CN115383534A - 一种单晶硅片的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅片的生产工艺，属于半导体材料生产技术领域，该单晶硅片的生产工艺包括以下步骤：步骤一：制备单晶硅坯：选取纯度高的工业硅，筛选去除工业硅之间混杂的杂质，再将工业硅与掺杂物放入长晶炉内，关闭长晶炉，并对长晶炉内部进行抽真空处理，抽真空完成后，再向长晶炉内通入高纯度氩气，此时再通过长晶炉内的加热装置加热工业硅，使得工业硅与掺杂物混合熔融形成硅熔体，当硅熔体的温度稳定后，向硅熔体内加入晶种，本发明能够充分提高单晶硅片质的量，使得单晶硅片可满足高精度工程的使用，且能够回收利用切削液，不仅进一步降低了成本的消耗，还降低了环境污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料生产技术领域，尤其涉及一种单晶硅片的生产工艺。
背景技术
单晶硅片即硅的单晶体，是一种具有基本完整的点阵结构的晶体，其不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料，纯度要求达到99.9999%，甚至需达到99.9999999%以上，可用于制造半导体器件和太阳能电池，用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成，许多半导体晶体、光学晶体及各种功能晶体均可以通过熔体法进行单晶生长，这些单晶材料广泛应用于激光、通信、导航和雷达等领域，高质量的晶体是制备优异器件的基础。单晶体内的温度梯度越小，生长速度越慢，机械振动越小，晶体质量就越高。
经检索，中国专利号CN201810532990.1公开了一种太阳能单晶硅片生产工艺，虽然流程简单和成本较低，但是其切削液无法回收利用，从而无法进一步降低成本，同时废弃的切削液不仅增加了成本的消耗，还易使环境污染，且一般单晶硅片的生产工艺无法提升单晶硅片的质量，使得单晶硅片无法满足高精度工程的使用，带来了工艺缺陷的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种单晶硅片的生产工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种单晶硅片的生产工艺，该单晶硅片的生产工艺包括以下步骤：
步骤一：制备单晶硅坯：选取纯度高的工业硅，筛选去除工业硅之间混杂的杂质，再将工业硅与掺杂物放入长晶炉内，关闭长晶炉，并对长晶炉内部进行抽真空处理，抽真空完成后，再向长晶炉内通入高纯度氩气，此时再通过长晶炉内的加热装置加热工业硅，使得工业硅与掺杂物混合熔融形成硅熔体，当硅熔体的温度稳定后，向硅熔体内加入晶种，再通过缩颈生长、放肩生长、等径生长和尾部生长的工序使得硅熔体变为单晶硅棒，再截取单晶硅棒的等径部分，即得单晶硅坯；
步骤二：调配切削液：首先称取乳化剂5～10份、偏硅酸钠1～3份、磷酸钠1～2份、乙二醇5～7份、碱值保持剂0.5～1份、杀菌剂1～2份、纳米颗粒8～10份和水若干；其次将乳化剂、偏硅酸钠、磷酸钠、乙二醇和碱值保持剂混合搅拌，再放入混合器中，并向混合器内加入水，使得混合器在40℃的恒温下搅拌其内部的物料，直至混合液透明，即得基液；最后向混合器内加入纳米颗粒，使得纳米颗粒与基液混合，并再次搅拌至透明状态，即得切削液；
步骤三：切削单晶硅坯：启动硅片砂轮，再倒入部分切削液，使得硅片砂轮配合切削液对单晶硅坯的上表面和下表面进行磨削，去除量保持在20～40，确保单晶硅坯的上表面与下表面平行，再启动切片机，并倒入剩余的切削液，先对单晶硅坯进行预切割，使得单晶硅坯的外表面形成预切槽，且预切槽的面积占单晶硅坯横截面的15％～25％，再高速切割单晶硅坯，形成预单晶硅片；
步骤四：后处理：精磨预单晶硅片，使得单晶硅片的顶面与底面平行，且顶面和底面均与外表面垂直，再将预单晶硅片放入超声波清洗设备中进行超声波清洗，去除预单晶硅片上的切削液和杂质，最后对预单晶硅片进行烘干和分选，保留合格的预单晶硅片，即得单晶硅片；
步骤五：回收切削液：收集步骤三与步骤四中使用后的切削液，即废弃切削液，分析废弃切削液中碱值保持剂、杀菌剂和纳米颗粒的含量，再与步骤二中所述切削液进行比对，判断二者之间的差值，判断结束后，过滤废弃切削液，去除废弃切削液中大颗粒杂质，再将其放入反应釜中，依据差值向反应釜内加入碱值保持剂和纳米颗粒，加热至40℃后恒温搅拌1～1.5h，搅拌完成后停止加热，形成混合物，当混合物的温度等于室温时，再依据差值加入杀菌剂，再次搅拌1～1.5h，直至透明后，即得新切削液；
通过收集使用后的切削液，并判断废弃切削液与切削液之间的差值，判断结束后，过滤废弃切削液，去除废弃切削液中大颗粒杂质，再将废弃切削液放入反应釜中，依据差值向反应釜内加入碱值保持剂和纳米颗粒，加热至40℃后恒温搅拌1～1.5h，搅拌完成后停止加热，形成混合物，当混合物的温度等于室温时，再依据差值加入杀菌剂，再次搅拌1～1.5h，直至透明后，即得新切削液，达到切削液回收利用的目的，不仅进一步降低了成本的消耗，还降低了环境污染的问题。
进一步地，步骤一中所述晶种的晶向类型为<111>或<110>，该晶种一般呈方形长条状。
进一步地，步骤二中所述调配切削液的具体步骤为：
S1、称取乳化剂5～10份、偏硅酸钠1～3份、磷酸钠1～2份、乙二醇5～7份、碱值保持剂0.5～1份、杀菌剂1～2份、纳米颗粒8～10份和水若干；
S2、将乳化剂、偏硅酸钠、磷酸钠、乙二醇和碱值保持剂混合搅拌，再放入混合器中，并向混合器内加入水，使得混合器在40℃的恒温下搅拌其内部的物料，直至混合液透明，即得基液；
S3、向混合器内加入纳米颗粒，使得纳米颗粒与基液混合，并再次搅拌至透明状态，即得切削液。
进一步地，步骤三中所述预切槽相互平行，所述切片机的切割速度为600～700，切割线的张力为15～25N，新线进给量为300。
进一步地，步骤四中所述烘干的烘干温度为80℃，烘干时间为1h。
进一步地，步骤五中所述碱值保持剂和杀菌剂分别为三乙醇胺和三嗪类。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过向硅熔体内加入晶种，再通过缩颈生长、放肩生长、等径生长和尾部生长的工序使得硅熔体变为单晶硅棒，再截取单晶硅棒的等径部分，得到单晶硅坯，避免晶种位错，从而单晶硅的内部质量提高，再调配切削液，并通过硅片砂轮配合切削液对单晶硅坯的上表面和下表面进行磨削，确保单晶硅坯的上表面与下表面平行，再通过切片机对单晶硅坯进行预切割，使得单晶硅坯的外表面形成预切槽，再高速切割单晶硅坯，形成预单晶硅片，最后进行后处理，完成单晶硅片的生产，使得单晶硅片外部质量提高，达到充分提高单晶硅片质量的目的，使得单晶硅片可满足高精度工程的使用。
2、本发明通过收集使用后的切削液，并判断废弃切削液与切削液之间的差值，判断结束后，过滤废弃切削液，去除废弃切削液中大颗粒杂质，再将废弃切削液放入反应釜中，依据差值向反应釜内加入碱值保持剂和纳米颗粒，加热至40℃后恒温搅拌1～1.5h，搅拌完成后停止加热，形成混合物，当混合物的温度等于室温时，再依据差值加入杀菌剂，再次搅拌1～1.5h，直至透明后，即得新切削液，达到切削液回收利用的目的，不仅进一步降低了成本的消耗，还降低了环境污染的问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提出的一种单晶硅片的生产工艺的流程示意图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种单晶硅片的生产工艺，该单晶硅片的生产工艺包括以下步骤：
步骤一：制备单晶硅坯：选取纯度高的工业硅，筛选去除工业硅之间混杂的杂质，再将工业硅与掺杂物放入长晶炉内，关闭长晶炉，并对长晶炉内部进行抽真空处理，抽真空完成后，再向长晶炉内通入高纯度氩气，此时再通过长晶炉内的加热装置加热工业硅，使得工业硅与掺杂物混合熔融形成硅熔体，当硅熔体的温度稳定后，向硅熔体内加入晶种，再通过缩颈生长、放肩生长、等径生长和尾部生长的工序使得硅熔体变为单晶硅棒，再截取单晶硅棒的等径部分，即得单晶硅坯，所述晶种的晶向类型为<111>或<110>，该晶种一般呈方形长条状；
步骤二：调配切削液，所述调配切削液的具体步骤为：
S1、称取乳化剂5～10份、偏硅酸钠1～3份、磷酸钠1～2份、乙二醇5～7份、碱值保持剂0.5～1份、杀菌剂1～2份、纳米颗粒8～10份和水若干；
S2、将乳化剂、偏硅酸钠、磷酸钠、乙二醇和碱值保持剂混合搅拌，再放入混合器中，并向混合器内加入水，使得混合器在40℃的恒温下搅拌其内部的物料，直至混合液透明，即得基液；
S3、向混合器内加入纳米颗粒，使得纳米颗粒与基液混合，并再次搅拌至透明状态，即得切削液；
步骤三：切削单晶硅坯：启动硅片砂轮，再倒入部分切削液，使得硅片砂轮配合切削液对单晶硅坯的上表面和下表面进行磨削，去除量保持在20～40，确保单晶硅坯的上表面与下表面平行，再启动切片机，并倒入剩余的切削液，先对单晶硅坯进行预切割，使得单晶硅坯的外表面形成预切槽，且预切槽的面积占单晶硅坯横截面的15％～25％，再高速切割单晶硅坯，形成预单晶硅片，所述预切槽相互平行，所述切片机的切割速度为600～700，切割线的张力为15～25N，新线进给量为300；
步骤四：后处理：精磨预单晶硅片，使得单晶硅片的顶面与底面平行，且顶面和底面均与外表面垂直，再将预单晶硅片放入超声波清洗设备中进行超声波清洗，去除预单晶硅片上的切削液和杂质，最后对预单晶硅片进行烘干和分选，保留合格的预单晶硅片，即得单晶硅片，所述烘干的烘干温度为80℃，烘干时间为1h；
步骤五：回收切削液。
具体的，在生产单晶硅片的过程中，将工业硅与掺杂物混合熔融形成硅熔体，当硅熔体的温度稳定后，向硅熔体内加入晶种，再通过缩颈生长、放肩生长、等径生长和尾部生长的工序使得硅熔体变为单晶硅棒，再截取单晶硅棒的等径部分，得到单晶硅坯，避免晶种位错，从而单晶硅的内部质量提高，再调配切削液，并通过硅片砂轮配合切削液对单晶硅坯的上表面和下表面进行磨削，确保单晶硅坯的上表面与下表面平行，再通过切片机对单晶硅坯进行预切割，使得单晶硅坯的外表面形成预切槽，再高速切割单晶硅坯，形成预单晶硅片，最后进行后处理，完成单晶硅片的生产，使得单晶硅片外部质量提高，达到充分提高单晶硅片质量的目的，使得单晶硅片可满足高精度工程的使用。
实施例2：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种单晶硅片的生产工艺，除与上述实施例相同结构外，本实施例将具体介绍切削液的回收过程；
具体为，收集步骤三与步骤四中使用后的切削液，即废弃切削液，分析废弃切削液中碱值保持剂、杀菌剂和纳米颗粒的含量，再与步骤二中所述切削液进行比对，判断二者之间的差值，判断结束后，过滤废弃切削液，去除废弃切削液中大颗粒杂质，再将其放入反应釜中，依据差值向反应釜内加入碱值保持剂和纳米颗粒，加热至40℃后恒温搅拌1～1.5h，搅拌完成后停止加热，形成混合物，当混合物的温度等于室温时，再依据差值加入杀菌剂，再次搅拌1～1.5h，直至透明后，即得新切削液，所述碱值保持剂和杀菌剂分别为三乙醇胺和三嗪类。
具体的，在回收切削液的过程中，收集使用后的切削液，即废弃切削液，分析废弃切削液中碱值保持剂、杀菌剂和纳米颗粒的含量，再与步骤二中所述切削液进行比对，判断二者之间的差值，判断结束后，过滤废弃切削液，去除废弃切削液中大颗粒杂质，再将其放入反应釜中，依据差值向反应釜内加入碱值保持剂和纳米颗粒，加热至40℃后恒温搅拌1～1.5h，搅拌完成后停止加热，形成混合物，当混合物的温度等于室温时，再依据差值加入杀菌剂，再次搅拌1～1.5h，直至透明后，即得新切削液，达到切削液回收利用的目的，不仅进一步降低了成本的消耗，还降低了环境污染的问题。
本发明的工作原理及使用流程：选取纯度高的工业硅，筛选去除工业硅之间混杂的杂质，再将工业硅与掺杂物放入长晶炉内，关闭长晶炉，并对长晶炉内部进行抽真空处理，抽真空完成后，再向长晶炉内通入高纯度氩气，此时再通过长晶炉内的加热装置加热工业硅，使得工业硅与掺杂物混合熔融形成硅熔体，当硅熔体的温度稳定后，向硅熔体内加入晶种，再通过缩颈生长、放肩生长、等径生长和尾部生长的工序使得硅熔体变为单晶硅棒，再截取单晶硅棒的等径部分，得到单晶硅坯，避免晶种位错，从而单晶硅的内部质量提高，再调配切削液，并通过硅片砂轮配合切削液对单晶硅坯的上表面和下表面进行磨削，确保单晶硅坯的上表面与下表面平行，再通过切片机对单晶硅坯进行预切割，使得单晶硅坯的外表面形成预切槽，再高速切割单晶硅坯，形成预单晶硅片，最后进行后处理，完成单晶硅片的生产，使得单晶硅片外部质量提高，达到充分提高单晶硅片质量的目的，使得单晶硅片可满足高精度工程的使用，当上述过程完成后，收集使用后的切削液，即废弃切削液，分析废弃切削液中碱值保持剂、杀菌剂和纳米颗粒的含量，再与步骤二中所述切削液进行比对，判断二者之间的差值，判断结束后，过滤废弃切削液，去除废弃切削液中大颗粒杂质，再将其放入反应釜中，依据差值向反应釜内加入碱值保持剂和纳米颗粒，加热至40℃后恒温搅拌1～1.5h，搅拌完成后停止加热，形成混合物，当混合物的温度等于室温时，再依据差值加入杀菌剂，再次搅拌1～1.5h，直至透明后，即得新切削液，达到切削液回收利用的目的，不仅进一步降低了成本的消耗，还降低了环境污染的问题，完成操作。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明能够避免晶种位错，从而单晶硅的内部质量提高，再调配切削液，并通过硅片砂轮配合切削液对单晶硅坯的上表面和下表面进行磨削，确保单晶硅坯的上表面与下表面平行，再通过切片机对单晶硅坯进行预切割，使得单晶硅坯的外表面形成预切槽，再高速切割单晶硅坯，形成预单晶硅片，最后进行后处理，完成单晶硅片的生产，使得单晶硅片外部质量提高，达到充分提高单晶硅片质量的目的，使得单晶硅片可满足高精度工程的使用。
本发明通过收集使用后的切削液，并判断废弃切削液与切削液之间的差值，判断结束后，过滤废弃切削液，去除废弃切削液中大颗粒杂质，再将废弃切削液放入反应釜中，依据差值向反应釜内加入碱值保持剂和纳米颗粒，加热至40℃后恒温搅拌1～1.5h，搅拌完成后停止加热，形成混合物，当混合物的温度等于室温时，再依据差值加入杀菌剂，再次搅拌1～1.5h，直至透明后，即得新切削液，达到切削液回收利用的目的，不仅进一步降低了成本的消耗，还降低了环境污染的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种单晶硅片的生产工艺，其特征在于，该单晶硅片的生产工艺包括以下步骤：
步骤一：制备单晶硅坯：选取纯度高的工业硅，筛选去除工业硅之间混杂的杂质，再将工业硅与掺杂物放入长晶炉内，关闭长晶炉，并对长晶炉内部进行抽真空处理，抽真空完成后，再向长晶炉内通入高纯度氩气，此时再通过长晶炉内的加热装置加热工业硅，使得工业硅与掺杂物混合熔融形成硅熔体，当硅熔体的温度稳定后，向硅熔体内加入晶种，再通过缩颈生长、放肩生长、等径生长和尾部生长的工序使得硅熔体变为单晶硅棒，再截取单晶硅棒的等径部分，即得单晶硅坯；
步骤二：调配切削液：首先称取乳化剂5～10份、偏硅酸钠1～3份、磷酸钠1～2份、乙二醇5～7份、碱值保持剂0.5～1份、杀菌剂1～2份、纳米颗粒8～10份和水若干；其次将乳化剂、偏硅酸钠、磷酸钠、乙二醇和碱值保持剂混合搅拌，再放入混合器中，并向混合器内加入水，使得混合器在40℃的恒温下搅拌其内部的物料，直至混合液透明，即得基液；最后向混合器内加入纳米颗粒，使得纳米颗粒与基液混合，并再次搅拌至透明状态，即得切削液；
步骤三：切削单晶硅坯：启动硅片砂轮，再倒入部分切削液，使得硅片砂轮配合切削液对单晶硅坯的上表面和下表面进行磨削，去除量保持在20～40，确保单晶硅坯的上表面与下表面平行，再启动切片机，并倒入剩余的切削液，先对单晶硅坯进行预切割，使得单晶硅坯的外表面形成预切槽，且预切槽的面积占单晶硅坯横截面的15％～25％，再高速切割单晶硅坯，形成预单晶硅片；
步骤四：后处理：精磨预单晶硅片，使得单晶硅片的顶面与底面平行，且顶面和底面均与外表面垂直，再将预单晶硅片放入超声波清洗设备中进行超声波清洗，去除预单晶硅片上的切削液和杂质，最后对预单晶硅片进行烘干和分选，保留合格的预单晶硅片，即得单晶硅片；
步骤五：回收切削液：收集步骤三与步骤四中使用后的切削液，即废弃切削液，分析废弃切削液中碱值保持剂、杀菌剂和纳米颗粒的含量，再与步骤二中所述切削液进行比对，判断二者之间的差值，判断结束后，过滤废弃切削液，去除废弃切削液中大颗粒杂质，再将其放入反应釜中，依据差值向反应釜内加入碱值保持剂和纳米颗粒，加热至40℃后恒温搅拌1～1.5h，搅拌完成后停止加热，形成混合物，当混合物的温度等于室温时，再依据差值加入杀菌剂，再次搅拌1～1.5h，直至透明后，即得新切削液。
2.根据权利要求1所述的一种单晶硅片的生产工艺，其特征在于，步骤一中所述晶种的晶向类型为<111>或<110>，该晶种一般呈方形长条状。
3.根据权利要求1所述的一种单晶硅片的生产工艺，其特征在于，步骤三中所述预切槽相互平行，所述切片机的切割速度为600～700，切割线的张力为15～25N，新线进给量为300。
4.根据权利要求1所述的一种单晶硅片的生产工艺，其特征在于，步骤四中所述烘干的烘干温度为80℃，烘干时间为1h。
5.根据权利要求1所述的一种单晶硅片的生产工艺，其特征在于，步骤五中所述碱值保持剂和杀菌剂分别为三乙醇胺和三嗪类。
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