專(zhuān)利名稱(chēng)：直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)及八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)及八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法，屬于硅單晶熱場(chǎng)及硅單晶生產(chǎn)工藝方法的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是未來(lái)最清潔、安全和可靠的能源，硅單晶太陽(yáng)能電池是今后人類(lèi)最重要的綠色能源之一。在現(xiàn)有工藝和條件下以及從電池性能上講，硅單晶是制造太陽(yáng)電池比較理想的材料，而優(yōu)質(zhì)參數(shù)的硅單晶是生產(chǎn)制作高效率太陽(yáng)能電池的基本條件。國(guó)際上直拉硅單晶主流產(chǎn)品是Φ200πιπι，逐漸向Φ300mm過(guò)渡，研制水平已經(jīng)達(dá)到 Φ400πιπι 450mm。在中國(guó)太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域，市場(chǎng)對(duì)八英寸硅片的需求增長(zhǎng)非常大，尤其是近年來(lái)，八英寸硅單晶成為主流產(chǎn)品。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)八英寸硅單晶所使用的主要還是以20英寸熱場(chǎng)為主，按照現(xiàn)有技術(shù)，拉制硅單晶所使用的常規(guī)20英寸熱場(chǎng)存在功耗高、拉速低、石墨坩堝損耗大的問(wèn)題。如附圖1所示現(xiàn)有20英寸的導(dǎo)流筒式熱場(chǎng)中，熱場(chǎng)部件包括石墨氈1-1、石墨壓片1-2、排氣口 1-3、下石墨保溫筒1-4、下石墨支撐環(huán)1-5、中軸加長(zhǎng)軸1-6、主石墨保溫筒1-7、加熱器 1-8、上支撐環(huán)1-9、中軸護(hù)套1-10、電極護(hù)套1-11、電極石英護(hù)套1-12、石墨中軸1_13、堝托 1-14、石墨坩堝1-15、石英坩堝1-16、上部保溫蓋板1-17、熔硅1_18、頂部蓋板1_21、外導(dǎo)流筒1-22、導(dǎo)流筒墊高環(huán)1-23、導(dǎo)流筒支撐環(huán)1-24、上石墨保溫筒1_25、內(nèi)導(dǎo)流筒H6和定位環(huán)1-27。其具體結(jié)構(gòu)為在爐膛內(nèi)徑為850mm的單晶爐內(nèi)安裝以加熱器1_8為核心的復(fù)合式熱裝置，籽晶1-20和硅單晶棒1-19置于石英坩堝1-16中，放入加熱器1-8外圍安裝主石墨保溫筒1-7，主石墨保溫筒1-7外面裹上石墨氈1-1。主石墨保溫筒1-7位于下石墨支撐環(huán)1-5上的子口內(nèi)，下石墨支撐環(huán)1-5位于下石墨保溫筒1-4上，下石墨保溫筒1-4的外面也包覆石墨氈1-1，下石墨保溫筒1-4位于石墨壓片1-2上的子口內(nèi)，石墨壓片1-2下墊上石墨氈1-1，主石墨保溫筒1-7上沿蓋有上支撐環(huán)1-9，上支撐環(huán)1-9下面的子口卡在主石墨保溫筒1-7上，在上支撐環(huán)1-9上墊石墨氈1-1再在上面壓上上部保溫蓋板1-17，上上石墨保溫筒1-25放在上支撐環(huán)1-9的上并卡在子口內(nèi)，在上上石墨保溫筒1-25外包覆石墨氈1-1，導(dǎo)流筒支撐環(huán)I-M卡在上上石墨保溫筒1-25上，導(dǎo)流筒支撐環(huán)I-M上墊導(dǎo)流筒墊高環(huán)1-23，外導(dǎo)流筒1-22上沿放在導(dǎo)流筒墊高環(huán)1-23上，定位環(huán)1_27緊貼導(dǎo)流筒墊高環(huán)1-23外沿放在導(dǎo)流筒支撐環(huán)I-M上，頂部蓋板1-21下墊石墨氈1-1。石墨下軸1-13 上放中軸加長(zhǎng)軸1-6，中軸加長(zhǎng)軸1-6支撐放堝托1-14。該導(dǎo)流筒式熱場(chǎng)存在以下一些不足
1、熱場(chǎng)整體不夠緊湊、保溫效果差、能耗較高；
2、熱場(chǎng)導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致氬氣流動(dòng)不暢、隔熱效果不佳、外導(dǎo)流筒上沿外部易大量附著氧化硅揮發(fā)物、成晶不穩(wěn)定；
3、單晶頭部尾部的縱向溫度梯度變化大，整體拉速較低；
4、石墨坩堝結(jié)構(gòu)不合理，使用壽命低。
另外，現(xiàn)有硅單晶多采用直拉法工藝生產(chǎn)，其具體工藝流程為將多晶硅原料放入石英坩堝，加熱熔化，調(diào)整溫度到硅的凝固點(diǎn)，將籽晶長(zhǎng)大到目標(biāo)直徑，提高拉速使晶體保持等直徑生長(zhǎng)。坩堝中的熔硅快用完時(shí)，調(diào)整溫度和拉速，使晶體直徑逐漸縮小，直至成為錐形。最后提升晶體使之脫離熔硅液面，完成一次晶體生長(zhǎng)過(guò)程。采用上述生產(chǎn)工藝方法生產(chǎn)硅單晶由于使用的是原有熱場(chǎng)，因此，生產(chǎn)的硅單晶能耗較高、系統(tǒng)的使用壽命較短、堝托的使用壽命也較短，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增高，成品率和拉晶速度不高，一般成品率不到54. 18%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)更加緊湊、保溫性能更好、等徑平均拉速提高、 等徑功耗得以降低的直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)及通過(guò)使用該熱場(chǎng)生產(chǎn)八英寸硅單晶的工藝方法，從而能有效的解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)，包括石墨氈、 爐底支撐環(huán)、電極護(hù)套、下護(hù)盤(pán)壓片、石墨電極、下保溫筒、堝托、石墨坩堝、加熱器、主保溫筒、上支撐環(huán)、上保溫蓋、電極螺栓、石墨中軸、中軸加長(zhǎng)軸、上保溫筒、外導(dǎo)流筒、導(dǎo)流筒支撐環(huán)、內(nèi)導(dǎo)流筒、護(hù)盤(pán)壓片和石英坩堝，主保溫筒設(shè)于加熱器外圍，加熱器設(shè)于石墨電極上； 加熱器中間設(shè)石墨中軸，石墨中軸上設(shè)中軸加長(zhǎng)軸，中軸加長(zhǎng)軸支撐堝托；所述護(hù)盤(pán)壓片設(shè)于下護(hù)盤(pán)壓片之上，下護(hù)盤(pán)壓片和護(hù)盤(pán)壓片之間填充有石墨氈；主保溫筒的底部與下保溫筒卡接，下保溫筒底部與下護(hù)盤(pán)壓片卡接，下護(hù)盤(pán)壓片底部與爐底支撐環(huán)卡接；所述外導(dǎo)流筒置于導(dǎo)流筒支撐環(huán)上，內(nèi)導(dǎo)流筒卡在外導(dǎo)流筒上，且內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒之間的間隙填充有石墨氈；所述堝托支撐石墨坩堝，石英坩堝設(shè)于石墨坩堝內(nèi)，且石英坩堝上沿高出石墨坩堝上沿。作為優(yōu)選，主保溫筒上部與上支撐環(huán)卡接，上支撐環(huán)的上部與上保溫筒下部卡接， 上保溫筒的上部與導(dǎo)流筒支撐環(huán)卡接。作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述主保溫筒、下保溫筒和上保溫筒外均包覆有石墨氈。作為進(jìn)一步優(yōu)選，導(dǎo)流筒支撐環(huán)上墊有石墨氈，石墨氈上方放上保溫蓋。作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述爐底支撐環(huán)內(nèi)墊有石墨氈。所述內(nèi)、外導(dǎo)流筒之間的間隙加大，填充更多的石墨氈；石墨坩堝與石墨堝托之間的接觸面積也增大。一種八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法，包括以下生產(chǎn)工藝步驟
第一步將單晶爐拆爐、清爐、裝爐、抽空檢漏充氬氣，要求真空度< 25mT0rr，真空泄漏率< SOmiTorr/hr、通氣壓力0. 15 0. 3Mpa、氬氣流量40 50slpm、爐壓10 15Torr ； 第二步熔化料從放上導(dǎo)流筒后的坩堝位置開(kāi)始熔料，第一次加25 KW功率，以后每 15分鐘加15V電壓，直到95KW ；
第三步待熔硅全部熔化后，開(kāi)啟晶轉(zhuǎn)、堝轉(zhuǎn)，并將晶轉(zhuǎn)調(diào)到10 12 rpm、堝轉(zhuǎn)調(diào)到6 Srpm，調(diào)坩堝位置到引晶堝位；待熔硅溫度穩(wěn)定30 35min后，將籽晶下降至距熔硅液面 90 IOOmm處預(yù)熱25 30min，開(kāi)始緩慢下降籽晶，使籽晶與熔硅接觸進(jìn)行熔接；
第四步熔接完成后開(kāi)始自動(dòng)生長(zhǎng)，引晶長(zhǎng)度達(dá)到“目標(biāo)細(xì)頸長(zhǎng)”時(shí)，開(kāi)始自動(dòng)放肩；第五步、放肩速度設(shè)定為30 40mm/hr，當(dāng)肩部放到小于要求直徑5mm時(shí)，開(kāi)始轉(zhuǎn)肩，轉(zhuǎn)肩速度為120 180mm/hr，轉(zhuǎn)肩1/2后跟上堝升，當(dāng)肩部達(dá)到要求直徑時(shí)，轉(zhuǎn)肩完成，進(jìn)入自動(dòng)等徑拉制；
第六步等徑生長(zhǎng)時(shí)，控制爐室氬氣流量40 50slpm、爐壓10 15Torr、拉速60 40 mm / hr、晶轉(zhuǎn)10 12 rpm、堝轉(zhuǎn)6 Srpm，調(diào)節(jié)堝位保持導(dǎo)流筒下沿與液面之間的距離為 20 25mm ；
第七步石英坩堝內(nèi)余料重量為8 kg時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入收尾狀態(tài)，完成收尾、停爐、冷卻。作為進(jìn)一步優(yōu)選，在第三步中，設(shè)置引晶堝位為導(dǎo)流筒下沿距液面30 35mm處。作為進(jìn)一步優(yōu)選，在第四步中，設(shè)置SOP文件單晶爐引晶參數(shù)選項(xiàng)“熱場(chǎng)設(shè)定值只減少”為開(kāi)啟，“頸部直徑設(shè)定點(diǎn)”為4. 5 4. 8mm，“目標(biāo)細(xì)頸長(zhǎng)”為100 150mm，“頸部生長(zhǎng)設(shè)定點(diǎn)”為100mm/hr。作為進(jìn)一步優(yōu)選，在第六步中，設(shè)置SOP文件(SOP是標(biāo)準(zhǔn)操作程序Mandard Operating Process的英文首字母縮寫(xiě))等徑斜率表“溫度改變值”為由0增大到40，堝升/晶升比率表堝升/晶升比率為0. 152 0. 200，通過(guò)調(diào)高等徑開(kāi)始階段堝升/晶升比率，成晶堝位由導(dǎo)流筒下沿距液面30 35mm之間，恢復(fù)到導(dǎo)流筒下沿距液面20_30mm處的成晶堝位。作為進(jìn)一步優(yōu)選，在第七步中，設(shè)置收尾工藝參數(shù)為收尾開(kāi)始階段，晶升保持收尾開(kāi)始速度40mm/min，緩慢降低晶升速度至20 mm/min，堝升速度降為零，最后在中后部通過(guò)逐步提升晶升速度的方式完成由20mm/min增大至250mm/min的收尾。所述的引晶、縮徑、放肩、等直徑生長(zhǎng)等步驟中，利用導(dǎo)流筒的角度將爐內(nèi)氬氣流直吹晶錠外徑與熔硅接觸處，即結(jié)晶前沿；可迅速帶走晶體生長(zhǎng)中產(chǎn)生的熱量，加快晶體的冷卻，提高晶體的縱向溫度梯度，提高晶體的生長(zhǎng)速度。通過(guò)使用該熱場(chǎng)生產(chǎn)八英寸硅單晶的工藝方法，可以得出以下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果投料量85kg的20英寸導(dǎo)流筒式熱場(chǎng)下生長(zhǎng)的直徑206mm的太陽(yáng)能級(jí)硅單晶，長(zhǎng)度960mm，P型 < 100 >晶向，硅單晶棒的縱向電阻率2. 5 1.6 Ω ·αιι，硅單晶的間隙氧含量彡1.0Χ IO18 at / cm3，替位碳含量< 5X IO16 at / cm3，位錯(cuò)密度< 100/cm2即無(wú)位錯(cuò)，少數(shù)載流子壽命大于10us。因此，八英寸太陽(yáng)能級(jí)直拉硅單晶各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)符合要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果本發(fā)明直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)中，導(dǎo)流筒隔熱效果好、大量減少了熱量的散失，解決了外導(dǎo)流筒上沿外部大量附著氧化硅揮發(fā)物的現(xiàn)象；加強(qiáng)了熱場(chǎng)保溫、增大了晶體內(nèi)部的縱向溫度梯度、提高了整體拉速，更好的保證了成晶的穩(wěn)定性，石墨坩堝的結(jié)構(gòu)大幅延長(zhǎng)了其使用壽命；因此，本發(fā)明直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)整體結(jié)構(gòu)更加緊湊、保溫性能更好、等徑平均拉速提高，降低了等徑功耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本， 提高生產(chǎn)效率；另外，采用本發(fā)明八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法生產(chǎn)的硅單晶，能耗較原熱場(chǎng)降低30%左右，提高系統(tǒng)的使用壽命、堝托的使用壽命平均提高一倍以上、降低了生產(chǎn)成本、同時(shí)提高了成品率和拉晶速度、縮短生長(zhǎng)周期、提高了效率；成品率可達(dá)68%以上。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中熱場(chǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中熱場(chǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中石墨坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為圖2中導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)圖1中1-1是石墨氈，1-2是石墨壓片，1-3是排氣口，1-4是下石墨保溫筒，1-5是下石墨支撐環(huán)，1-6是中軸加長(zhǎng)軸，1-7是主石墨保溫筒，1-8是加熱器，1-9是上支撐環(huán)，1-10是中軸護(hù)套，1-11是電極護(hù)套，1-12是電極石英護(hù)套，1-13是石墨中軸，1-14是堝托，1-15是石墨坩堝，1-16是石英坩堝，1-17是上部保溫蓋板，1-18是熔硅，1-19是硅單晶棒，1-20是籽晶，1-21是頂部蓋板，1-22是外導(dǎo)流筒，1-23是導(dǎo)流筒墊高環(huán)，1-24是導(dǎo)流筒支撐環(huán)，1-25是上石墨保溫筒，1-26是內(nèi)導(dǎo)流筒，1-27是定位環(huán)。本發(fā)明圖2中1是石墨氈，2是爐底支撐環(huán)，3是電極護(hù)套，4是下護(hù)盤(pán)壓片，5是石墨電極，6是下保溫筒，7是堝托，8是石墨坩堝，9是加熱器，10是主保溫筒，11是上支撐環(huán)，12是硅單晶棒，13是上保溫蓋，14是爐筒排氣口，15是電極螺栓，16是石墨中軸，17是中軸加長(zhǎng)軸，18是熔硅，19是上保溫筒，20是外導(dǎo)流筒，21是導(dǎo)流筒支撐環(huán)，22是內(nèi)導(dǎo)流筒， 23是籽晶，對(duì)是護(hù)盤(pán)壓片，25是石英坩堝。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了相互排斥的特質(zhì)和/或步驟以外，均可以以任何方式組合，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類(lèi)似目的的替代特征加以替換，即，除非特別敘述，每個(gè)特征之一系列等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)實(shí)施例而已。實(shí)施例1
一種直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)，如圖2、圖3、圖4所示，熱場(chǎng)包括石墨氈1、爐底支撐環(huán)2、 電極護(hù)套3、下護(hù)盤(pán)壓片4、石墨電極5、下保溫筒6、堝托7、石墨坩堝8、加熱器9、主保溫筒 10、上支撐環(huán)11、上保溫蓋13、電極螺栓15、石墨中軸16、中軸加長(zhǎng)軸17、上保溫筒19、外導(dǎo)流筒20、導(dǎo)流筒支撐環(huán)21、內(nèi)導(dǎo)流筒22、護(hù)盤(pán)壓片M和石英坩堝25，主保溫筒10設(shè)于加熱器9外圍，加熱器9設(shè)于石墨電極5上；加熱器9中間設(shè)石墨中軸16，石墨中軸16上設(shè)中軸加長(zhǎng)軸17，中軸加長(zhǎng)軸17支撐堝托7，所述護(hù)盤(pán)壓片M設(shè)于下護(hù)盤(pán)壓片4之上，下護(hù)盤(pán)壓片4和護(hù)盤(pán)壓片M之間填充有石墨氈1 ；主保溫筒10的底部與下保溫筒6卡接，下保溫筒 6底部與下護(hù)盤(pán)壓片4卡接，下護(hù)盤(pán)壓片4底部與爐底支撐環(huán)2卡接；所述外導(dǎo)流筒20置于導(dǎo)流筒支撐環(huán)21上，內(nèi)導(dǎo)流筒22卡在外導(dǎo)流筒20上，且內(nèi)導(dǎo)流筒22和外導(dǎo)流筒20之間填充有石墨氈1 ；所述堝托7支撐石墨坩堝8，石英坩堝25設(shè)于石墨坩堝8內(nèi)，且石英坩堝25上沿高出石墨坩堝8上沿。主保溫筒10上部與上支撐環(huán)11卡接，上支撐環(huán)11的上部與上保溫筒19下部卡接，上保溫筒19的上部與導(dǎo)流筒支撐環(huán)21卡接；導(dǎo)流筒支撐環(huán)21上墊有石墨氈1，石墨氈 1上設(shè)上保溫蓋13 ；所述主保溫筒10、下保溫筒6和上保溫筒19外均包覆有石墨氈1 ；所述爐底支撐環(huán)2內(nèi)墊有石墨氈1。具體來(lái)說(shuō)本發(fā)明直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)是在爐膛內(nèi)徑Φ = 850mm單晶爐內(nèi)安裝以加熱器9為核心的復(fù)合式熱裝置，加熱器9外圍安裝主保溫筒10，主保溫筒10外面裹上石墨氈1。主保溫筒10座落在下保溫筒6上的止口內(nèi)，下保溫筒6座落在下護(hù)盤(pán)壓片4上的止口內(nèi)，下護(hù)盤(pán)壓片4下止口卡在爐底支撐環(huán)2上，爐底支撐環(huán)內(nèi)墊上石墨氈1，主保溫筒 10上沿放上上支撐環(huán)11，上支撐環(huán)11下面的止口要卡在主保溫筒10上，在上支撐環(huán)11上裝上上保溫筒19，上保溫筒19卡在上支撐環(huán)11的上止口內(nèi)，并在上保溫筒19外裹上石墨氈1，導(dǎo)流筒支撐環(huán)21卡在上保溫筒19上，外導(dǎo)流筒20下沿放在導(dǎo)流筒支撐環(huán)21上，內(nèi)導(dǎo)流筒22卡在外導(dǎo)流筒20上，導(dǎo)流筒支撐環(huán)21上墊石墨氈1，石墨氈上蓋上保溫蓋13。石墨中軸16上放中軸加長(zhǎng)軸17，中軸加長(zhǎng)軸17支撐放堝托7，堝托7支撐石墨坩堝8，石英坩堝25座落在石墨坩堝8內(nèi)，石英坩堝25上沿需高出石墨坩堝8上沿。加熱器9是坐在石墨電極5上的，石墨電極5通過(guò)螺紋緊固在通電金屬電極上。如圖3所示此石墨坩堝為三瓣坩堝本體配合而成，坩堝本體呈圓筒狀，坩堝本體外表面內(nèi)外圈具有間隔均勻且高度相同的小凸臺(tái)。本發(fā)明熱場(chǎng)中的石墨坩堝A處較原石墨坩堝厚3mm，石墨坩堝B處是易斷裂處也加厚10_15mm，另外，增加了石墨坩堝C處，石墨坩堝D處直徑縮小70-80mm，增加了石墨坩堝與堝托的接觸面。如圖4所示本發(fā)明熱場(chǎng)中的導(dǎo)流筒是由內(nèi)導(dǎo)流筒22與外導(dǎo)流筒20配合而成，所述外導(dǎo)流筒20的形狀分為上、下兩段，上段為垂直段、下端往內(nèi)傾斜，內(nèi)導(dǎo)流筒22的下法蘭面平放在外導(dǎo)流筒20的上法蘭面上，內(nèi)導(dǎo)流筒22的下止口卡在外導(dǎo)流筒20的下止口上， 內(nèi)外導(dǎo)流筒配合好后內(nèi)部留有一定空間，此處填充石墨氈1。
一種八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法，包括以下生產(chǎn)工藝步驟 第一步按常規(guī)方法將單晶爐拆爐、清爐、裝爐、抽空檢漏充氬氣，SOP文件中的參數(shù)設(shè)置真空度< 25mTorr，真空泄漏率< 50mTorr/hr、通氣壓力0. 2Mpa、氬氣流量40slpm、爐壓 IOTorr ；
第二步熔化料投料量85kg，從放上導(dǎo)流筒后的坩堝位置開(kāi)始熔料，第一次加25kw功率，待料紅透時(shí)，以后每15分鐘加15V電壓，直到化料所需的最高化料功率95kw ；盡量以 IRPM的速度轉(zhuǎn)動(dòng)坩堝以便受熱均勻，當(dāng)堝內(nèi)多晶垮塌后根據(jù)堝內(nèi)情況適當(dāng)升高堝位，熔料完成之前，檢查計(jì)算機(jī)內(nèi)參數(shù)是否正確。第三步待料熔化完后，降加熱功率到熔接功率，開(kāi)啟晶轉(zhuǎn)、堝轉(zhuǎn)，并將晶轉(zhuǎn)調(diào)到 IOrpm、堝轉(zhuǎn)調(diào)到Srpm ；調(diào)坩堝位置到引晶堝位，以坩堝平口和加熱器平口水平時(shí)為零計(jì)算，引晶堝位以導(dǎo)流筒下沿距液面30mm之間為準(zhǔn)。待熔硅溫度穩(wěn)定30min后，將籽晶下降至距熔硅液面90mm處預(yù)熱25min，開(kāi)始緩慢下降籽晶，使籽晶與熔硅接觸進(jìn)行熔接；
第四步熔接完成后開(kāi)始自動(dòng)生長(zhǎng)，引晶長(zhǎng)度達(dá)到“目標(biāo)細(xì)頸長(zhǎng)”時(shí)，開(kāi)始自動(dòng)放肩； 設(shè)置SOP文件單晶爐引晶參數(shù)選項(xiàng)“熱場(chǎng)設(shè)定值只減少”為開(kāi)啟，“頸部直徑設(shè)定點(diǎn)”為 4. 5mm, “目標(biāo)細(xì)頸長(zhǎng)”為100mm，“頸部生長(zhǎng)設(shè)定點(diǎn)”為100mm/hr。第五步設(shè)備自動(dòng)按照SOP文件中的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行放肩，具體放肩表如表一所示，當(dāng)肩部放到小于要求直徑5mm時(shí)，開(kāi)始轉(zhuǎn)肩，轉(zhuǎn)肩速度為120mm/hr，轉(zhuǎn)肩1/2后跟上堝升，當(dāng)肩部達(dá)到要求直徑時(shí)，轉(zhuǎn)肩完成，進(jìn)入自動(dòng)等徑拉制。
權(quán)利要求
1.一種直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)，包括石墨氈(1)、爐底支撐環(huán)(2)、電極護(hù)套(3)、下護(hù)盤(pán)壓片(4)、石墨電極(5)、下保溫筒(6)、堝托(7)、石墨坩堝(8)、加熱器(9)、主保溫筒 (10)、上支撐環(huán)(11)、上保溫蓋(13)、電極螺栓(15)、石墨中軸(16)、中軸加長(zhǎng)軸(17)、上保溫筒(19)、外導(dǎo)流筒(20)、導(dǎo)流筒支撐環(huán)(21)、內(nèi)導(dǎo)流筒(22)和石英坩堝(25)，主保溫筒 (10)設(shè)于加熱器(9)外圍，加熱器(9)設(shè)于石墨電極(5)上；加熱器(9)中間設(shè)石墨中軸 (16)，石墨中軸(16)上設(shè)中軸加長(zhǎng)軸(17)，中軸加長(zhǎng)軸(17)支撐堝托(7);其特征在于還包括護(hù)盤(pán)壓片(24)，所述護(hù)盤(pán)壓片(24)設(shè)于下護(hù)盤(pán)壓片(4)之上，下護(hù)盤(pán)壓片(4)和護(hù)盤(pán)壓片(24)之間填充有石墨氈(1);主保溫筒(10)的底部與下保溫筒(6)卡接，下保溫筒(6)底部與下護(hù)盤(pán)壓片(4)卡接，下護(hù)盤(pán)壓片(4)底部與爐底支撐環(huán)(2)卡接；所述外導(dǎo)流筒(20) 置于導(dǎo)流筒支撐環(huán)(21)上，內(nèi)導(dǎo)流筒(22)卡在外導(dǎo)流筒(20)上，且內(nèi)導(dǎo)流筒(22)和外導(dǎo)流筒(20)之間的間隙填充有石墨氈(1);所述堝托(7)支撐石墨坩堝(8)，石英坩堝(25)設(shè)于石墨坩堝(8)內(nèi)，且石英坩堝(25)上沿高出石墨坩堝(8)上沿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)，其特征在于主保溫筒(10)上部與上支撐環(huán)(11)卡接，上支撐環(huán)(11)的上部與上保溫筒(13)下部卡接，上保溫筒(13)的上部與導(dǎo)流筒支撐環(huán)(21)卡接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)，其特征在于所述主保溫筒(10)、下保溫筒(6 )和上保溫筒(13)外均包覆有石墨氈(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)，其特征在于導(dǎo)流筒支撐環(huán)(21)上墊有石墨氈(1)，石墨氈(1)上方放上保溫蓋(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4中任一權(quán)利要求所述的直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)，其特征在于 所述爐底支撐環(huán)(2)內(nèi)墊有石墨氈(1)。
6.一種八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于包括以下生產(chǎn)工藝步驟第一步將單晶爐拆爐、清爐、裝爐、抽空檢漏充氬氣，要求真空度< 25mT0rr，真空泄漏率< SOmiTorr/hr、通氣壓力0. 15 0. 3Mpa、氬氣流量40 50slpm、爐壓10 15Torr ；第二步熔化料從放上導(dǎo)流筒后的坩堝位置開(kāi)始熔料，第一次加25 KW功率，以后每 15分鐘加15V電壓，直到95KW ；第三步待熔硅全部熔化后，開(kāi)啟晶轉(zhuǎn)、堝轉(zhuǎn)，并將晶轉(zhuǎn)調(diào)到10 12 rpm、堝轉(zhuǎn)調(diào)到6 Srpm，調(diào)坩堝位置到引晶堝位；待熔硅溫度穩(wěn)定30 35min后，將籽晶下降至距熔硅液面 90 IOOmm處預(yù)熱25 30min，開(kāi)始緩慢下降籽晶，使籽晶與熔硅接觸進(jìn)行熔接；第四步熔接完成后開(kāi)始自動(dòng)生長(zhǎng)，引晶長(zhǎng)度達(dá)到“目標(biāo)細(xì)頸長(zhǎng)”時(shí)，開(kāi)始自動(dòng)放肩；第五步、放肩速度設(shè)定為30 40mm/hr，當(dāng)肩部放到小于要求直徑5mm時(shí)，開(kāi)始轉(zhuǎn)肩，轉(zhuǎn)肩速度為120 180mm/hr，轉(zhuǎn)肩1/2后跟上堝升，當(dāng)肩部達(dá)到要求直徑時(shí)，轉(zhuǎn)肩完成，進(jìn)入自動(dòng)等徑拉制；第六步等徑生長(zhǎng)時(shí)，控制爐室氬氣流量40 50slpm、爐壓10 15Torr、拉速60 40 mm / hr、晶轉(zhuǎn)10 12 rpm、堝轉(zhuǎn)6 Srpm，調(diào)節(jié)堝位保持導(dǎo)流筒下沿與液面之間的距離為 20 25mm ；第七步石英坩堝內(nèi)余料重量為8 kg時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入收尾狀態(tài)，完成收尾、停爐、冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于在第三步中，設(shè)置引晶堝位為導(dǎo)流筒下沿距液面30 35mm處。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于在第四步中，設(shè)置SOP文件單晶爐引晶參數(shù)選項(xiàng)“熱場(chǎng)設(shè)定值只減少”為開(kāi)啟，“頸部直徑設(shè)定點(diǎn)”為4. 5 4. 8mm, “目標(biāo)細(xì)頸長(zhǎng)”為100 150mm，“頸部生長(zhǎng)設(shè)定點(diǎn)”為100mm/hr。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于在第六步中，設(shè)置SOP文件等徑斜率表“溫度改變值”為由O增大到40，堝升/晶升比率表堝升/晶升比率為0. 152 0. 200，通過(guò)調(diào)高等徑開(kāi)始階段堝升/晶升比率，成晶堝位由導(dǎo)流筒下沿距液面30 35mm之間，恢復(fù)到導(dǎo)流筒下沿距液面20_30mm處的成晶堝位。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于在第七步中，設(shè)置收尾工藝參數(shù)為收尾開(kāi)始階段，晶升保持收尾開(kāi)始速度40mm/min，緩慢降低晶升速度至20 mm/min，堝升速度降為零，最后在中后部通過(guò)逐步提升晶升速度的方式完成由 20mm/min增大至250mm/min的收尾。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種直拉八英寸硅單晶熱場(chǎng)及八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法，所述護(hù)盤(pán)壓片設(shè)于下護(hù)盤(pán)壓片之上，下護(hù)盤(pán)壓片和護(hù)盤(pán)壓片之間填充有石墨氈；主保溫筒的底部與下保溫筒卡接，下保溫筒底部與下護(hù)盤(pán)壓片卡接，下護(hù)盤(pán)壓片底部與爐底支撐環(huán)卡接；所述外導(dǎo)流筒置于導(dǎo)流筒支撐環(huán)上，內(nèi)導(dǎo)流筒卡在外導(dǎo)流筒上，且內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒之間的間隙填充有石墨氈；本熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)緊湊、保溫性能更好、等徑平均拉速提高，降低了等徑功耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率；本發(fā)明所述八英寸硅單晶的生產(chǎn)工藝方法包括單晶爐清爐、裝爐、抽真空，熔化料，熔接，自動(dòng)引晶、放肩、等徑生長(zhǎng)及收尾，利用該方法提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品成品率。
文檔編號(hào)C30B29/06GK102367588SQ20111034699
公開(kāi)日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者吳雪霆, 楊帆, 謝江帆, 陳軍, 雷世俊 申請(qǐng)人:東方電氣集團(tuán)峨嵋半導(dǎo)體材料有限公司