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1、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
2、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、
3、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。3.1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
4、内真空达510-1乇时，打开冷却水，开启扩散泵，打开高真空阀。炉内真空升到110-3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。3.2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。3.3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
5、液温度、流动和表面气压达到稳定。3.4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。3.5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
6、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。3.6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。3.7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。3.8等径等径生
7、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
8、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。3.9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
9、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15001600，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
10、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
11、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
12、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
13、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5.，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。
