一种单晶棒的生产工艺及设备制造技术

本发明专利技术属于技术领域，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。本发明专利技术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。提高工作效率。提高工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶棒的生产工艺及设备


[0001]本专利技术属于生产单晶棒
，尤其涉及一种单晶棒的生产工艺及设备。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种单晶棒的生产工艺，包括以下步骤：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]步骤S4：将晶体控制到所需的目标直径；
[0011]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；
[0012]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。
[0013]还提供一种产单晶棒的单晶炉，包括：
[0014]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；
[0015]第二炉室，所述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；
[0016]隔离组件，隔离组件具有隔热结构；
[0017]籽晶提拉旋转机构，所述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；
[0018]其中，所述籽晶夹具能伸入第一炉室逐步将硅液牵扯成棒状并提升至第二炉室，所述隔离组件设置在第一炉室和第二炉室之间，隔离组件能使第一炉室和第二炉室内腔相互贯通或隔离，单晶炉上还设置有引导机构，所述引导机构用于引导第二炉室复位至工作位。
[0019]在本技术方案中，当卸料机构将第二炉室从卸料位切换至工作位时，需要第二炉室和隔离组件对接，经由引导机构，能够平稳且快速的将第二炉室从卸料位切换至工作位，节省了工作时间，提高了工作效率。
[0020]在上述技术方案中，进一步的，第二炉室处于工作位时，第一炉室与第二炉室同轴且内腔相互贯通，隔离组件的两端分别与第二炉口和第一炉口贴合，第二炉室处于卸料位时，第一炉室与第二炉室轴线错开且第二炉口远离隔离组件并暴露。
[0021]在上述技术方案中，进一步的，引导机构包括：
[0022]承接件，所述承接件在隔离组件壳体上设置多个；
[0023]引导件，所述引导件设置在承接件上；
[0024]插接件，所述插接件对应承接件设置在第二炉室上；
[0025]其中，引导件用于引导插接件准确插入承接件
[0026]在上述技术方案中，进一步的，引导件包括：
[0027]引导块，所述引导块端部设有凹槽，凹槽的侧壁上设有轴，引导块设置在承接件上；
[0028]引导滚轮，所述引导滚轮套设在凹槽的轴上，且能周向滚动；
[0029]其中，引导块和引导滚轮至少设置两个，引导滚轮外壁之间的距离等于插接件的直径。
[0030]在上述技术方案中，进一步的，插接件设置在第二炉室的底部，所述插接件的底部呈半圆球型；
[0031]在本技术方案中，第二炉室处于工作位时，第一炉室与第二炉室同轴且内腔相互贯通，第二炉室从卸料位切换至工作位时，第二炉室在第一炉室上方，第二炉口在隔离组件端口上方，在下降的过程中，慢慢调整设置在第二炉室底部的插接件和引导件之间的相对位置，当插接件的底部触碰到引导件引导滚轮外壁时，若此时第二炉口的轴线相对第一炉口的轴线偏移，由于插接件底部为半圆球型，且插接件在缓缓下降，会带动引导滚轮滚动，
同时引导滚轮会沿着插接件底部的曲面使插接件偏移至引导件的中心，直至剩余的引导滚轮外壁接触插接件的外壁，此时第二炉口与第一炉口同轴。与传动对接方法对比，在插接件和承插件上倒角或倒圆，在插接件进入承插件后，承接件的内壁会和插接件的外壁会互相磨损，对接次数多了承接件的直径变大，插接件的直径变小，不利于对接，而引导件里面设置引导滚轮，引导滚轮只是沿着插接件的曲面滚动，插接件和引导滚轮之间产生的磨损很小，而且引导滚轮可以拆卸替换，节约成本和加快对接速度。
[0032]在上述技术方案中，进一步的，第二炉室与卸料机构连接，所述卸料机构包括：
[0033]连接件，所述连接件与第二炉室固定安装；
[0034]支撑座，所述支撑座内部中空，内部设置有气缸；
[0035]提升柱，所述提升柱由气缸带动提升或下降；
[0036]轴套，所述轴套固定安装在提升柱上，至少设置两个；
[0037]旋转轴，所述旋转轴套设在轴套内；
[0038]旋转电机，所述旋转电机与旋转轴的底部连接；
[0039]其中，所述连接件周向固定在旋转轴上，所述提升柱放置在支撑座内部，且与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶棒的生产工艺，其特征在于：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～
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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。2.一种生产单晶棒的单晶炉，适用于权利要求1所述的一种单晶棒的生产工艺，其特征在于，包括：第一炉室(2)，所述第一炉室(2)用于将硅料融化成硅液，第一炉室(2)上设置有第一炉口(3)；第二炉室(4)，所述第二炉室(4)包括工作位和卸料位，第二炉室(4)通过卸料机构(15)在工作位和卸料位之间切换，第二炉室(4)上设置有第二炉口(5)；隔离组件(7),隔离组件(7)具有隔热结构；籽晶提拉旋转机构，所述籽晶提拉旋转机构设置在第二炉室(4)上方，籽晶提拉旋转机构包括籽晶夹具(6)；其中，所述籽晶夹具(6)能伸入第一炉室(2)逐步将硅液牵扯成棒状并提升至第二炉室(4)，所述隔离组件(7)设置在第一炉室(2)和第二炉室(4)之间，隔离组件(7)能使第一炉室(2)和第二炉室(4)内腔相互贯通或隔离，单晶炉上还设置有引导机构(8)，所述引导机构(8)用于引导第二炉室(4)复位至工作位。3.根据权利要求2所述的一种生产单晶棒的单晶炉，其特征在于，第二炉室(4)处于工作位时，第一炉室(2)与第二炉室(4)同轴且内腔相互贯通，隔离组件(7)的两端分别与第二炉口(5)和第一炉口(3)贴合，第二炉室(4)处于卸料位时，第一炉室(2)与第二炉室(4)轴线错开且第二炉口(5)远离隔离组件(7)并暴露。4.根据权利要求2所述的一种生产单晶棒的单晶炉，其特征在于，所述引导机构(8)包括：承接件(9)，所述承接件(9)在隔离组件(7)壳体上设置多个；引导件(11)，所述引导件(11)设置在承接件(9)上；插接件(12)，所述插接件(12)对应承接件(9)设置在第二炉室(4)上；
其中，引导件(11)用于引导插接件(12)准确插入承接件(9)。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向东，章斌，王林，
申请(专利权)人：衢州晶哲电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：