CN109505004B - 一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法，包括步骤：先用籽晶引晶拉制一段细颈，然后依次进行放肩、转肩、等径操作，然后提高籽晶上升速度进行缩颈操作，最后重复放肩、转肩、等径操作完成单晶棒的拉制，其中，在缩颈操作和二次放肩操作后在晶棒形成颈部，利用夹持装置夹持颈部辅助夹持晶棒放置其掉落。

Description

一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法
技术领域
本发明属于直拉单晶法生产单晶硅技术领域，具体涉及一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法。
背景技术
直拉法生产单晶硅工艺中，简要过程是将原硅料装入单晶炉炉内的石英坩埚中，将炉体密闭后通入保护气，通过给定加热器功率将料块加热至1400℃左右熔化，经过引晶、放肩、转肩、等径、收尾等操作，完成拉晶过程。
籽晶都是采用无位错硅单晶制备的，籽晶插入熔体时，由于受到籽晶与熔硅的温度差所造成的热应力和表面张力的作用会产生位错。因此，在熔接之后拉制一段细颈简称引晶工艺，可以使位错消失，建立起无位错生长状态，金刚石结构的硅单晶中位错的滑移面为[111]面。当以[100]、[111]和[110]晶向生长时，滑移面与生长轴的最小夹角分别为36.26°、19.28°和0°。位错沿滑移面延伸和产生滑移，因此位错要延伸、滑移至晶体表面而消失，一般引晶长度为180mm左右，直径在5-6mm，随着热场和单晶炉体尺寸扩大，石英坩埚中装料量也增大，进而晶棒长度和重量也增加，晶棒很容易在细颈位置断裂造成重大事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法，解决了现有单晶硅棒在拉制时由于位错容易导致晶棒发生断裂的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法，包括步骤：先利用籽晶引晶拉制一段细颈，然后依次进行放肩、转肩、等径操作，然后提高籽晶上升速度进行缩颈操作，最后重复放肩、转肩、等径操作完成单晶棒的拉制，其中，在缩颈操作和二次放肩操作后在晶棒形成颈部，当检测到晶棒达到一定重量时，利用夹持装置夹持颈部辅助夹持晶棒，夹持装置包括连接于重锤的上部的夹具盘，夹具盘两端通过销钉连接有夹臂，夹具盘和两个夹臂构成一个梭形空腔，重锤的下部向外延伸有重锤顶杆，重锤的下部在提拉绳的带动下沿梭形空腔内向上移动、且重锤顶杆与梭形空腔的内壁相接触，重锤的上部外表面设有伸缩弹簧，伸缩弹簧与夹具盘的上端面相接触。
本发明的特点还在于，
引晶拉制的细颈长度为150mm。
第一次放肩操作，当晶棒肩部直径达到95mm时转入转肩操作。
第一次转肩操作过程中，当晶棒的直径达到110mm时进入等径操作。
第一次等径操作过程中，拉制晶棒长度50mm后进入缩颈操作。
缩颈操作持续时间为5min。
当检测到晶棒达到25kg时，利用夹持装置夹持颈部辅助夹持晶棒。
本发明的有益效果是：本发明的一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法解决了现有单晶硅棒在拉制时由于位错容易导致晶棒发生断裂的问题。本发明的一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法先拉制一段细颈，然后在第一次放肩、转肩、等径操作后进行缩颈操作，随后再重复进行放肩、转肩、等径操作直至单晶棒拉制完成，在缩颈和第二次放肩操作时会在单晶棒上形成一个颈部，然后当单晶棒质量增大时利用夹持装置辅助夹持单晶棒，以防止单晶棒由于过重发生掉落。
附图说明
图1是本发明的一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法所用夹持装置的结构示意图。
图中，1.夹具盘，2.销钉，3.提拉绳，4.夹臂，5.重锤，6.伸缩弹簧，7.夹臂拐点，8.重锤顶杆，9.籽晶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供的一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法，利用夹持装置完成对单晶硅棒的辅助夹持，该夹持装置的结构如图1所示，包括连接于重锤5上部的夹具盘1，夹具盘1两端通过销钉2连接有夹臂4，夹具盘1和两个夹臂4构成一个梭形空腔，每个夹臂4具有一个夹臂拐点7，两个夹臂4的夹臂拐点7之间相距最远，重锤5的下部向外延伸有重锤顶杆8，重锤5的下部在提拉绳3的带动下沿梭形空腔内向上移动、且重锤顶杆8与梭形空腔的内壁相接触，重锤5的上部外表面设有伸缩弹簧6，伸缩弹簧6与夹具盘1的上端面相接触；
具体包括以下步骤：包括步骤：先利用籽晶引晶拉制一段细颈，然后依次进行放肩、转肩、等径操作，然后提高籽晶上升速度进行缩颈操作，最后重复放肩、转肩、等径操作完成单晶棒的拉制，在此过程中会在缩颈操作和二次放肩操作之间在晶棒形成颈部，提拉绳3带动重锤5的下部上升，在此过程中通过重锤5下端的籽晶9生长单晶硅棒，伸缩弹簧6因为重锤5下部及籽晶9提升而压缩，在此过程中，重锤顶杆8沿梭形空腔的内壁不断向上移动，而两个夹臂4相向运动使得梭形空腔越来越小，当晶棒达到例如设定25kg的重量时，重锤顶杆8刚好位于两个夹臂拐点7的位置，且两个夹臂4刚好卡在晶棒颈部位置，从而实现辅助夹持晶棒的作用，此后单晶硅棒按正常的拉晶工艺进行生长，夹持装置和重锤同步向上提升。
具体的，引晶拉制的细颈长度为150mm，第一次放肩操作，当晶棒肩部直径达到95mm时转入转肩操作，第一次转肩操作过程中，当晶棒的直径达到110mm时进入等径操作，第一次等径操作过程中，拉制晶棒长度50mm后进入缩颈操作，缩颈操作持续时间为5min，当晶棒重量达到25kg时，夹持装置将晶棒颈部进行夹持。

Claims (5)

1.一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法，其特征在于，包括步骤：先利用籽晶引晶拉制一段细颈，然后依次进行放肩、转肩、等径操作，等径时的直径大于细颈的直径，然后提高籽晶上升速度进行缩颈操作，最后重复放肩、转肩、等径操作完成单晶棒的拉制，其中，在缩颈操作和二次放肩操作后在晶棒形成颈部，且二次放肩后的直径大于缩颈操作后的直径，当检测到晶棒达到一定重量时，利用夹持装置夹持颈部辅助夹持晶棒，所述夹持装置包括连接于重锤(5)上部的夹具盘(1)，所述夹具盘(1)两端通过销钉(2)连接有夹臂(4)，所述夹具盘(1)和两个夹臂(4)构成一个梭形空腔，两个所述夹臂(4)相向运动使得梭形空腔越来越小，重锤(5)的下部向外延伸有重锤顶杆(8)，所述重锤(5)的下部在提拉绳(3)的带动下沿所述梭形空腔内向上移动、且所述重锤顶杆(8)与所述梭形空腔的内壁相接触，所述重锤(5)的上部外表面设有伸缩弹簧(6)，所述伸缩弹簧(6)与所述夹具盘(1)的上端面相接触；所述引晶拉制的细颈长度为150mm；第一次放肩操作，当晶棒肩部直径达到95mm时转入转肩操作。
2.如权利要求1所述的一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法，其特征在于，第一次转肩操作过程中，当晶棒的直径达到110mm时进入等径操作。
3.如权利要求2所述的一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法，其特征在于，第一次等径操作过程中，拉制晶棒长度50mm后进入缩颈操作。
4.如权利要求1所述的一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法，其特征在于，所述缩颈操作持续时间为5min。
5.如权利要求1所述的一种避免拉晶过程中单晶硅棒掉落的方法，其特征在于，当检测到晶棒达到25kg时，利用夹持装置夹持颈部辅助夹持晶棒。
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