[发明专利]一种单晶棒的生产工艺及设备

说明书

本发明属于技术领域，尤其涉及一种单晶棒的生产工艺及设备，单晶炉包括第一炉室、第二炉室和隔离组件，第一炉室用于将硅料融化成硅液，第一炉室上设置有第一炉口；第二炉室，第二炉室包括工作位和卸料位，第二炉室通过卸料机构在工作位和卸料位之间切换，第二炉室上设置有第二炉口；隔离组件隔离组件具有隔热结构；籽晶提拉旋转机构，籽晶提拉旋转机构设置在第二炉室上方，籽晶提拉旋转机构包括籽晶夹具；单晶炉上还设置有引导机构，引导机构用于引导第二炉室复位至工作位。本发明通过引导机构使第二炉室在工作位和卸料位切换时平稳且快速的对接或分离，也能降低引导机构零部件之间的磨损，节约成本，节省加工时间，提高工作效率。

技术领域

本发明属于生产单晶棒技术领域，尤其涉及一种单晶棒的生产工艺及设备。

背景技术

单晶硅属于立方晶系，金刚石结构，是一种性能优良的半导体材料，广泛应用于红外光谱频率光学元件、红外及.r射线探测器、集成电路、太阳能电池等。现在最广泛的单晶硅制造工艺是采用直拉法制造单晶硅，与其他制造工艺相比，在制造成本与单晶硅的性能方面有一定的优势，但现有通过直拉法制造单晶硅的工艺存在着不足，所制造的单晶硅质量不稳定，产品的一致性差。

另外目前在清炉、装料和取棒工艺时，均会需要进行第二炉室的旋转。传统的单晶炉中，其第二炉室的旋转均是手动操作，即用人力推动第二炉室进行旋转，缺点也很明显，人力推动往往在速度及用力方面都会存在差异，使得第二炉室旋转的过程中不稳，特别是在取棒过程中，容易造成晶体在第二炉室内晃动，带来掉棒的风险，且用人力推动第二炉室进行旋转的工作效率也不高。

在现有技术中关于卸料机构已有公开，例如专利号为CN205152393U，卸料机构将单晶炉的第二炉室从隔离组件升起，在上炉室冷却完毕由籽晶提升旋转机构放置在推料小车中进行卸料，卸料机构再重新将上炉室安装到隔离组件，而上炉室重新安装回隔离组件需要对准，调节承接件和插接件之间的相对位置进行对接，且经过多次对接后，会对承接件和插接件产生极大地磨损，降低生产效率。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种单晶棒的生产工艺及设备，能够平稳且快速引导第二炉室对接隔离组件，达到了提高生产效率降低磨损的效果。

有鉴于此，本发明提供一种单晶棒的生产工艺，包括以下步骤：

步骤S1:将多晶硅的装料和熔化：将高纯多晶硅料粉碎，并在硝酸和氢氟酸的混合溶液中清洗外表面，除去可能的金属杂质；将粉碎后的高纯多晶硅料放入单晶炉中的石墨坩埚中；将单晶炉抽真空，再充入保护气，最后加热升温，加热温度超过硅材料的熔点1412℃，使硅材料充分熔化；

步骤S2:引晶：将单晶籽晶固定在籽晶轴上，并和籽晶轴一起旋转,将籽晶缓缓下降，距液面10mm处暂停片刻，待籽晶温度接近熔硅温度时，将籽晶轻轻浸入熔硅，使头部首先少量溶解，然后和熔硅形成一个固液界面；将籽晶逐步上升，与籽晶相连并离开固液界面的硅温度降低，形成单晶硅；

步骤S3:缩颈：快速向上提拉籽晶，使新结晶的单晶硅的直径达到3mm，长度约为此时晶体直径的6～10倍，旋转速度为2～10rpm；石墨坩埚沿晶体相反方向旋转，晶体的旋转速度比石墨坩埚快1～3倍；

步骤S4：将晶体控制到所需的目标直径；

步骤S5：等径生长：石墨坩埚和晶体相互反方向旋转，晶体的旋转速度为2.5～20rpm，石墨坩埚的旋转速度为-1.25～-10rpm；根据熔体和单晶炉的状况，控制晶体等径生产所需长度；

步骤S6：收尾降温：晶体直径逐渐缩小，离开熔体；降低温度，逐渐冷却温度。

还提供一种产单晶棒的单晶炉，包括：

第一炉室，所述第一炉室用于将硅料融化成硅液，第一炉室上设置有第一炉口；