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单晶硅常见图片分析及运南海之恋热场直拉单晶炉的热系统,也就是所谓的热场,是指为了熔化硅料,并使单晶生长保持在一定温度下进行的整个系统。热场一般包括压环、保温盖、上中下保温罩、石墨坩埚(三瓣埚)、坩埚托杆、坩埚托盘、电极、加热器、导流筒、石墨螺栓,且为了防止漏硅,炉底、金属电极、托杆、都设置了保护板、保护套。加热器底盘及配件石墨件附属热场正确安装顺序安装电极→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→压环热场煅烧工艺煅烧新的热场需要在真空下煅烧,煅烧时间约10小时左右,煅烧3~5次,方能投入使用。使用后,每拉晶4~8炉后也要煅烧一次。煅烧功率,不同的热场不一样,一般要比引晶温度高,CZ1#炉子煅烧最高功率一般在110KW。直拉单晶硅工艺流程拆炉→清炉→装炉/装料→抽空→检漏→熔料→引晶→放肩→转肩→等径→收尾→停炉拆炉-安全生产基础拆炉的目的是为了取出晶体,清除炉膛内的挥发物,清除电极及加热器、导流筒、保温盖等石墨件上的附着物、石英碎片、石墨颗粒、碳毡尘埃等杂物。拆炉过程中要注意不要带入新的杂物。为了防止烫伤,要戴好高温防护手套。拆炉时取出炉内的部件,一般是按由上而下的顺序。取晶体:拧副室和炉盖处的螺丝时用力要均匀,同时要确保晶体不要来回摆动。取出的晶体较烫,要放在晶棒筐里自然冷却,切记不能放在铁板上或晶体直接靠金属,否则会由于局部接触面传热太快产生热应力,造成后面切片加工过程中出现裂纹和碎片。导流筒、封气环、上防护板、导流筒定位环、导流筒定位盘一起取出。一定要注意要用力抓紧,而且注意不要碰到炉筒上缘。安全、仔细安全、规范、认真取石英坩埚:用钳子夹住石英坩埚上沿提起取出,切记不要用钳子等异物橇/敲三瓣埚,否则会影响三瓣埚的使用寿命。取三瓣埚及托杆:拿第一瓣时不容易拿,注意不要太用力碰到加热器,尽力向上提,这样拿可以减小对加热器的碰撞。再是手臂尽量垂直拿,以防碰到加热器,烫伤手臂。取保温系统及加热系统:从上而下一件一件的取出放在不绣钢台车上。拿加热器时,两个人用力要一致,而且要确保抬加热器的工具处于安全状态。安全、规范、认真清扫的内容:石墨件、炉筒、炉盖、副室、排气管道等。检查石墨中轴螺丝、加热器螺丝、检查籽晶是否破损(剪籽晶时小心弹力过大)等。打磨重锤(用1000#的砂纸)清扫的目的是将拉晶或煅烧过程中产生的挥发物和粉尘用打磨、擦拭或吸除等方法清扫干净。注意在清扫的过程中不要引起尘埃飞扬,不然会污染工作现场,同时有害身体健康。清扫的工作都要在石墨清扫房进行,不允许在车间里进行。进入车间的石墨件要确保直接装炉,不允许再次清扫。安全、规范、认真清扫排气管道:由于大量的氩气由机械泵排出,挥发出来的粉尘就会带入机械泵,直接影响它的使用寿命,因此在过滤罐里加了过滤网,过滤网将大部分粉尘阻挡下来,因此要每炉清罐,特别是要将过滤网清干净,否则影响抽空和排气,甚至在拉晶中发生断棱等现象。知识----在单晶生长过程中,硅熔液和石英坩埚等炉内物件会由于高温产生大量硅氧化物(主要成分是SiO,呈黄色烟尘状)、杂质挥发物以及挥发性气体。这些气尘粒子飘浮在单晶生长界面周围。当减小氩气流量时,能明显看到硅熔液上方有烟尘翻腾,俗称“冒烟”。氩气由上至下穿过单晶生长区域,带走气尘杂质。有时,SiO粒子可能会被吸附到单晶生长界面上,造成正在生长的单晶的原子晶向发生位错,使单晶生长失败,俗称“断苞”,降低了成晶率。装炉-生产的保障组装加热系统和保温系统是和取出的顺序相反,后取的先装,先取的后装,是从下而上,按取出的相反顺序逐渐完成的。注意:装炉时要操作熟练,精力集中,避免中途发现漏装或错装。特别是大清更要多加注意。炉底部件:要确保下保、防漏底盘、防漏底板、反射板、反射板支座及其碳毡、电极柱等位置准确,防止加热后发生打火等现象。托杆、加热器:要确保托杆的稳固,加热器螺丝是否松动,加热器脚与反射板的距离不要太近,最好隔热板加上马蹄型的支架,防止反射板碳毡与加热器脚打火。合炉前一定要测下加热器的电阻(其电阻率要大于30).保温系统:要确认好保温筒(上、中、下)、四瓣埚和加热器是否同心,若偏离太多,找出原因,重新安装。还应注意到光孔的位置要对正,否则测温不准影响拉晶。装完石墨件,确认无误后电脑方可初始化(此时籽晶、挂臂取下来且要确保无晶转/埚转等),然后可以装料。装料的规范装料时要轻放、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装料的图片装料完成时的卫生清理1、清洁周边(埚上部、加热器上部、保温材料上部、炉盖接合部)用干净吸尘器吸净灰尘及硅渣;2、用沾有酒精的无尘纸擦拭炉盖接合部、炉筒的接合部的密封圈并检查,确认有无问题;如果有问题,及时报告给班长;3、将腐蚀好的籽晶取来并加以检查,看看有无裂纹和损伤;4、把籽晶装在夹头上,装好钼销;用力向下拽一下籽晶使其牢固,稳定好籽晶后,按晶快升使其上至适当位置;5、用沾有酒精的无尘布认真擦拭籽晶;6、用沾有酒精的纸巾擦拭副封密圈和接合部;7、确保以上无问题后关上副室,抽空;抽空及熔料抽空:合完炉后打开主室泵(多点几下开关,让其预热下),待主室泵打开运转正常3分钟左右后,打开APC待角度为20以上后打开主阀。倒氩气时开旁路氩气,不要开炉盖氩气,抽到3PA以下极限后,检漏,5min内<1.0Pa为合格,如不正常进行查漏.熔料:检漏合格后可以加热。时刻注意料的变化,避免出现挂边、搭桥等现象,若发生了此现象及时处理。料化完放导流筒时,不要放偏,且挂钩不能挡着摄像头,否则会影响直径的测量及拉晶。待埚中还有3-5KG料时将功率降至引晶功率左右,用埚中的余温将其化掉。料化完后埚位从化料埚位升到引晶埚位的过程中要多升几次,多稳定下温度,避免一步到位,引起硅跳或喷硅。熔料状态熔料概要单晶炉必须关闭并抽空使之维持在一定压力范围。然后打开石墨加热器电源,加热至熔化温度1420℃以上,将多晶熔化。加热功率过大,可以缩短熔化时间,但可能造成石英坩锅的过度损伤,降低坩锅寿命。反之,若功率过小,化料时间太长,产能也随之下降引晶状态注意事项及原由降籽晶快速上升或下降每一位置的必须给予确定,升降操作方可完成,否则会熔掉籽晶,甚至重锤,升至上限会导致重锤掉下进入熔硅内,造成漏硅或整炉料彻底报废,无法再次利用;必须预热,不然会由于籽晶由低温区到高温区,由固态到液态转变时,温差太大造成籽晶受到热冲击,容易产生应力和内裂;升埚位时必须时刻关注液面和导流筒的高度,防止浸过导流筒,造成事故;埚转调整时应缓慢进行,否则会造成液面晃动;细颈不宜过粗,过细,尽量保持平滑;细颈的长度不可低于150mm。尤其是拉晶过程中出现异常(温度波动较大,细颈质量不高等)时,应适当的加长细颈长度,以便更好的排除位错,利于成晶;先确认有无杂质,如无则回熔,如有则吊出;放肩坏,将多晶体放大后提出,是为了取出熔体里更多的杂质,对坩埚里熔体硅起到提纯的作用;多晶体提出时,严禁直接快速上升至付室,这样温差太大会造成籽晶热应力过大而内裂放肩放肩的操作方法1、引颈达到预定的长度后,缓慢降低拉速直至30mm/h进行放肩;2、放肩务必要放平肩,放肩时用温校速率来调节温度;3、放肩时要时刻观察放肩的形状,放肩过快过慢时,应及时进行适当调整温度和拉速;注意事项及原由1、引颈结束,降低拉速时必须分步缓慢至30mm/h,避免成锥肩或因拉速降低过快使细颈迅速生长而掉棱;2、放肩拉速30mm/h,目的使肩部平坦,使单晶体在合适的拉速下生长;转肩图片转肩的操作注意事项晶体生长从直径放大阶段转到等径生长阶段时,需要进行转肩,当放肩直径接近预定目标时,提高拉速,晶体逐渐进入等径生长。为保持液面位置不变,转肩时或转肩后应开始启动埚升,一般以适当的埚升并使之随晶升变化。放肩时,直径增大很快,几乎不出现弯月面光环,转肩过程中,弯月面光环渐渐出现,宽度增大,亮度变大.若放肩坏了,用降埚的方式使肩脱离液面。不能直接提肩,以防埚位过高,引起液面抖动,发生喷硅事故。所以,目前的工艺都采取提高拉速的快转肩工艺。等径状态等径的要义在等径生长阶段,不仅要控制好晶体的直径,更为重要的是保持晶体的无位错生长。出现位错后的处理视情况不同处理方法也不同,当晶体长度不长时,应进行回熔,然后重新拉晶;当晶体超过一定的长度,而坩埚中还有不少熔料时,可将晶体提起,冷却后取出,然后再拉出下一段晶体;当坩埚中的熔体所剩不多时,做吊料处理。注意事项及原由各项记录必须是记录及时、真实、工整;等经过程中必须时常观察炉内单晶生产情况,如有异常(如有速度异常、单晶掉棱、变晶、变形直径粗或细、温度不适等)应听从班长或车间主管的安排并及时处理;等径至预定长度若不适当增加埚升随动,会导致单晶直径拉细等径中坏时,根据投料量、拉制单晶直径及所剩余硅液量来确定拉制参数收尾收尾的概要收尾的作用是防止位错反延。在拉晶过程中,当无位错生长状态中断或拉晶完成而使晶体突然脱离液面时,已经生长的无位错晶体受到热冲击,其热应力往往超过硅的临界应力。这时会产生位错,并将反延至其温度低的晶体中去,形成位错排。一般来说,位错反延的距离大约等于生长界面的直径。因此,在拉晶结束时,应逐步缩小晶体的直径直至最后缩小成为一点,这一过程称为收尾。收尾可通过提高拉速,也可通过升高温度的方法来实现,更多的是将两种方法结合起来,收尾时应控制好收尾的速度,以防晶体过早地脱离液面;控制好温度,以防温度过高将晶棒熔断或温度过低液面结晶。热应力是指晶体中心部分对边缘部分的相对收缩或膨胀,大小取决于晶体中温度的均匀分布。谢谢
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