CN107587188A - 一种硅芯圆棒冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅芯圆棒冷却方法,一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:(1)往炉内冲氩气,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa‑2.2Kpa进行冷却;(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa‑82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa‑82Kpa进行冷却;(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa‑42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa‑2.2Kpa进行冷却;(4)循环步骤(2)和(3);步骤(4)循环次数为n,n为大于等于0的正整数。减少硅芯圆棒内应力,降低硅芯圆棒切割时的隐裂。
Description
技术领域
本发明涉及方硅芯制备领域,尤其涉及硅芯圆棒冷却方法。
背景技术
硅芯圆棒:通过单晶炉装料、引晶、放肩、转肩、等径、收尾、冷却等一系列步骤后,拉制出的圆柱形硅棒。冷却是硅芯圆棒在出炉前的最后一个步骤,主要目的是降低硅芯圆棒出炉的温度,降低硅芯圆棒中的内应力,避免热场(主要为石墨制品)在高温下迅速被氧化。
硅芯圆棒在出炉前必须经过冷却这一步骤,进入冷却阶段的标志,是单晶炉加热器停止加热。现有冷却阶段工艺为:往炉内冲氩气,流量为40SML,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa,基本处于真空状态,冷却时间为7h。这种工艺由于炉内基本为真空状态,无传导介质,导致热量难以通过热传导和热辐射的形式进行传递,最终导致硅芯圆棒出炉时温度高,内应力较大,极易出现切割时隐裂,另外,较高的温度导致石墨热场很容易被氧化(有资料显示,石墨在400℃以上时,与空气接触极易被氧化),热场寿命大大缩减,增加了生产成本。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种硅芯圆棒冷却方法,减少硅芯圆棒内应力,降低硅芯圆棒切割时的隐裂。
本发明的目的是以下述方式实现的:一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
(1)往炉内冲氩气,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa进行冷却;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却;
(4)循环步骤(2)和(3);
步骤(4)循环次数为n,n为大于等于0的正整数。
所述的硅芯圆棒冷却方法,所述步骤(1)、(2)、(3)和(4)中冷却的总时间为大于等于7h。
所述的硅芯圆棒冷却方法,所述步骤(1)、(2)、(3)和(4)中冷却的总时间为大于等于7h,小于等于10h。
所述的硅芯圆棒冷却方法,所述步骤(1)、(2)、(3)和(4)中冷却的总时间为等于7h。
所述的硅芯圆棒冷却方法,所述步骤(1)中的冷却时间为t1,步骤(2)中的冷却时间为t2,步骤(3)中的冷却时间为t3;所述步骤(4)中第任意次重复步骤(2)的冷却时间都为t2,第任意次重复步骤(3)的冷却时间都为t3,t1>0,t2>0,t3>0。
所述的硅芯圆棒冷却方法,1.5h≥t1>0。
所述的硅芯圆棒冷却方法,n=0,t2≥5,0.5h≥t3>0。
所述的硅芯圆棒冷却方法,n=0,t1=1.5h,t2=5h,t3=0.5h。
原理说明:现有工艺由于炉内保持压力仅为1.8 Kpa -2.2Kpa,近似为真空的状态,这种情况下,炉内热量没有热传导介质,导致热量难以传导到氩气而被带走,从而炉内温度较高。而本申请中,因为刚刚停止加热,氧化物还较多,通过边通氩气边抽真空可保证炉内氧化物被充分带走;然后通过78Kpa-82Kpa的高保压一段时间进行冷却,可使内部热量充分传导到炉内大量的氩气分子中,保证炉体内热场及硅芯圆棒的温度快速下降;最后,通过真空泵将炉内含大量热量的氩气抽出,而由于热氩气会上浮,所以要有一定的抽空时间和1.8 Kpa -2.2Kpa的微真空状态,以保证让含热氩气完全排出。
真空泵:单晶炉中用于将炉内气体进行抽空排出的设备。方硅芯:通过提前布置好的金刚线,对硅芯圆棒进行纵向切割成长条状的方形硅芯,在切割中若硅芯圆棒应力较大时将极易出现硅芯断裂或隐裂的情况。
相对于现有技术,本发明能够1、降低硅芯圆棒出炉时的温度,减少硅芯圆棒内应力,降低硅芯圆棒切割时的隐裂。2、降低热场出炉时的温度,从而降低热场的氧化程度,提高热场的使用寿命。3、减少氩气使用量,节省电量。
具体实施方式
实施例1
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
(1)往炉内冲氩气,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa进行冷却;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却。
实施例2
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
(1)往炉内冲氩气,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa进行冷却;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却。
(4)再依次循环步骤(2)和(3),步骤(4)循环次数为n,n为大于等于0的正整数;第n次重复步骤(2)的冷却时间为t2-n,第n次重复步骤(3)的冷却时间为t3-n,n为大于等于0的正整数。
实施例3
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
(1)往炉内冲氩气,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却,时间为t1;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa进行冷却,时间为t2;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却,时间为t3。
(4)再依次重复步骤(2)和(3)一次,时间分别为t2-1和t3-1,t2-1≠t2,t3-1≠t3。
实施例4
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
(1)收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa,时间为t1;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa,持续时间为t2;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续时间为t3;
(4)再依次重复进行步骤(2)和(3),第n次重复步骤(2)的冷却时间为t2-n,第n次重复步骤(3)的冷却时间为t3-n,n为大于等于0的正整数。
实施例5
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
(1)收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa,时间为t1;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa,持续时间为t2;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续时间为t3;
(4)再依次循环步骤(2)和(3),步骤(4)循环次数为n,n为大于等于0的正整数。第任意次重复步骤(2)的冷却时间都为t2,第任意次重复步骤(3)的冷却时间都为t3,则步骤(2)和(3)各自进行的总次数为n+1次,n为大于等于0的正整数,t1>0,t2>0,t3>0,t1+(n+1)×t2+(n+1)×t3≥7h。
实施例6
与实施例5的区别为,t1>0,t2>0,t3>0,10h≥t1+(n+1)×t2+(n+1)×t3≥7h。
实施例7
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
(1)收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa,时间t1为0-1.5h;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa,持续时间为t2;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续时间为t3;
(4)再依次循环步骤(2)和(3),步骤(4)循环次数为n,n为大于等于0的正整数。第任意次重复步骤(2)的冷却时间都为t2,第任意次重复步骤(3)的冷却时间都为t3,则步骤(2)和(3)各自进行的总次数为n+1次,n为大于等于0的正整数,t1>0,t2>0,t3>0,t1+(n+1)×t2+(n+1)×t3≥7h。
实施例8
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
(1)收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa,时间t1为0-1.5h;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa,持续时间为t2;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续时间为t3;
(4)再依次循环步骤(2)和(3),步骤(4)循环次数为n,n为大于等于0的正整数。第任意次重复步骤(2)的冷却时间都为t2,第任意次重复步骤(3)的冷却时间都为t3,则步骤(2)和(3)各自进行的总次数为n+1次,n为大于等于0的正整数,t1>0,t2>0,t3>0,t1+(n+1)×t2+(n+1)×t3=7h。
实施例9
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
(1)收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa,时间t1为1h;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa,持续时间为1h;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续时间为0.2h;
(4)再依次循环步骤(2)和(3)各3次。
实施例10
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:(1)收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa,时间为0-1.5h;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa持续5-7.5h;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续0.5h。
实施例11
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
1、收尾后,往炉内冲氩气,流量为80 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa,时间为0.1h;
2、关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa持续6.8h;
3、打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续0.1h。
实施例12
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
1、收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa -2.2Kpa,时间为1.5h;
2、关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa持续5h;
3、打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续0.5h。
实施例13
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
1、收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa -2.2Kpa,时间为1.5h;
2、关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa持续8h;
3、打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续0.5h。
实施例14
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
1、收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa -2.2Kpa,时间为1.0h;
2、关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa持续2h;
3、打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续0.5h。
4、再依次循环步骤(2)和(3)各3次。
实施例15
一种硅芯圆棒冷却方法,包括以下步骤:
1、收尾后,往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa -2.2Kpa,时间为1.0h;
2、关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa持续1.5h;
3、打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa持续0.4h。
4、再依次循环步骤(2)和(3)各4次。
经过实施例12的冷却方法冷却的硅芯圆棒与经现有冷却方法冷却的硅芯圆棒数据测验对比如下表表1,与现有冷却方法为:往炉内冲氩气,流量为40 sml,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa -2.2Kpa,冷却时间为7h。
表1
目前84台单晶炉已全部按实施例12的冷却工艺方法进行,每年可创造效益=节省电费+节省氩气费+减少隐裂损失费+节省热场费用=141万元+72万元+1008万+420万=1641万元。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明整体构思前提下,还可以作出若干改变和改进,这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种硅芯圆棒冷却方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)往炉内冲氩气,真空泵保持开启状态,保证炉内压力为1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却;
(2)关闭真空泵,继续冲氩气,当氩气流量冲到78Kpa-82Kpa时,关闭氩气进气阀,保持炉内压力78Kpa-82Kpa进行冷却;
(3)打开真空泵,待炉内压力降到38Kpa-42Kpa时,开启氩气进气阀,最终保持炉内压力1.8Kpa-2.2Kpa进行冷却;
(4)循环步骤(2)和(3);
步骤(4)循环次数为n,n为大于等于0的正整数。
2.根据权利要求1所述的硅芯圆棒冷却方法,其特征在于:所述步骤(1)、(2)、(3)和(4)中冷却的总时间为大于等于7h。
3.根据权利要求2所述的硅芯圆棒冷却方法,其特征在于:所述步骤(1)、(2)、(3)和(4)中冷却的总时间为大于等于7h,小于等于10h。
4.根据权利要求3所述的硅芯圆棒冷却方法,其特征在于:所述步骤(1)、(2)、(3)和(4)中冷却的总时间为等于7h。
5.根据权利要求1所述的硅芯圆棒冷却方法,其特征在于:所述步骤(1)中的冷却时间为t1,步骤(2)中的冷却时间为t2,步骤(3)中的冷却时间为t3;所述步骤(4)中第任意次重复步骤(2)的冷却时间都为t2,第任意次重复步骤(3)的冷却时间都为t3,t1>0,t2>0,t3>0。
6.根据权利要求1所述的硅芯圆棒冷却方法,其特征在于:1.5h≥t1>0。
7.根据权利要求1所述的硅芯圆棒冷却方法,其特征在于: n=0,t2≥5,0.5h≥t3>0。
8.根据权利要求1所述的硅芯圆棒冷却方法,其特征在于: n=0,t1=1.5h,t2=5h,t3=0.5h。
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