个月的实习中，让我深刻体会到单晶拉制的整个流程。同时跟自己的所学进行对比。发现实际与理论还是有点差距，或者说是自己以前认识上的差距吧。在实习中，我主要关注了引晶、放肩、收尾三个操作阶段。对这三个阶段的认识和理解也是比较深刻的。同时我也把重新理解了热场的概念，不同温度梯度该如何去控制与调节。
单晶硅炉
单晶硅生长炉 目录 单晶硅生长炉 原理简介 目前国内外晶体生长设备的现状 单晶硅生长炉的特点 单晶硅生长炉 原理简介 目前国内外晶体生长设备的现状 单晶硅生长炉的特点 展开 编辑本段单晶硅生长炉 单晶硅生长炉是通过直拉法生产单晶硅的制造设备。主要由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成。 1、主机部分： ●机架，双立柱 ●双层水冷式结构炉体 ●水冷式阀座 ●晶体提升及旋转机构 ●坩埚提升及旋转机构 ●氩气系统 ●真空系统及自动炉压检测控制 ●水冷系统及多种安全保障装置 ●留有二次加料口 2、加热器电源： 全水冷电源装置采用专利电源或原装进口IGBT及超快恢复二极管等功率器件。配以特效高频变压器，构成新一代高频开关电源。采用移相全桥软开关（ZVS）及CPU独立控制技术，提高了电能转换效率，不需要功率因数补偿装置。 3、计算机控制系统： 采用PLC和上位工业平板电脑PC机，配备大屏幕触摸式HMI人机界面、高像素CCD测径ADC系统和具有独立知识产权的“全自动CZ法晶体生长SCADA监控系统”，可实现从抽真空—检漏—炉压控制—熔料—稳定—溶接—引晶—放肩—转肩—等径—收尾—停炉全过程自动控制。
中国西安理工大学研究所 。 美国KAYEX公司 德国CGS GmbH公司 编辑本段单晶硅生长炉的特点 HD系列硅单晶炉的炉室采用3节设计。上筒和上盖可以上升并向两边转动，便于装料和维护等。炉筒升降支撑采用双立柱设计，提高稳定性。支撑柱安装在炉体支撑平台的上面，便于平台下面设备的维护。炉筒升降采用丝杠提升技术，简便干净。 全自动控制系统采用模块化设计，维护方便，可靠性高，抗干扰性好。双摄像头实时采集晶体直径信息。液面测温确保下籽晶温度和可重复性。炉内温度或加热功率控制方式可选，保证控温精度。质量流量计精确控制氩气流量。高精度真空计结合电动蝶阀实时控制炉内真空度。上称重传感器用于晶棒直径的辅助控制。伺服电机和步进电机的混合使用，即可满足转动所需的扭矩，又可实现转速的精确控制。质量流量计精确控制氩气流量。 自主产权的控制软件采用视窗平台，操作方便简洁直观。多种曲线和数据交叉分析工具提供了工艺实时监控的平台。完整的工艺设定界面使计算机可以自动完成几乎所有的工艺过程。 加热电源采用绿色纵向12脉冲直流电源。比传统直流电源节能近15%。 特殊的温场设计使晶体提拉速度提高20-30%。
单晶炉资料
CL系列单晶炉，属软轴提拉型，用直拉法生长无位错电路级、太阳能级单晶的设备。 此设备结构设计稳定，运行平稳，且有多项安全防护设施，质量流量及温度控制精确，整个晶体生长过程由高可靠的可编程计算机控制器（PCC）控制，并可实现全自动（CCD）控制，包括抽真空、熔化、引晶缩颈、放肩、等经生长和尾锥生长。 CL-90型设备提供一对电极，满足用户采用两温区加热的工艺要求。设备使用18寸或20寸的热系统，投料量60-90Kg，生长6″或8″的单晶体。 设备特点： 1、稳定的机架结构设计，增强了设备在晶体生长过程中的抗振动能力。 2、优化的液压提升机构确保副炉室提升和复位时的运动平稳性。 3、与主机分离的分水器设计，在减少冷却水振动对晶体生长的影响的同时优化了水路布局。 4、晶体和坩埚的提升采用双电机结构，保证稳定的低生长速度以及坩埚和籽晶的快速定位。 5、采用无振动的高性能马达和低噪声的减速器驱动晶体和坩埚上升，可提供稳定的低生长速度。 6、设备的真空条件和在真空下的可控惰性气体气流使得热区清洗最佳化。氧化硅可以在不污染晶体和晶体驱动装置的条件下排除。 7、带隔离阀的副室可以在热区保持工作温度的情况下，取出长成的晶体或者更换籽晶。 8、对惰性气体流量和炉室压力高精度的控制能力，为生长高品质单晶创造了条件。 9、炉盖和炉腔通过两个提升装置提升，很方便的转向一边快捷地清洗。 10、熔化温度通过对加热器温度的电控来维持和调节，加热电源采用直流供电提高了控制精度。高品质的加热器温度测量传感器实现了精确的温度控制。 12、整个晶体生长过程由一个高可靠的可编程计算机控制器（PCC）控制，包括抽真空、熔化、引晶缩颈、放肩、等经生长和尾锥生长，晶体生长全过程可实现全自动（CCD）控制：。 13、带有数据和报警过程控制的可视化软件，存储在计算机的硬盘中。可以显示过程变量随时 间变化的趋势图。
单晶硅生长炉原理
单晶硅生长炉原理 单晶硅生长炉原理 首先，把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；接着，控制籽晶生长出一段长为100m 单晶硅生长炉 m左右、直径为3～5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75～300mm，这个过程称为放肩；接着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺；这样一个单晶拉制过程就基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。 直拉法，也叫切克劳斯基（J.Czochralski）方法。此法早在1917年由切克劳斯基建立的一种晶体生长方法，用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制，生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。据统计，世界上硅单晶的产量中70％～80％是用直拉法生产的。 单晶硅生长炉现状 目前国内外晶体生长设备的现状如下： 美国KAYEX公司 国外以美国KAYEX公司为代表，生产全自动硅单晶体生长炉。KAYEX公司是目前世界上最大，最先进的硅单晶体生长炉制造商之一。KAYEX的产品早在80年代初就进入中国市场，已成为中国半导体行业使用最多的品牌。该公司生长的硅晶体生长炉从抽真空－检漏－熔料－引晶－放肩－等径－收尾到关机的全过程由计算机实行全自动控制。晶体产品的完整性与均匀性好，直径偏差在单晶全长内仅±1mm。主要产品有CG3000、CG6000、KAYEX100PV、KAYEX120PV、KEYEX150，Vision300型，投料量分别为30kg、60kg、100kg、120kg、150kg、300kg。
CZ法单晶生长原理及工艺流程
CZ生长原理及工艺流程 CZ法的基本原理，多晶体硅料经加热熔化，待温度合适后，经过将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶锭的拉制。炉内的传热、传质、流体力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长与生长成的单晶的质量，拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转与升降速率，炉内保护气体的种类、流向、流速、压力等。 CZ法生长的具体工艺过程包括装料与熔料、熔接、细颈、放肩、转肩、等径生长和收尾这样几个阶段。 1．装料、熔料 装料、熔料阶段是CZ生长过程的第一个阶段，这一阶段看起来似乎很简单，但是这一阶段操作正确与否往往关系到生长过程的成败。大多数造成重大损失的事故(如坩埚破裂)都发生在或起源于这一·阶段。 2．籽晶与熔硅的熔接 当硅料全部熔化后，调整加热功率以控制熔体的温度。一般情况下，有两个传感器分别监测熔体表面和加热器保温罩石墨圆筒的温度，在热场和拉晶工艺改变不大的情况下，上一炉的温度读数可作为参考来设定引晶温度。按工艺要求调整气体的流量、压力、坩埚位置、晶转、埚转。硅料全部熔化后熔体必须有一定的稳定时间达到熔体温度和熔体的流动的稳定。装料量越大，则所需时间越长。待熔体稳定后，降下籽晶至离液面3～5mm距离，使粒晶预热，以减少籽经与熔硅的温度差，从而减少籽晶与熔硅接触时在籽晶中产生的热应力。预热后，下降籽晶至熔体的表面，让它们充分接触，这一过程称为熔接。在熔接过程中要注意观察所发生的现象来判断熔硅表面的温度是否合适，在合适的温度下，熔接后在界面处会逐渐产生由固液气三相交接处的弯月面所导致的光环(通常称为“光圈”)，并逐渐由光环的一部分变成完整的圆形光环，温度过高会使籽晶熔断，温度过低，将不会出现弯月面光环，甚至长出多晶。熟练的操作人员，能根据弯月面光环的宽度及明亮程度来判断熔体的温度是否合适。 3．引细颈 虽然籽晶都是采用无位错硅单晶制备的[16～19]，但是当籽晶插入熔体时，由于受到籽晶与熔硅的温度差所造成的热应力和表面张力的作用会产生位错。因此，在熔接之后应用引细颈工艺，即Dash技术，可以使位错消失，建立起无位错生长状态。 Dash的无位错生长技术的原理见7．2节。金刚石结构的硅单晶中位错的滑移面为{111}面。当以[l00]、[lll]和[ll0]晶向生长时，滑移面与生长轴的最小夹角分别为36．16°、l9．28°和0°。位错沿滑移面延伸和产生滑移，因此位错要延伸、滑移至晶体表面而消失，以[100]晶向生长最容易，以[111]晶向生长次之， 以[ll0]晶向生长情形若只存在延伸效应则位错会贯穿整根晶体。细颈工艺通
晶盛单晶炉操作说明
． 全自动单晶炉操作手册 REV. MANUAL_ZJS.Z02 （TDR80A-ZJS/TDR85A-ZJS/TDR95A-ZJS适用） 2009年05月 上虞晶盛机电工程有限公司 SHANGYU JING SHENG M&E ENGINEERING CO., LTD
目录 第一章单晶生长条件 (2) 1.1 设备要求 (2) 1.2 辅料要求 (3) 1.3 安全要求 (4) 第二章单晶生长标准流程 (5) 2.1 拆炉 (5) 2.2 装炉 (6) 2.3 开始单晶的生长 (8) 2.4 抽真空 (9) 2.5 检漏 (11) 2.6 压力化 (12) 2.7 熔料 (13) 2.8 稳定化 (15) 2.9 熔接 (16) 2.10 引晶 (18) 2.11 放肩 (19) 2.12 转肩 (20) 2.13 等径 (21) 2.14 收尾 (22) 2.15 停炉 (23) 第三章单晶生长辅助流程 (24) 3.1 中途取晶 (24) 3.2 回熔 (26) 3.3 煅烧 (26) 3.4 大清 (27) 3.5 连接部位检查 (27) 第四章相机调整与热场温度校正 (28) 4.1 相机调整 (28) 4.2 热场温度调整 (32) 第五章异常情况处理 (33) 5.1 断水 (33) 5.2 电极故障 (33) 5.3 打火 (33) 附录故障速查 (34)
第一章单晶生长条件 1.1 设备要求 1.1.1 运行条件（以下以TDR-85A-ZJS炉为例，其余炉型要求参照说明书） （1）冷却水要求 水压：炉子进出水压差要求介于2~3公斤之间，真空泵进出水压差要求1.5公斤以上； 炉子进水压力不可超过3.5公斤，炉子上冷却水安全阀设置压力6公斤； 水流率：炉子和电源要求供水量不低于250升每分钟，单独电源要求供水量不低于20升每分钟； 水温：推荐进水温度18~24oC，最大不超过25oC； 水质：弱碱性水，PH值6~9；氯离子含量≤10ppm，碳酸钙含量≤50ppm；以纯净软水为好。 连接方式：进出水管与炉子之间采用软连接，防止震动传递到炉子。 （2）压缩空气要求 气压：≥7公斤；推荐在压缩空气入口处使用压力调节器。 流率：≥2.5升每秒； 汽缸容积：主真空球阀：2升；辅助真空球阀：0.5升。 （3）电力要求 相制：3相AC380V(±10%)/50Hz； 功率：≥192KVA。 配电柜应装有500V、400V的空气开关，和380V/400A的隔离开关。 （4）炉子真空要求 空炉真空度：≤15mTorr； 空炉泄漏率：≤30mTorr/hr； 带热场泄漏率：≤50mTorr/hr。（热场已经煅烧完全） 1.1.2 日常维护 （1）坩埚轴驱动部件的维护保养 a、经常检查坩埚轴的冷却水是否通畅，避免冷却不充分而损坏坩埚轴； b、每个月对下轴丝杠至少清理一次，每次应先清理干净丝杠和导轨上的油污，加上适当（不可太多） 润滑油，然后上下快升降两次。 （2）提拉头的维护保养 a、每次开炉后，检查钢丝绳是否损坏（包括变硬、缠松、有严重毛刺等），如有损坏，立即更换； b、钢丝绳在保管、使用、维修、安装过程中不能造成任何死弯角，否则在运行过程中会引起抖动。（3）水冷系统的维护保养 a、每次加热前检查水流量是否充足，确保所有水路没有堵塞，水温传感器运行正常； b、出现水温或水量报警要查找原因及时处理。 （4）翻板阀的维护保养 每次装炉前检查阀口密封圈是否完好，翻板阀操作是否轻松、无卡滞，底部挥发物是否打扫干净，如发现问题应及时排除。 （5）真空系统的维护保养 a、经常检查泵油，上下腔油均应浸过小观察窗一半。如上泵腔油不够，应及时补新油；下泵腔油不 够，需关闭球阀，打开左侧阀门，使上泵腔油下到下泵腔，然后关闭阀门。注意右侧阀门保持常开； b、每次大清，先彻底放尽泵腔内的废油（用手慢慢拉动传动皮带，盘出下泵腔内的废油），然后打 开上泵腔，清除干净沉淀油污。最后换上新油； c、每次拆炉时，拆开真空管道所有盲板和波纹管，彻底清扫管内的粉尘。
中国晶体硅生长炉设备调查
中国晶体硅生长炉设备调查 目前我国有超过30家企业在生产多晶硅铸锭炉和单晶炉。现推出中国晶体硅生长炉设备调查。 多晶硅铸锭炉发展迅速太阳能产业的迅猛发展需要更多的硅料及生产设备来支撑。世界光伏产业中，多晶硅片太阳能电池占据主导地位，带动了多晶硅铸锭生长设备市场的发展。目前，全球太阳能电池的主流产品为硅基产品，占太阳能电池总量的85％以上。多晶硅太阳能电池占太阳能电池总量的56%。多晶硅太阳能电池由于产能高，单位能源消耗低，其成本低于单晶硅片，适应降低太阳能发电成本的发展趋势。多晶铸锭生长技术已逐渐发展成为一种主流的技术，由此也带动了多晶硅铸锭炉市场的发展。多晶硅铸锭炉作为一种硅重熔的设备，重熔质量的好坏直接影响硅片转换效率和硅片加工的成品率。 目前，我国引进最多的是GT SOALR（GT Advanced Technologies Inc.，以下简称GT） 的结晶炉。在国际多晶硅铸锭炉市场上，市场份额占有率最高的为美国GT公司和德国ALD公司。GT公司市场主要面向亚洲，在亚洲的市场销售额占其收入的60%；ALD公司主要面向欧洲市场。其他多晶铸锭设备的主要国际生产商还有美国Crystallox Limited、挪威Scanwafer、普发拓普、和法国ECM。德国ALD公司生产的多晶硅铸锭炉投料量为400kg/炉；美国Crystallox Limited 公司为275kg/炉；挪威Scanwafer公司生产的多晶硅铸锭炉可同时生产4锭，投料量达到800～1000kg/炉，该设备属于专利产品，暂时不对外销售；法国ECM生产的多晶硅铸锭炉采用三温区设计，提高了硅料的再利用率高。 国内的保定英利、江西赛维LDK、浙江精功太阳能都是引进GT的结晶炉。从早期160公斤级到240公斤级，目前容量已增加到450公斤级甚至到800公斤级。2003年10月国内第一条铸锭线在保定英利建成，2006年4月LDK项目投产，百兆瓦级规模生产启动。随后，尚德、林洋、CSI等众多企业多晶硅电池开始量产。2002年, 30~50kg的小型浇铸炉研发；2004年, 100kg试验型热交换型铸锭炉研发；2007年, 240kg大生产型定向凝固炉研发成功并推向市场。
单晶硅生长原理及工艺_刘立新
单晶硅生长原理及工艺 摘要：介绍了直拉法生长单晶硅的基本原理及工艺条件。通过控制不同的工艺参数（晶体转速：2.5、10、20rpm ；坩埚转速： 5、 150×1000mm 优质单晶硅棒。分别对这三种单晶硅样品进行 了电阻率、氧含量、碳含量、少子寿命测试，结果表明，当晶体转速为10rpm ，坩埚转速为 ０７ ），男，助理研究员，E-mail ：lxliu2007@https://www.360docs.net/doc/af12695945.html, 。 刘立新1，罗平1，李春1，林海1，张学建1，2，张莹1 （1.长春理工大学 材料科学与工程学院，长春 130022；2.吉林建筑工程学院，长春 130021） Growth Principle and Technique of Single Crystal Silicon LIU Lixin 1，LUO Ping 1，LI Chun 1，LIN Hai 1，ZHANG Xuejian 1，2 ，ZHANG Ying 1 （1.Changchun University of Science and Technology ，Changchun 130022；2.Jilin Architectural and civil Engineering institute ，Changchun 130021） Abstract ：This paper introduces the basic principle and process conditions of single crystal silicon growth by Cz method.Through controlling different process parameters (crystal rotation speed:2.5，10，20rpm;crucible rotation speed:-1.25，-5，-10)，three high quality single crystal silicon rods with the size of é? ??ì?2a?÷?￠?ˉ3éμ??·?￠ì????üμ?3?μè ［1］ 。此外，硅 没有毒性，且它的原材料石英(SiO 2)构成了大约60%的地壳成分，其原料供给可得到充分保障。硅材料的优点及用途决定了它是目前最重要、产量最大、发展最快、用途最广泛的一种半导体材料［2］。 到目前为止，太阳能光电工业基本上是建立在 硅材料基础之上的，世界上绝大部分的太阳能光电器件是用单晶硅制造的。其中单晶硅太阳能电池是 最早被研究和应用的，至今它仍是太阳能电池的最 主要材料之一。单晶硅完整性好、纯度高、资源丰富、技术成熟、工作效率稳定、光电转换效率高、使用寿命长，是制备太阳能电池的理想材料。因此备受世界各国研究者的重视和青睐，其市场占有率为太阳能电池总份额中的40%左右［3］。 随着对单晶硅太阳能电池需求的不断增加，单晶硅市场竞争日趋激烈，要在这单晶硅市场上占据重要地位，应在以下两个方面实现突破，一是不断降低成本。为此，必须扩大晶体直径，加大投料量，并且提高拉速。二是提高光电转换效率。为此，要在晶体生长工艺上搞突破，减低硅中氧碳含 第32卷第4期2009年12月 长春理工大学学报（自然科学版） Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ）Vol.32No.4 Dec.2009
单晶炉培训资料
培训资料培训提纲 1．2．3．拉制单晶过程异常情况及其处理。 石英坩埚的相关知识 直拉单晶操作及工艺流程，操作注意事项。
拉单晶过程中的异常情况及其处理 在拉单晶过程中，经常会出现一些异常情况，作为操作人员除了对设备运行要严密 监控之外，对出现的异常情况，应具有一定的应急处理能力，本章节针对各种可能出现的异常情况，介绍一下简单的概念和应急处理的方法。 1、挂边和搭桥 挂边是指在熔料过程中，坩埚内绝大部分的多晶硅料熔完了，但有少部分或几块硅块粘在坩埚边上。 搭桥是指在化料时，坩埚原料已全部熔完了，甚至下部在沸腾，但坩埚上部有许多硅块在熔液上部相互接触，形成一座桥，悬挂在上部下不去。 产生这两种情况的主要原因：A装原料不符合要求B 提升坩埚位置和时机不合适C 过早降低了熔料功率 熔硅时出现这两种情况要及时处理，就挂边而言，因为现在直拉法系统内都是装导
流筒，如果挂边不处理，一旦后边拉单晶把埚位提升时，最终一定会碰到导流筒，导致 后续拉晶无法进行，只有停炉，损失很大。其次是搭桥就更严重，不处理的话就什么也没法做了，只能停炉。 因此有时我们就是冒着硅跳的危险也要把这种情况处理好。处理方法：首先适当降 低埚位，快速升高功率，一旦挂边后搭桥消失，应迅速降温，并适当升高埚位避免硅跳。 2、硅跳 硅跳是指熔料过程中，溶液在坩埚中像烧开水一样沸腾，或者液面突然冒出气泡形状,并且有飞溅的现象。 硅跳产生的后果也非常严重，飞溅的溶液可能溅到加热器、保温桶、埚帮、托盘等等;最严重的是易使加热器易产生裂痕，损伤损坏掉。 产生的原因：a多晶硅中有氧化夹层或封闭气泡b石英坩埚内壁上有气泡c加热功 率太高，导致温度过高d刚熔完原料时，氩气流量的突然减小。 处理方法：为避免这种情况，我们在装炉时应注意挑选检查多晶硅和石英坩埚（透光仔细观察坩埚内壁上有没有气泡），其次熔料时不要把功率加得太高(功率加的太高导 致温度高加剧了原料硅与石英坩埚的反应不利于成晶);时刻注意观察氩气压力流量表是否压力正常。 3、温度震荡 在熔料完成后稳定温度过程中，没有任何机械振动或外部力的干扰下，坩埚内溶液表面出现波动的现象，称为温度震荡。 产生的原因是过重的熔硅某点的温度是变化的，它除了受加热温度和散热条件等因素的影响外，熔硅中的不稳定对流也会引起温度变化。充分的对流往往表现为湍流形式，
单晶硅生长炉
单晶硅生长炉 单晶硅生长炉是通过直拉法生产单晶硅的制造设备。主要由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成。1、主机部分：●机架，双立柱●双层水冷式结构炉体●水冷式阀座●晶体提升及旋转机构●坩埚提升及旋转机构●氩气系统●真空系统及自动炉压检测控制●水冷系统及多种安全保障装置●留有二次加料口2、加热器电源：全水冷电源装置采用专利电源或原装进口IGBT及超快恢复二极管等功率器件。配以特效高频变压器，构成新一代高频开关电源。采用移相全桥软开关（ZVS）及CPU独立控制技术，提高了电能转换效率，不需要功率因数补偿装置。 3、计算机控制系统：采用PLC和上位工业平板电脑PC机，配备大屏幕触摸式HMI 人机界面、高像素CCD测径ADC系统和具有独立知识产权的“全自动CZ法晶体生长SCADA监控系统”，可实现从抽真空—检漏—炉压控制—熔料—稳定—溶接—引晶—放肩—转肩—等径—收尾—停炉全过程自动控制。 编辑本段原理简介 首先，把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；接着，控制籽晶生长出一段长为100mm左右、直径为3～5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75～300mm，这个过程称为放肩；接着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺。这样一个单晶拉制过程就基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。 直拉法，也叫切克劳斯基（J.Czochralski）方法。此法早在1917年由切克劳斯基建立的一种晶体生长方法，用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制，生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。据统计，世界上硅单晶的产量中70%～80%是用直拉法生产的。 编辑本段目前国内外晶体生长设备的现状
晶体生长炉控制系统
HOLLIAS-LEC G3 PLC在SiC晶体生长炉控制系统中的应用作为一种新型的半导体材料，SiC以其优良的物理化学特性和电特性成为制造短波长光电子器件、高温器件、抗辐照器件和大功率／高额电子器件最重要的半导体材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。因此，SiC 器件和其各类传感器已逐步成为关键器件之一，发挥着越来越重要的作用。 从20世纪80年代起，特别是1989年第一种SiC衬底圆片进入市场以来，SiC器件和电路获得了快速的发展。在某些领域，如发光二极管、高频大功率和高电压器件等，SiC器件已经得到较广泛的商业应用，发展迅速。经过十几年的发展，目前SiC器件工艺已经可以制造商用器件。以Cree为代表的一批公司已经开始提供SiC器件的商业产品。 国内的研究所和高校在SiC材料生长和器件制造工艺方面也取得了可喜的成果。目前Si C因片的体生长和外延生长技术已经可以得到应用于商业生产的SiC圆片，市场上可以获
得3英寸的SiC圆片，4英寸的圆片生产技术也不断研制成熟。中科院物理研究所从2000年以来投入大量人力和物力进行了SiC晶体关键生长技术的研发，凭借其多年在晶体生长的经验和实力雄厚的科研力量，目前物理所已跻身于全球几个有能力生长2英寸SiC半导体晶体的单位之一，同时已设计并制造出具有自主知识产权的SiC晶体生长炉，为规模化生产奠定了基础，并具有明显的价格优势。目前本研究组响应把科学技术转化为生产力的号召，集多方资源建立了从事SiC单晶材料生长炉规模化生产业务的公司。 [ 2 生长炉的组成 SiC晶体的生长条件苛刻，需在2100℃以上保持高真空一周以上，且对籽晶质量、固定方式等也有很高要求。物理所利用长期研究工作中积累的单晶生长经验，结合自行设计的独特的坩埚和温场，设计并制造出具有自主知识产权的SiC晶体生长炉。除炉体以外，生长炉具有大量控制设备来确保晶体生长苛刻的环境要求，这样控制设备大体上可以分为真空设备、加温设备和运动设备。 真空设备包括变频器、真空计、真空泵、智能控制仪表、真空控制器和密封设备等，真空计采集炉腔内的真空度，真空控制器根据真空度变化调节变频器频率，进而改变真空泵的运行频率，以保证炉腔内的真空度稳定；加温设备包括中频加热炉、中频电源、电流/电压传感器、可控硅和PID智能调节温控仪表等，温控仪表采集电流传感器的模拟量信号（此值与炉内温度成线性关系），根据电流值和设定值进行PID调节，输出给可控硅来调节中频电源的电压，进而保证炉内温度的稳定；运动设备包括步进电机、G3 PLC、丝杠、导轨、编码器、限位开关和触摸屏等，闭环调节籽晶杆和坩埚杆的运动，调节坩埚自转，各种参数可以设置。 3 运动控制系统组成