CN114959874B - 一种利用拉速改善径向晶棒rrg值的系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法，包括炉体以及设置在炉体的右侧的加料组件，所述加料组件包括加料罐和导料筒所述导料筒底部的右侧连通有导料管，且导料管的底端设于籽料腔的上方，所述导料筒的左端贯穿于炉体右侧的上部，本发明涉及硅晶棒加工技术领域。该利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法，通过驱动电机带动转动轴转动，第一齿轮、第二齿轮和齿环之间啮合，挡料筒转动使传料口位于加料罐与导料筒的连通处，使得螺旋传送叶转动将挡料筒内部的硅晶籽料传输至导料筒并通过导料管导入至籽料腔，加料组件的设置保证了坩埚构件内部原料的充足，进而方便设备的连续加工，提到设备的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及硅晶棒加工技术领域，具体为一种利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法。
背景技术
单晶硅为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其他电子元件，单晶硅生长技术有两种:一种是区熔法，另一种是直拉法，其中直拉法使目前普遍采用的方法，将高纯度的多晶硅原料放入石英坩埚内，然后通过氩气输入口通入氩气并利用真空泵形成低压，在此条件下对多晶硅进行加热熔化，同事利用吊绳将有着特定生长方向的籽晶与硅溶液接触，调整熔融硅溶液的温度，使其接近熔点温度，然后驱动吊绳使籽晶自上而下伸入熔融的硅溶液中并旋转，然后缓缓上提籽晶，同时也可通过轴承座带动石英坩埚旋转与升降，此时，单晶硅进入锥体部分的生长，当锥体的直径接近目标直径时，提高籽晶的提升速度，使单晶硅体直径不再增大而进入晶体的中部生长阶段，在单晶硅体生长接近结束时，再提高籽晶的提升速度，单晶硅体逐渐脱离熔融硅，形成下锥体而结束生长。
半导体晶棒拉制时，在晶棒等径过程中需要控制硅片的Rse，RRG，Oi，ORG等重要参数。径向晶棒RRG值现在目前工程能力为25％，RRG值是影响晶棒品质数据的一个重要因素，可通过工艺方面的开发降低RRG值，所以开发拉晶工艺对RRG的影响，是保证高品质晶棒不可或缺的过程，现有的单晶炉装置单晶生长拉速低，拉速稳定性差，晶棒在拉制过程中拉速存在对RRG值的影响因素，拉晶过程中存在拉速波动大，拉速的稳定性直影响着RRG值的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法，解决了现有的单晶炉装置单晶生长拉速低，拉速稳定性差，拉晶过程中存在拉速波动大，拉速的稳定性直影响着RRG值的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法，包括炉体以及设置在炉体的右侧的加料组件，所述加料组件包括加料罐和导料筒，所述导料筒底部的右侧连通有导料管，且导料管的底端设于籽料腔的上方，所述导料筒的左端贯穿于炉体右侧的上部，所述加料罐的底端固定连接有隔离筒，且加料罐的底端与隔离筒的上部连通，所述隔离筒的左侧与导料筒的右侧连通，所述隔离筒的内侧转动连接有挡料筒，且挡料筒的表面开设有传料口，所述传料口设于加料罐与导料筒的连通处，所述挡料筒的内径与导料筒的内径相同，所述导料筒和挡料筒的内侧转动连接有转动轴，且转动轴的外侧固定连接有螺旋传送叶，且螺旋传送叶的外侧与导料筒和挡料筒的内侧压接；
所述隔离筒的右侧固定连接有驱动电机，且驱动电机的输出端贯穿于隔离筒的内端并与挡料筒的右端固定连接，所述转动轴的右部固定连接有第一齿轮，所述挡料筒的右侧固定连接有齿环，所述隔离筒内腔右侧的中外部转动连接有第二齿轮，且第一齿轮、第二齿轮和齿环之间啮合传动。
优选的，所述炉体的上部连通有上炉腔体，且上炉腔体的内部的设有直拉机构，所述直拉机构包括拉板和两组限位板，所述限位板与上炉腔体中部固定连接，所述拉板与上炉腔体的内部限位滑动，
优选的，所述拉板底部通过轴承转动连接有转动拉杆，且转动拉杆的表面开设有螺旋滑槽口，所述限位板的表面开设限位贯穿口，且限位贯穿口的内侧固定连接有限位柱，所述转动拉杆贯穿于限位贯穿口处，且螺旋滑槽口与限位柱滑动连接，所述拉板的底部固定连接有抵杆，所述转动拉杆的底端固定连接有拉晶头。
优选的，所述上炉腔体的上部设有减速电机，且减速电机的输出端固定连接有绕线盘，且绕线盘处绕设有吊绳，所述吊绳的底端贯穿于上炉腔体的内部并与拉板上部的中心固定连接，且拉板与上部一组限位板之间连接有拉簧，
优选的，所述炉体的内部设有坩埚构件，所述坩埚构件包括石墨坩埚、石英坩埚和坩埚支架，所述石墨坩埚设于石英坩埚的外侧，且石墨坩埚设于坩埚支架的上部，所述坩埚支架的底端通过支撑轴杆与炉体的底部转动连接
优选的，所述石英坩埚的内部设有坩埚滤管，且坩埚滤管与石英坩埚的内部固定连接，所述坩埚滤管与石英坩埚处设有滤流口，所述坩埚滤管的外侧与石英坩埚的内侧之间形成籽料腔。
优选的，所述炉体的上部从上到下依次设有第一导流筒和第二导流筒，所述第一导流筒的底端口设于坩埚滤管上部的内侧，所述第二导流筒的底端口设于石英坩埚的上端口的内侧和坩埚滤管上部的外侧。
优选的，所述炉体内腔的底部固定安装有电极，且电极的上部连接有加热器，所述炉体的内壁且位于第二导流筒的下方固定连接有保温罩。
本发明还公开了一种利用拉速改善径向晶棒RRG值的方法，具体包括以下步骤：
步骤一、加料
将硅晶放置加料罐的内部，驱动电机带动转动轴转动，同时第一齿轮、第二齿轮和齿环之间啮合传动，使得挡料筒转动，使得传料口位于加料罐与导料筒的连通处，进而加料罐内部的硅晶籽料落入挡料筒内，然后转动的转动轴带动螺旋传送叶转动，使得螺旋传送叶转动将挡料筒内部的硅晶籽料传输至导料筒并通过导料管导入至籽料腔；
步骤二、溶料
通过电极使加热器对坩埚构件加热，使得籽料腔内部的硅晶加热溶料，溶料后的硅溶液通过滤流口流入石英坩埚内部的中侧；
步骤三、拉晶
拉晶头通过拉簧拉动，使得拉晶头蘸取硅溶液，然后通过减速电机带动绕线盘转动，使得绕线盘带动吊绳转动收缩，然后使得吊绳拉动拉板，进而转动拉杆通过拉板在限位板处滑动，然后限位柱与螺旋滑槽口滑动，使得转动拉杆转动，进而拉晶头转动并上升拉动硅溶液形成晶棒。
优选的，所述步骤三中螺旋滑槽口以指定的间距与倾斜角度开设在转动拉杆的表面，从而控制拉晶头以指定的速率进行转动，保证拉晶时的稳定。
有益效果
本发明提供了一种利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法，通过驱动电机带动转动轴转动，第一齿轮、第二齿轮和齿环之间啮合，挡料筒转动使传料口位于加料罐与导料筒的连通处，使得螺旋传送叶转动将挡料筒内部的硅晶籽料传输至导料筒并通过导料管导入至籽料腔，加料组件的设置保证了坩埚构件内部原料的充足，进而方便设备的连续加工，提到设备的生产效率。
(2)、该利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法，通过电极使加热器对坩埚构件加热，使得籽料腔内部的硅晶加热溶料，溶料后的硅溶液通过滤流口流入石英坩埚内部，加快硅晶的融化，避免融合在硅溶液的硅晶融合较慢，进而提高拉晶过程的效率。
(3)、该利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法，通过减速电机带动绕线盘转动，使得绕线盘带动吊绳转动收缩，然后使得吊绳拉动拉板，进而转动拉杆通过拉板在限位板处滑动，然后限位柱与螺旋滑槽口滑动，使得转动拉杆转动，进而拉晶头转动并上升，提高了一次性拉取单晶硅体的数量，增加生产效率。
(4)、该利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法，通过设置减速电机带动绕线盘转动，使得拉晶头转动并上升形成晶棒，解决了晶棒在拉制过程中拉速存在对RRG值的影响因素，拉晶过程中存在拉速波动大，且拉速降低幅度小的问题，拉速的稳定性直影响着RRG值的问题。
附图说明
图1为本发明的结构主视图；
图2为本发明加料组件的结构剖视图；
图3为本发明隔离筒的结构左剖视图；
图4为本发明炉体的结构剖视图；
图5为本发明坩埚构件的结构立体图；
图6为本发明坩埚构件的结构剖视图；
图7为本发明上炉腔体的结构剖视图；
图8为本发明限位板的结构俯视图；
图9为本发明转动拉杆的结构立体图；
图10为本发明径向晶棒RRG的示意图；
图11为本发明径向晶棒RRG的对比示意图。
图中：1、炉体；2、坩埚构件；21、石墨坩埚；22、石英坩埚；221、坩埚滤管；222、滤流口；223、籽料腔；23、坩埚支架；231、支撑轴杆；24、第一导流筒；25、第二导流筒；26、电极；27、加热器；28、保温罩；3、加料组件；31、加料罐；32、导料筒；321、转动轴；322、螺旋传送叶；323、第一齿轮；324、驱动电机；33、隔离筒；331、挡料筒；332、传料口；333、齿环；334、第二齿轮；34、导料管；4、上炉腔体；41、减速电机；42、绕线盘；43、吊绳；44、拉簧；5、直拉机构；51、拉板；511、抵杆；52、限位板；521、限位贯穿口；522、限位柱；53、转动拉杆；531、螺旋滑槽口；54、拉晶头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统及其方法，包括炉体1以及设置在炉体1的右侧的加料组件3，加料组件3包括加料罐31和导料筒32，导料筒32底部的右侧连通有导料管34，且导料管34的底端设于籽料腔223的上方，导料筒32的左端贯穿于炉体1右侧的上部，加料罐31的底端固定连接有隔离筒33，且加料罐31的底端与隔离筒33的上部连通，隔离筒33的左侧与导料筒32的右侧连通，隔离筒33的内侧转动连接有挡料筒331，且挡料筒331的表面开设有传料口332，传料口332设于加料罐31与导料筒32的连通处，挡料筒331的内径与导料筒32的内径相同，导料筒32和挡料筒331的内侧转动连接有转动轴321，且转动轴321的外侧固定连接有螺旋传送叶322，且螺旋传送叶322的外侧与导料筒32和挡料筒331的内侧压接，隔离筒33的右侧固定连接有驱动电机324，且驱动电机324的输出端贯穿于隔离筒33的内端并与挡料筒331的右端固定连接，转动轴321的右部固定连接有第一齿轮323，挡料筒331的右侧固定连接有齿环333，隔离筒33内腔右侧的中外部转动连接有第二齿轮334，且第一齿轮323、第二齿轮334和齿环333之间啮合传动，通过驱动电机324带动转动轴321转动，第一齿轮323、第二齿轮334和齿环333之间啮合，挡料筒331转动使传料口332位于加料罐31与导料筒32的连通处，使得螺旋传送叶322转动将挡料筒331内部的硅晶籽料传输至导料筒32并通过导料管34导入至籽料腔223，加料组件3的设置保证了坩埚构件2内部原料的充足，进而方便设备的连续加工，提到设备的生产效率；
请参阅图4-6，炉体1的内部设有坩埚构件2，坩埚构件2包括石墨坩埚21、石英坩埚22和坩埚支架23，石墨坩埚21设于石英坩埚22的外侧，且石墨坩埚21设于坩埚支架23的上部，坩埚支架23的底端通过支撑轴杆231与炉体1的底部转动连接，石英坩埚22的内部设有坩埚滤管221，且坩埚滤管221与石英坩埚22的内部固定连接，坩埚滤管221与石英坩埚22处设有滤流口222，坩埚滤管221的外侧与石英坩埚22的内侧之间形成籽料腔223，炉体1的上部从上到下依次设有第一导流筒24和第二导流筒25，第一导流筒24的底端口设于坩埚滤管221上部的内侧，第二导流筒25的底端口设于石英坩埚22的上端口的内侧和坩埚滤管221上部的外侧，炉体1内腔的底部固定安装有电极26，且电极26的上部连接有加热器27，炉体1的内壁且位于第二导流筒25的下方固定连接有保温罩28，通过电极26使加热器27对坩埚构件2加热，使得籽料腔223内部的硅晶加热溶料，溶料后的硅溶液通过滤流口222流入石英坩埚22内部，加快硅晶的融化，避免融合在硅溶液的硅晶融合较慢，进而提高拉晶过程的效率；
请参阅图7-9，炉体1的上部连通有上炉腔体4，且上炉腔体4的内部的设有直拉机构5，直拉机构5包括拉板51和两组限位板52，限位板52与上炉腔体4中部固定连接，拉板51与上炉腔体4的内部限位滑动，拉板51底部通过轴承转动连接有转动拉杆53，且转动拉杆53的表面开设有螺旋滑槽口531，限位板52的表面开设限位贯穿口521，且限位贯穿口521的内侧固定连接有限位柱522，转动拉杆53贯穿于限位贯穿口521处，且螺旋滑槽口531与限位柱522滑动连接，拉板51的底部固定连接有抵杆511，转动拉杆53的底端固定连接有拉晶头54，上炉腔体4的上部设有减速电机41，通过设置减速电机41带动绕线盘42转动，使得拉晶头54转动并上升形成晶棒，解决了晶棒在拉制过程中拉速存在对RRG值的影响因素，拉晶过程中存在拉速波动大，且拉速降低幅度小的问题，拉速的稳定性直影响着RRG值的问题，且减速电机41的输出端固定连接有绕线盘42，且绕线盘42处绕设有吊绳43，吊绳43的底端贯穿于上炉腔体4的内部并与拉板51上部的中心固定连接，且拉板51与上部一组限位板52之间连接有拉簧44，通过减速电机41带动绕线盘42转动，使得绕线盘42带动吊绳43转动收缩，然后使得吊绳43拉动拉板51，进而转动拉杆53通过拉板51在限位板52处滑动，然后限位柱522与螺旋滑槽口531滑动，使得转动拉杆53转动，进而拉晶头54转动并上升，提高了一次性拉取单晶硅体的数量，增加生产效率，当前工艺如图10，RRG工程能力为≤25％，RRG是影响硅棒性质的重要参数之一，本系统将拉速降低幅度从0-900mm降低至0-300mm，稳定等径过程拉速，将0.88mm/min拉速等径900mm-1400mm增至300mm-1400mm长度，如图11；
本发明还公开了一种利用拉速改善径向晶棒RRG值的方法，具体包括以下步骤：
步骤一、加料
将硅晶放置加料罐31的内部，驱动电机324带动转动轴321转动，同时第一齿轮323、第二齿轮334和齿环333之间啮合传动，使得挡料筒331转动，使得传料口332位于加料罐31与导料筒32的连通处，进而加料罐31内部的硅晶籽料落入挡料筒331内，然后转动的转动轴321带动螺旋传送叶322转动，使得螺旋传送叶322转动将挡料筒331内部的硅晶籽料传输至导料筒32并通过导料管34导入至籽料腔223；
步骤二、溶料
通过电极26使加热器27对坩埚构件2加热，使得籽料腔223内部的硅晶加热溶料，溶料后的硅溶液通过滤流口222流入石英坩埚22内部的中侧；
步骤三、拉晶
拉晶头54通过拉簧44拉动，使得拉晶头54蘸取硅溶液，然后通过减速电机41带动绕线盘42转动，使得绕线盘42带动吊绳43转动收缩，然后使得吊绳43拉动拉板51，进而转动拉杆53通过拉板51在限位板52处滑动，然后限位柱522与螺旋滑槽口531滑动，使得转动拉杆53转动，进而拉晶头54转动并上升拉动硅溶液形成晶棒。
螺旋滑槽口531以指定的间距与倾斜角度开设在转动拉杆53的表面，从而控制拉晶头54以指定的速率进行转动，保证拉晶时的稳定。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统，包括炉体（1）以及设置在炉体（1）的右侧的加料组件（3），其特征在于：所述加料组件（3）包括加料罐（31）和导料筒（32），所述导料筒（32）底部的左侧连通有导料管（34），且导料管（34）的底端设于籽料腔（223）的上方，所述导料筒（32）的左端贯穿于炉体（1）右侧的上部，所述加料罐（31）的底端固定连接有隔离筒（33），且加料罐（31）的底端与隔离筒（33）的上部连通，所述隔离筒（33）的左侧与导料筒（32）的右侧连通，所述隔离筒（33）的内侧转动连接有挡料筒（331），且挡料筒（331）的表面开设有传料口（332），所述传料口（332）设于加料罐（31）与导料筒（32）的连通处，所述挡料筒（331）的内径与导料筒（32）的内径相同，所述导料筒（32）和挡料筒（331）的内侧转动连接有转动轴（321），且转动轴（321）的外侧固定连接有螺旋传送叶（322），且螺旋传送叶（322）的外侧与导料筒（32）和挡料筒（331）的内侧压接；
所述隔离筒（33）的右侧固定连接有驱动电机（324），且驱动电机（324）的输出端贯穿于隔离筒（33）的内端并与挡料筒（331）的右端固定连接，所述转动轴（321）的右部固定连接有第一齿轮（323），所述挡料筒（331）的右侧固定连接有齿环（333），所述隔离筒（33）内腔右侧的中外部转动连接有第二齿轮（334），且第一齿轮（323）、第二齿轮（334）和齿环（333）之间啮合传动；
所述炉体（1）的上部连通有上炉腔体（4），且上炉腔体（4）的内部的设有直拉机构（5），所述直拉机构（5）包括拉板（51）和两组限位板（52），所述限位板（52）与上炉腔体（4）中部固定连接，所述拉板（51）与上炉腔体（4）的内部限位滑动，所述拉板（51）底部通过轴承转动连接有转动拉杆（53），且转动拉杆（53）的表面开设有螺旋滑槽口（531），螺旋滑槽口（531）以指定的间距与倾斜角度开设在转动拉杆（53）的表面，从而控制拉晶头（54）以指定的速率进行转动，保证拉晶时的稳定，所述限位板（52）的表面开设限位贯穿口（521），且限位贯穿口（521）的内侧固定连接有限位柱（522），所述转动拉杆（53）贯穿于限位贯穿口（521）处，且螺旋滑槽口（531）与限位柱（522）滑动连接，所述拉板（51）的底部固定连接有抵杆（511），所述转动拉杆（53）的底端固定连接有拉晶头（54）；
所述上炉腔体（4）的上部设有减速电机（41），且减速电机（41）的输出端固定连接有绕线盘（42），且绕线盘（42）处绕设有吊绳（43），所述吊绳（43）的底端贯穿于上炉腔体（4）的内部并与拉板（51）上部的中心固定连接，且拉板（51）与上部一组限位板（52）之间连接有拉簧（44）；
所述炉体（1）的内部设有坩埚构件（2），所述坩埚构件（2）包括石墨坩埚（21）、石英坩埚（22）和坩埚支架（23），所述石墨坩埚（21）设于石英坩埚（22）的外侧，且石墨坩埚（21）设于坩埚支架（23）的上部，所述坩埚支架（23）的底端通过支撑轴杆（231）与炉体（1）的底部转动连接，所述石英坩埚（22）的内部设有坩埚滤管（221），且坩埚滤管（221）与石英坩埚（22）的内部固定连接，所述坩埚滤管（221）与石英坩埚（22）处设有滤流口（222），所述坩埚滤管（221）的外侧与石英坩埚（22）的内侧之间形成籽料腔（223），所述炉体（1）的上部从上到下依次设有第一导流筒（24）和第二导流筒（25），所述第一导流筒（24）的底端口设于坩埚滤管（221）上部的内侧，所述第二导流筒（25）的底端口设于石英坩埚（22）的上端口的内侧和坩埚滤管（221）上部的外侧，所述炉体（1）内腔的底部固定安装有电极（26），且电极（26）的上部连接有加热器（27），所述炉体（1）的内壁且位于第二导流筒（25）的下方固定连接有保温罩（28）。
2.一种根据权利要求1所述的利用拉速改善径向晶棒RRG值的系统的使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、加料
将硅晶放置加料罐（31）的内部，驱动电机（324）带动转动轴（321）转动，同时第一齿轮（323）、第二齿轮（334）和齿环（333）之间啮合传动，使得挡料筒（331）转动，使得传料口（332）位于加料罐（31）与导料筒（32）的连通处，进而加料罐（31）内部的硅晶籽料落入挡料筒（331）内，然后转动的转动轴（321）带动螺旋传送叶（322）转动，使得螺旋传送叶（322）转动将挡料筒（331）内部的硅晶籽料传输至导料筒（32）并通过导料管（34）导入至籽料腔（223）；
步骤二、溶料
通过电极（26）使加热器（27）对坩埚构件（2）加热，使得籽料腔（223）内部的硅晶加热溶料，溶料后的硅溶液通过滤流口（222）流入石英坩埚（22）内部的中侧；
步骤三、拉晶
拉晶头（54）通过拉簧（44）拉动，使得拉晶头（54）蘸取硅溶液，然后通过减速电机（41）带动绕线盘（42）转动，使得绕线盘（42）带动吊绳（43）转动收缩，然后使得吊绳（43）拉动拉板（51），进而转动拉杆（53）通过拉板（51）在限位板（52）处滑动，然后限位柱（522）与螺旋滑槽口（531）滑动，使得转动拉杆（53）转动，进而拉晶头（54）转动并上升拉动硅溶液形成晶棒。
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