直拉硅单晶工艺简介PPT演示课件(PPT 71页)

1、检漏目的：确认炉体漏气量当炉子的真空度达到极限值时，关闭真空管道上的主泵球阀。（目前单晶一号车间晶盛单晶炉的极限真空可达10mt以下）观察真空计上的压力数值，测定压力变化。漏气速率小于0.1Pa/分或小于0.8mTorr/分为合格。 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。直拉硅单晶工艺简介1第1页，共71页。化料在一定的功率（在规定的时间内从低到高慢慢提升，直到化料要求功率）和一定的埚位下使硅料熔化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2- 3cm，防止石英坩埚底部硅料翻出时碰到导流筒使导流筒粘硅。 必须时刻

2、注意观察炉内的情况，以防导流筒粘硅、挂边、搭桥、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常情况的出现，应有效及时的处理并记录。时刻注意加热电流、电压是否正常。 - 中心位置 加热器温度最高点 中心位置 加热器温度最高点 直拉硅单晶工艺简介2第2页，共71页。稳定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。 直拉硅单晶工艺简介3第3页，共71页。引晶籽晶与熔体接触后，等1-2分钟有光环出现且棱线有逐渐变大趋势。其时温度适合缩颈。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

3、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。直拉硅单晶工艺简介4第4页，共71页。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

4、肩较慢，可在直径比预定直径小5mm左右进入转肩状态。 直拉硅单晶工艺简介5第5页，共71页。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2-3mm/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。直拉硅单晶工艺简介6第6页，共71页。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

5、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。直拉硅单晶工艺简介7第7页，共71页。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进入收尾先温度控制拉晶后拉速控制拉晶晶体收尾长度应不少于晶体直径的大小，且必须收尖。 直拉硅单晶工艺简介8第8页，共71页。停炉&冷却晶体收尾结束时，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。直拉硅单晶工艺简介9第9页，共71页。取晶

6、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。直拉硅单晶工艺简介10第10页，共71页。工艺参数1、进入自动抽空，有2次进行抽真空。2、检漏时间及极限压力3、最大泄漏率11第11页，共71页。压力化/熔料1、压力化 达到熔料时气氛

7、状态压力上限及压力下限2、进入熔料所花时间3、提醒熔料慢的时间12第12页，共71页。稳定化/熔接13第13页，共71页。引晶1、进入自动引晶时，温度变化及初始拉速和时间。2、进入缩颈时的拉速，细颈直径上、下限及长度3、设定细颈的安全直径值14第14页，共71页。放肩1、进入放肩阶段时，温度的变化2、进入下步工序时直径大小1、自动放肩时，拉速、晶转、埚转及氩气大小和炉内压力情况2、温度变化根据肩部和长度来变化15第15页，共71页。转肩进入自动转肩时拉速、时间及温度减少值16第16页，共71页。等径1、等径时，晶转、埚转、氩气流量、炉内压及 平均拉速值。2、等径时，埚跟比随剩余重量变化而变化。

8、17第17页，共71页。收尾1、自动收尾时，晶升变化根据收率表来变化还是根据指数表变化。2、收尾时，启时拉速是当时的平均拉速还是设定个拉速。收尾斜率表，内设定了收尾时的晶升、埚转、晶转、氩气流量及炉内压力。2、温度变化根据长度18第18页，共71页。停炉1、停炉时晶升数据、坩埚下降位置。2、冷却时功率下降的幅度。3、冷却时的氩气流量及氩气流量时间4、进行热检漏的时间及泄漏率19第19页，共71页。主要内容1.等径过程中晶棒掉入石英埚2.晶体扭曲处理3.运行中出现“打火”4.液晃5.晶晃 6.漏料7.断电处理8.断水处理9.整个炉区断水断电处理10.注意事项异常处理20第20页，共71页。掉棒异

9、常处理产生原因 一、籽晶断 1、籽晶熔接 2、籽晶氧化 3、籽晶夹具 二、籽晶绳 1、籽晶绳氧化 2、籽晶绳毛刺 21第21页，共71页。 该情况可能会直接导致石英埚破裂引发漏硅事件。该情况发现应注意以下几点: 一、晶棒过长，停炉处理1、立即停止埚转,将控制面板转为手动。2、关闭加热电源.保持真空泵运转。3、尽量开大氩气流量，尽量开小碟阀开度。保持炉内压力尽量高，氩气流通量尽量大.使炉内温度迅速下降。二、长度小于300mm长，视情况而定，可以选择回熔。 1、停止埚转，观察炉内情况 2、进入回熔工艺 异常处理22第22页，共71页。异常处理3.运行中出现“打火”23第23页，共71页。异常处理2

10、4第24页，共71页。一、熔料时，出现打火 产生的原因：1、掉料 2、热场未装好 3、热场未清理干净，电阻不过 二、运行中出现打火 产生的原因 1、漏料 2、石墨坩埚与加热器之间有接触 3、石墨部件出现断裂，接触面不紧密 1、加热器电阻偏低，导致电流变大 2、石墨纯度不够，灰分杂质多 3、人为原因，热场未装好。 异常处理25第25页，共71页。 异常处理如何去判断原因化料时出现打火运行中出现打火1、首先观察电流波动情况2、听炉内是否有异常声音3、通过调整埚位，来判断是否漏料或是托盘与底部距离太近导致。4、排除漏料后可26第26页，共71页。晶体扭曲处理 晶体扭曲的根本原因只有一个，那就是横向温

11、梯不均匀,一般由以下原因引起:1. 液面温度偏低，拉速过快2.阻尼套松动或损坏,重锤左右摆动3.热场不合适或坩埚轴水平未调好 由第一点导致的扭曲我们可以通过升温、控制拉速就可将晶棒缓慢调整好.另外引晶时适当放高埚位,拉速设定适当放慢及时补温等都能有效防止这种扭曲现象.但是由于第二三点导致的就一定要调整设备或热场才能解决.异常处理27第27页，共71页。异常处理液晃1、石英坩埚变形2、石墨坩埚破裂3、石墨托杆上硅粒4、丝杆上有杂物5、托杆磁流体6、埚转电机28第28页，共71页。晶晃异常处理29第29页，共71页。漏料1、异常处理30第30页，共71页。停电一、单炉停电1、单炉整体断电UPS 供

12、电2、单炉整体断电UPS不供电3、单炉局部断电电源柜断电4、单炉局部断电控制柜断电二、集中停电1、短暂停电，水正常2、集中短停电短停水3、集中短停电长停水4、集中长时间停电备用水供5、集中长时间停电停水 31第31页，共71页。现象：1、报警灯闪烁与报警声。 2、加热器电源关闭。 3、操作界面显示正常 4、电源恢复后，报警停止。单炉整体断电UPS供电32第32页，共71页。处理方法：1、操作界面上的晶升，埚降。使晶棒脱离。 2、关闭氩气。保压 3、通知当班电工检修，若是总开关跳闸通知配电房 人员送闸，恢复供电。操作工恢复单晶炉的正常 操作。 4、无法短时间(30分钟）恢复供电，通知操作工停炉。

13、 5、待液面结晶30分钟后，将坩埚升至最高位。 33第33页，共71页。现象：1、操作柜与电源柜没电。单炉整体断电UPS不供电34第34页，共71页。插线板接入220V市电操作柜插头插入线板将操作柜的电源插头拔出屏幕显示正常，但只可以操作氩气屏幕显示“手动紧急备份” 同时报警应急里的按钮进行操作 35第35页，共71页。36第36页，共71页。处理方法：1、操作应急处的晶升，埚降。使晶棒脱离。 2、关闭界面上氩气。保压。 3、通知当班电工检修，若是总开关跳闸通知配电房 人员送闸，恢复供电。操作工恢复单晶炉的正常 操作。 4、无法短时间(30分钟）恢复供电，通知操作工停炉。 5、待液面结晶30分

14、钟后，将坩埚升至最高位。 37第37页，共71页。一、电源柜断电现象：加热器没有功率（其他如氩气、埚转、晶转等正常）处理方法：1、将电源柜上控 调为内控3、调节功率旋钮4、根据功率表，调节功率1、通知当班电工检修。2、若内控也无法启动加热器迅速通知当班电工检修。若短时间无法修复，告知操作工停炉。 2、启动运行按钮单台炉局部断电38第38页，共71页。现象：有功率但操作柜没电。处理方法：1、查看功率及参数是否都正常。如都正常先维持住，并通知维修人员迅速查明原因解决。2、若无加热功率，迅速转为内控。（见上图）将功率给定到先前功率。稳住炉温以免结晶。并通知维修人员迅速查明原因解决。 插线板接入220

15、V市电操作柜插头插入线板将操作柜的电源插头拔出二、控制柜断电39第39页，共71页。送电送电送电接触式继电器工作原理：配电房 电源柜 UPS 操作柜接触式继电器作用：当UPS出现故障时，继电器自动切换成市电供操作柜。40第40页，共71页。集中短停电未停水现象：停电5分钟后恢复，未出现水压低报警处理方法：1、立即关闭抽空阀门。 2、降低埚位使晶棒与硅液脱离。 3、电源恢复时，立即开真空泵，待半分钟后开 抽空阀门，将氩气流量恢复正常。 4、打开加热器，将功率升至熔料功率。 41第41页，共71页。现象：停电5分钟后恢复，出现水压低报警立即恢复正常处理方法： 1、立即关闭抽空阀门。 2、降低埚位使

16、晶棒与硅液脱离。 3、电源恢复时，立即开真空泵，待半分钟 后开抽空阀门，将氩气流量恢复正常。 4、复位电源柜上复位按钮后，继续开始加热。集中短停电短停水42第42页，共71页。处理方法：1、零时指挥小组（以值班主任为主）先查 看是否停水。 2、联系配电房停电情况，同时联系纯水站 供水是否正常。 3、冷却水和备用水也无法迅速提供，则通 知各操作工停炉。将晶棒脱离液面，迅 速撤离现场。集中短停电长停水43第43页，共71页。现象：处理方法：集中长停电备用水供44第44页，共71页。集中长停电长停水处理方法：1、零时指挥小组（以值班主任为主）先查 看是否停水。 2、联系配电房停电情况，同时联系纯水站

17、 供水是否正常。 3、若停电超过15分钟，冷却水和备用水也 无法迅速提供，则通知各操作工迅速撤离 现场。45第45页，共71页。停水一、集中停水1、短暂集中停水恢复供水，无任何异常2、短暂集中停水恢复供水，压力过大多炉水管爆裂3、长时间集中停水二、单炉停水1、单炉爆管2、单炉局部超温46第46页，共71页。短暂集中停水恢复供水，无任何异常现象：正常异常水压监控一、水压低报警，它在屏幕上是不会显示。二、面板上看到冷却水处灯由绿 黄 红。三、操作界面中“系统维护“里面可以看到“水流量正常” 这一栏为红点。四、恢复后，一切正常。 47第47页，共71页。处理方法：1、迅速到加热电源柜上按复位键，取消

18、报警，将功率给定到先前使用的功率。2、若无法恢复，立即通知维修人员检修.可能是水压低 ,操作如下。电源柜上复位钮电源柜上水流量指示灯电源柜48第48页，共71页。进水压力为 0.3出水压力为 0.249第49页，共71页。现象：处理方法：1、先按电源柜的复位键，将功率给定到先前 值，维持炉温。 2、将水管插回再拧紧抱箍即可。个别情况有水 嘴断裂的现象，引流。不要让水冲电气设具 备。若电气设备进水了，只有停炉处理。 (发现爆水管，不要慌张，不要急着将阀门关闭)。短暂集中停水恢复供水，压力过大多炉水管爆裂50第50页，共71页。现象：1、大面积出现水压低报警 2、信息反馈为水站故障，不能供水。处理

19、方法：1、零时指挥小组（以值班主任为主）先查看是 否停水。 2、联系纯水供水、备用水是否正常。 3、若长时间停水，则停炉处理，将晶棒脱离液 面，撤离现场（超过10分钟严禁再送水）。集中长时间停水51第51页，共71页。单炉爆管现象：处理方法：1、不要关水，将水管插回，拧紧抱箍或及时更换水管。若是电源柜里面爆管只有停炉处理。单台炉停水52第52页，共71页。处理方法：发现该情况应及时确认炉温偏高情况.是否能排除水温探测器的故障.若炉温明显偏高,应迅速抖动该路水管或顺着水管一路弯曲水管让其瞬间断流冲开堵塞物.直至水温正常.若情况没有改善,可割断出水管排水并判断是否炉体或进水管堵塞.有条件可将进水与

20、出水管反接冲开堵塞物.如果是电极温度偏高应立即停止加热处理.若长时间无法修复也应停止加热.快速提升晶体或籽晶，使晶体或籽晶脱离液面150mm.保持氩气的流入。单炉局部超温现象：出现超温报警53第53页，共71页。54第54页，共71页。断电处理:1.若炉子工作时，加热电源停电。保持真空泵运转及氩气流量。降低埚位到熔料埚位。关闭埚转。加热电源部分恢复时，若时间较短（液面未结晶或液面已小块的结晶），按加热功率开，将功率升至熔料功率。启动埚转，设定为2转/分。熔化结晶面，在此期间应密切注意硅料液面熔化情况，一旦发生硅液面下降，立即停炉并上报管理人员。待结晶全熔后，手动调节功率为引晶功率，温度稳定后，

21、开始引晶。异常处理55第55页，共71页。加热电源恢复时，若停电时间较长（液面结晶已经大于10分钟或液面完全结晶），快速提升晶体或籽晶，使晶体或籽晶脱离液面150mm。在熔体结晶15分钟时，快速提升坩埚，使坩埚顶起导流筒至少100mm。停炉，保持真空泵运转及尽量开大氩气流量.充分冷却后拆炉。断电处理异常处理56第56页，共71页。 2. 若炉子工作时，加热电源、控制电源同时断电。立即关闭抽空阀门。降低埚位使晶棒与硅液脱离。若无UPS电源需手动摇手柄降低埚位同时关闭氩气。电源恢复时，立即开真空泵，待半分钟后开抽空阀门，将氩气流量恢复正常。若时间较短（液面未结晶或液面已小块结晶），按加热功率开，将

22、功率升至熔料功率。断电处理异常处理57第57页，共71页。启动埚转，设定为2转/分。若晶体或籽晶与液面结晶在一起，则要等晶体或籽晶与液面结晶面熔化并脱离后方可启动。熔化结晶面，在此期间应密切注意硅料液面熔化情况，一旦发生硅液面下降，立即停炉并上报管理人员。待结晶全熔后，手动调节功率为引晶功率，温度稳定后，开始引晶。若停电时间较长（液面结晶已经大于10分钟或完全结晶），快速提升晶体或籽晶，使晶体或籽晶脱离液面150mm。在熔体结晶15分钟时，快速提升坩埚，使坩埚顶起导流筒至少100mm。停炉，充分冷却后拆炉。断电处理异常处理58第58页，共71页。 断水处理:单晶炉发生停水或水压报警时会自动切断

23、加热电源.需先确认水压表是否偏低，水管和炉筒温度是否明显升高。加热电源断开后需快速提升晶体或籽晶，使晶体或籽晶脱离液面150mm。切换单晶炉控制面板使其处于手动状态。降低埚位到熔料埚位。关闭埚转。异常处理59第59页，共71页。断水处理停水后水压恢复冷却水恢复供应时，监控水压，有异常立即报告管理人员。水压恢复时，炉内无严重氧化现象，熔体未结晶或已结晶但液面结晶面较小，按加热功率开，调节功率到熔料功率。启动埚转，设定为2转/分。熔化结晶面，在此期间应密切炉内有无严重氧化现象，注意硅料液面熔化情况，一旦发生严重氧化现象、硅液面下降，立即停炉并上报管理人员。待结晶全熔后，手动调节功率为引晶功率，温度

24、稳定后，开始引晶。异常处理60第60页，共71页。断水处理停水后水压无法恢复，或恢复时熔体已结晶大于10分钟时只有停炉。在熔体结晶15分钟时，快速提升坩埚，使坩埚顶起导流筒至少100mm。停炉，充分冷却后拆炉 异常处理61第61页，共71页。断水处理 炉体单路水管断水:炉体单路水管断水会引发该部分炉体水温偏高报警.发现该情况应及时确认炉体偏高情况.是否能排除水温探测器的故障.若炉体明显偏高,应迅速抖动该路水管或顺着水管一路弯曲水管让其瞬间断流冲开堵塞物.直至水温正常.若情况没有改善,可割断出水管排水并判断是否炉体或进水管堵塞.有条件可将进水与出水管反接冲开堵塞物.如果是电极温度偏高应立即停止加

25、热处理.若长时间无法修复也应停止加热.快速提升晶体或籽晶，使晶体或籽晶脱离液面150mm.保持氩气的流入.在熔体结晶15分钟时，快速提升坩埚，使坩埚顶起导流筒至少100mm。停炉，充分冷却后拆炉。异常处理62第62页，共71页。断水处理要点: 单晶炉因缺水某些部分温度升高，温度升高厉害只有停炉，千万不能突然通水，水遇高温后立即汽化，体积突然膨胀，可能出现爆炸事故。单晶炉加热时间不长，温升不高时，可以快速大量通水，待炉温正常后，再调整水压。 异常处理63第63页，共71页。石英坩埚裂开或漏硅处理石英坩埚在不正确的装料或本身质量问题或使用时间过长都可能会出现漏硅现象.观察炉内硅液面有明显下降，炉压

26、有明显回升现象或碟阀开度有明显增加现象，即可能漏硅。立即关闭加热功率.快速提升晶体或籽晶，使晶体或籽晶脱离液面150mm。将控制面板转为手动状态。关闭埚转。尽量开大氩气流量,增加炉内压力.保持炉内氩气的流通.在熔体结晶15分钟时，如有可能，快速提升坩埚，使坩埚顶起导流筒至少100mm。停炉，充分冷却后拆炉。异常处理64第64页，共71页。石墨坩埚裂开处理石墨坩埚在使用炉次过多或使用不当的情况下会在运行过程中自身裂开。石墨坩埚裂开发现不及时会导致严重的漏硅事件.石墨坩埚裂开主要现象为埚转打开后，液面晃动异常严重，观察电流有跳动现象，即可能石墨埚破裂。立即关闭加热功率。调节单晶炉控制面板使其处于手

27、动状态。关闭埚转。快速提升晶体或籽晶，使晶体或籽晶脱离液面150mm。在熔体结晶15分钟时，如有可能，快速提升坩埚，使坩埚顶起导流筒至少100mm。停炉，充分冷却后拆炉。异常处理65第65页，共71页。整个炉区断水断电处理 整个炉区断水断电一般为配电房供电系统出现故障.此时现场人员最主要的是不能慌.依照应急预案听从指挥.派专人监视水电恢复情况,一旦恢复及时通知指挥人员.工艺操作人员有针对性的监视所看炉子的运行情况.发现异常及时处理.快速提升晶体或籽晶，使晶体或籽晶脱离液面150mm。无UPS则需手动将埚位摇下.关注备用水水压及炉体温度情况.依照断水断电处理方法处理.保证晶体与液面分离. 晶体与液面未分离异常处理66第66页，