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拉晶操作培训教材


引晶
籽晶与熔体接触后等待籽晶熔化并出现弯月型光圈,如果光圈变大说 明液体温度过低,如果光圈变小说明温度过高,需调整设定温度使其 光圈不变大变小比较适中,此时便可以开始引晶。 缩颈拉速最好控制在3-6mm/min之间,引颈直径控制在3mm左右,不 宜过粗,过细,尽量保持平滑。 引晶开始时,应先引直径10mm左右较粗的晶体,长度为30mm,可作 为下次熔接使用,这样避免籽晶的浪费。 为确保缩颈质量,可根据实际情况上升或下降温度设定点,以保证籽 晶的直径控制在规定范围内。
大清时将石墨热场全部清理,包括真空管道。
清理完之后,用酒精将炉壁内擦拭干净。 清炉时要确认石墨加热器螺丝是否加紧,防止松动造成打火。
清炉顺序:自上而下,逐一清理
二、热场的安装与煅烧
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
等径
目的:保持设定的直径尺寸拉晶 转肩完成直径控制稳定后可进入等径状态,进入等径状态时 ,将CCD监控摄像头调节到最佳状态及检查埚跟随动等各参 数无误后投入等径自动控制。 经常观察坩埚上升速度和晶升速度是否正确。埚升太快液面 容易碰到导流筒,晶升太快晶体容易变形。 拉晶过程中要求每隔15分钟对炉内巡视一次,确定有无异常 ,并每一个小时做一次拉晶记录。
培训对象:硅单晶制取工 培训讲师:詹文平 硅单晶分厂
拉晶工序
清炉
稳定化
引晶 放肩 转肩 等径 收尾
热场的安装
石英坩埚的安装 装料
籽晶的安装
抽真空 检漏 化料
停炉&冷却
取晶棒
清炉
拉晶完毕,晶棒取出后,炉体冷却后,对单晶炉进行清扫。
每次小清,4炉次之后大清。
小清只需取出几个石墨部件打扫干净,不过为了防止泄漏,必 须清理防爆阀上的密封圈。
检漏
目的:确认炉体漏气量 当炉子的真空度达到规定值时,关闭真空管道上的主泵球阀。 观察真空计上的压力数值,测定压力变化。CZ1#厂房设备检 漏时,泄漏率小于50mTorr/时为合格 检漏结束后缓慢打开真空管道上的主泵球阀继续抽一段时间真 空,直至真空度低于检漏时的真空度。
化料
目的:将固化的硅原料在规定时间内转化为液体。 在规定的功率(在规定的时间内从低到高慢慢提升,直到化料要求功 率)和坩埚位置下熔化成液态 化料时,流量控制在40-60L/min.炉内压力维持在10T或1000Pa左右。 将坩埚转速设定在2r/分.
转肩
目的:达到目标直径后提高拉速使之纵向生长 根据单晶炉性能,转肩可自动或手动,自动单晶炉将晶体生长控 制程序启动到“转肩”状态即可。手动单晶炉将晶升速度开到23mm/min。测量并观察晶体生长情况。 转肩时根据实际情况可适当提高或降低拉速,同时也可降 低或 上升温度设定点。但拉速不宜调整太快或太高,否则可能会造成 转肩掉棱。
冷却结束后,关闭氩气充气阀,待炉内压力到达极限真空后,先 关闭主泵球阀后关闭真空泵电源,然后进行热检漏并相应记录。
取晶棒
打开进气氩气阀门将炉内压力回充到常压。 按控制面板上晶升快速上升键,使晶体上升至副室适当距离 关闭隔离阀再打开炉体,缓慢向左移动副室至90度。 下降晶体至盛放晶体专用车中,确认单晶完全放入小车内后 ,戴上手套,左手抓紧重锤,右手用钢丝钳将籽晶从细径处 剪断,然后稳定重锤,将籽晶从重锤上取下,放在指定场所 ,再将重锤升至副室内适当位置。将晶棒推置通风处冷却。
单晶取出后,必须及时、准确的记录炉号、晶棒编号、出炉 时间并贴好标识。
文件记录
在拉晶过程中,要记录下各阶段的数据在《直拉单晶 运行记录表》 此外,还应填写《单晶炉日常保养记录表》
Thanks!
时刻注意加热电流、电压是否正常。
化料
常见异常处理:
挂边、搭桥 :
定义: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。搭桥指硅将熔完时,部分硅块在硅熔体上面形成一座“桥” 。
产生原因:一是坩埚内多晶硅装的不合要求,二是熔硅时坩 埚位置 太高,过早的提高坩埚位置和过早的降温都容易产生挂边和搭桥。
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中心位置
中心位置
加热器温度最高点
加热器温度最高点
化料
在表面硅料全部熔化后,不可将坩埚的位置升的太高,须保证液 面至导流筒的距离有4- 5cm,防止石英坩埚底部硅料翻出时碰到 导流筒及导流筒粘硅。 在熔料时,如发现有液硅表面漂浮着杂质,在硅料未完全熔化时 下降籽晶,将杂质吊出。
必须时刻注意观察炉内的情况,以防导流筒粘硅、石英坩埚粘硅 、漏硅、石英埚变形和塌料时溅硅、跳硅,化完后的液面有杂质 漂浮等一些异情况的出现情况,应有效及时的处理并记录。
处理方法:首先降低坩埚位置,快速升高温度,一旦挂边和搭桥消 失,快速降温,快速升高坩埚,避免产生硅跳。 硅跳: 定义:所谓“硅跳”,指熔硅在坩埚中沸腾现象。 产生原因:有三种情况可以产生硅跳:多晶硅中有氧化夹层或封闭 的气泡;坩埚底部有封闭气泡和熔硅时温度过高。 处理方法:适当降低温度控制。
稳定
目的:稳定溶体温度,减弱对流强度。 设定引晶所需温度及坩埚转速并进行稳定 根据光环情况确定温度稳定情况 反复几次试温找到最佳引颈温度并记录下来引颈功率等参数。
装料完毕之后因用吸尘器将石英坩埚口和石墨件上的硅料粉吸 掉;
注意:吸尘器吸粉料时吸尘管不要碰到硅料和石英坩埚,防止 被污染。
装料时,先将埚升升到到最高位置,在进行装料。
装料
装料时要轻放、慎重作业、不要使硅料掉在保温材料和加热器之间的 缝隙。在埚底平铺一层粉、小型硅料,然后将大型硅料放在上面,大 型硅料之间的间隙里填充粉、小型硅料,不要使大料架空。在装料到 石英坩埚上层时,硅块靠坩埚壁尽量以点接触,避免面接触,造成挂 边;最后将硅料堆成金字塔形状,料的重心在石英坩埚中心,上部装 料时不要伸出石英坩埚壁,否则易造成漏料,损坏石墨件,甚至使整炉 硅料报废;(见下图)
收尾
目的:防止等径部分产生晶裂和位错导致晶体不合格
将单晶直径不断缩小 且必须收尖。 收尾有慢收尾和快收尾两种方法
停炉&冷却
目的:冷却晶体,预防隐裂。 晶体收尾结束时,使晶体上升或下降坩埚将晶体脱离液面2-3cm。 将晶体生长控制系统改为手动状态。 关闭晶升、晶转、埚转;关闭加热电源。
用定位销将籽晶固定于籽晶夹具上并用双手垂直
用力拉一下确认有无问题 装完籽晶后用酒精和无尘纸将其擦拭干净 每次安装前因取下籽晶夹具检查确认籽晶 绳有无折痕,如有因急时更换防止拉晶时造成籽晶晃动
抽真空
目的:将炉内抽至相对要求真空,防止原材料加热溶化过程产生氧化。
关闭炉盖前先用酒精和无尘纸将炉盖和炉筒及“O”型圈擦拭干净; 启动前需要检查泵体内的真空油、皮带的松紧及损坏情况以及冷却 水。 采用多次点动启动的方法,等转动灵活后再按下启动按钮; 泵运转约5分钟左右各方面均正常后,再缓慢打开主泵球阀对炉子进 行预抽真空,注意主泵球阀必须缓慢打开。 观察炉内压力,直到显示压力低于要求达到的压力或更低。
热场安装顺序示意图
石英坩埚的安装
安装石英坩埚前,请穿好洁净的工作服,工作帽,并戴好未使用 的一次性手套;
确认石英坩埚内无脏污、裂口、气泡等;
安装石英坩埚时要轻放,防止损伤石英坩埚; 安装完毕后确认石英坩埚口是否水平。
装料
装料前要穿好结晶的工作服,戴上工作帽,防护眼镜,一层棉 手套,一层一次性手套。 在装料时因轻拿轻放,防止碰伤石英坩埚。 液面以下部分尽量加满不要有空隙,液面以上于石英坩埚接触 采用点接触并重心往里,防止熔化时产生挂边;
装料完成后埚转为2/rpm左右旋转,查看坩埚旋转情况,然后将埚位下 降至最低熔料位置,关闭旋转。
装籽晶
安装前应穿好洁净的专用工作服及工作帽并带好洁净的一次性手套 ,防止异物进入石英坩埚内。
根据规格要求选择籽晶(一般1-0-0),现在CZ1#厂房所使用籽晶一 般是(100)晶向的籽晶。
确认定位开槽是否有损伤
放肩
目的:结晶直径扩大到指定尺寸 完成缩颈后,将拉速缓慢下降到一定的拉速(一般控制在0.3-0.6mm/ min之间),同时温 度设定点下降一定数值, 观察晶体生长情况。 控制放肩时的速度及角度,防止过快或过慢,放肩的角度应以平滑的 角度放大。
当放肩直径接近加工要求的直径时,须多次测量,如放肩速度过快, 在直径比预定直径小10mm左右进入转肩状态。如放肩较慢,可在直 径比预定直径小5mm左右进入转肩状态。
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