CN206359661U - 硅片提拉装置 - Google Patents
硅片提拉装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206359661U CN206359661U CN201621461826.9U CN201621461826U CN206359661U CN 206359661 U CN206359661 U CN 206359661U CN 201621461826 U CN201621461826 U CN 201621461826U CN 206359661 U CN206359661 U CN 206359661U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heating furnace
- silicon chip
- pyrometer
- primary area
- seed crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种硅片提拉装置，包括加热炉以及控制系统，加热炉内设置有钳锅，熔化区上方固定设置加热器，加热炉设置有进料管以及进气嘴，主区上方固定设置有换热器；籽晶棒与舱门外设置的提拉机构连接；加热炉上还设置有第一高温计和第二高温计。一种控制方法，a、向钳锅的溶化区中加入硅料，对熔化区内的硅料进行加热融化；b、籽晶进入腔体后，接触熔体，保持3‑5min，然后开启换热器，反转电机，使籽晶棒向外移动；当提拉机构触发限位开关后，提拉机构向上运动截断硅片。采用此方法获得的硅片由于结晶时不会被坩埚污染，所以杂质含量少，材料损耗预期减少50%。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种硅片提拉装置。
背景技术
硅是一种非金属，原子序数14，相对原子质量28.0855g/mol，在半导体领域以及光伏领域有广泛的应用。现有成熟技术中，通常使用直拉法(CZ法)以及区熔法(HZ法)生产单晶硅。在半导体领域内多使用单晶硅，光伏产业中单晶硅以及多晶硅都有应用。
在传统垂直提拉法生长单晶硅工艺中，由于需要获得超薄的硅片，需要进行大量后处理(线切割、打磨抛光等)，在后处理的过程中大量的原料被浪费，从而导致生产成本的大大增加，为了减少材料的损耗，开发了多种直接硅片制造工艺，如导模法(EFG)、线拉带硅法(SR)【Mackintosh B,Seidl A,Ouellette M,et al.Large silicon crystal hollow-tube growth by the edge-defined film-fed growth(EFG)method[J].Journal ofCrystal Growth,2006,287(2):428-432.；Shin C.State-of-the-art silicon deviceminiaturization technology and its challenges[J].Ieice Electronics Express,2014,11(10):20142005-20142005.】。虽然这两种方法已经开始商业化，但是仍旧存在提拉速度慢，晶片质量不高等缺点以至于无法得以量产。1950年由shockley
提出了水平生长条带状硅的方法，1960年首个HRG法被提出，但是无法实现，经过多年的发展，水平法的理论基础已相对完备，基于这些理论研究，提出了这种新的水平提拉硅晶片的方法。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种硅片提拉装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硅片提拉装置，包括加热炉以及控制系统，所述加热炉内设置有钳锅，所述钳锅内设置有隔板，该隔板将钳锅内腔分隔为熔化区和主区，所述隔板上开设有流通间隙用于使熔化区和主区连通，熔化区上方固定设置加热器，所述加热炉的左侧设置有用于插入钳锅的熔化区进料管以及用于向钳锅内通入惰性气体的进气嘴，进料管连通原料罐和熔化区，进料管上设置有用于控制进料量的料泵，主区上方固定设置有用于控制硅片生长时温度梯度的换热器；
所述加热炉的右侧开设舱门，舱门外设置有可经舱门自由伸入钳锅主区的籽晶棒，所述籽晶棒与舱门外设置的提拉机构连接；
所述加热炉上还设置有第一高温计和第二高温计，所述第一高温计用于探测主区内左侧溶液温度，所述第二高温计用于探测主区内右侧籽晶提拉时的温度梯度；
所述控制系统分别与料泵、加热器、换热器的电磁阀、提拉机构、第一高温计和第二高温计连接。
进一步的，所述加热炉上倾斜设置有第一激光发射装置和第二激光发射装置，所述加热炉上设置有用于接收两束激光的CCD图像传感器，所述第一激光发射装置的激光照射主区内溶液部分反射至CCD图像传感器，所述第二激光发射装置的激光照射主区内结晶部分反射至CCD图像传感器。
进一步的，所述的加热器为石墨蛇形加热器，所述石墨蛇形加热器设置在钳锅顶部并覆盖隔热屏进行保温。
进一步的，所述的换热器为液态金属换热器。
一种采用上述硅片提拉装置的控制方法，包括以下步骤：
a、通过进料管向钳锅的溶化区中加入预定量的硅料，然后经进气嘴通入惰性气体并保持3-5min，保持进气速度，开启加热器对熔化区内的硅料进行加热融化，加热的同时料泵保持原料输送，保持进料速度直到熔体液面达到制定高度；
b、熔液面达到指定高度后，打开炉体右侧舱门，提拉机构控制籽晶棒以一定速度将籽晶片送入腔体内，当籽晶进入腔体后，减慢传送速度，使籽晶缓慢深入，直到接触熔体，提拉机构的电机停止，保持3-5min，然后开启换热器，使接触部分形成温度梯度，并反转电机，使籽晶棒以5-10cm/min的移动速度向外移动；提拉过程中同时开启进料器，保持一定的进料速度使熔体的液面高度稳定；
c、当提拉机构触发限位开关后，提拉机构向上运动截断硅片。
进一步的，在步骤b中，初始提拉速度的确定根据设定的预期厚度进行计算，计算模型为：其中Tw为获得的薄片厚度，Lx为冷却区域长度，Hheat为融化潜热，qi为熔体的计算热散失量。
进一步的，所述Lx＝4mm。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的提拉装置，能对溶料速度、主区内液位、提拉时的温度梯度以及晶片的厚度进行有效控制，提升超薄硅片的加工效果以及质量。
采用此方法获得的硅片由于结晶时不会被坩埚污染，所以杂质含量少，同时直接生产出的超薄的的硅片，在后续加工过程中，可以减少切割次数，通过适当的切割以及打磨就能获得太阳能级超薄硅片，材料损耗预期减少50％。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是提拉装置的示意图；
图2是CCD图像传感器接受来自溶液部分和结晶部分激光的示意图；
其中，1、加热炉，2、钳锅，3、隔板，4、进料管，5、加热器，6、籽晶棒，7、第一高温计，8、第二高温计，10、CCD图像传感器。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1图2所示，一种硅片提拉装置，包括加热炉1以及控制系统，加热炉1内设置有钳锅2，钳锅2内设置有隔板3，隔板3的存在可以防止在交流过程中，硅料进入熔体而造成的熔体波动；该隔板3将钳锅2内腔分隔为熔化区和主区，隔板3上开设有流通间隙用于使熔化区和主区连通，熔化区上方固定设置加热器5，加热炉1的左侧设置有用于插入钳锅2的熔化区进料管4以及用于向钳锅2内通入惰性气体的进气嘴，进料管4连通原料罐和熔化区，进料管4以120度倾斜插入，进料管4上设置有用于控制进料量的料泵，主区上方固定设置有用于控制硅片生长时温度梯度的换热器；换热器为液态金属换热器。加热炉1的右侧开设舱门，舱门外设置有可经舱门自由伸入钳锅2主区的籽晶棒6，籽晶棒6与舱门外设置的提拉机构连接。
加热炉1上还设置有第一高温计7和第二高温计8，第一高温计7用于探测主区内左侧溶液温度，第二高温计8用于探测主区内右侧籽晶提拉时的温度梯度；控制系统分别与料泵、加热器5、换热器的电磁阀、提拉机构、第一高温计7和第二高温计8连接。
加热炉1上倾斜设置有第一激光发射装置和第二激光发射装置，加热炉1上设置有用于接收两束激光的CCD图像传感器10，第一激光发射装置的激光照射主区内溶液部分反射至CCD图像传感器10，第二激光发射装置的激光照射主区内结晶部分反射至CCD图像传感器10。如图2所示，利用2束激光分别射向熔融部分以及结晶部分，根据反射光线在CCD上的不同位置获得当前的液面高度以及结晶部分高度，根据两种高度的差值，可以获得当前拉晶厚度。
加热器5为石墨蛇形加热器5，石墨蛇形加热器5设置在钳锅2顶部并覆盖隔热屏进行保温。
一种采用上述硅片提拉装置的控制方法，包括以下步骤：
a、控制系统控制料泵进料，通过进料管4向钳锅2的溶化区中加入预定量的硅料，然后经进气嘴通入惰性气体并保持3-5min，惰性气体为氮气及氩气的混合惰性气体，保持进气速度，开启加热器5对熔化区内的硅料进行加热融化，加热的同时料泵保持原料输送，保持进料速度直到熔体液面达到制定高度；
具体的，设定炉体温度1500℃，通过第一高温计7的反馈至进行调节，目的是为了保证溶料速度。炉体开始加热时，先将炉体加热到500～800℃，控制一定的升温速度防止炉体内石墨元件因为快速升温导致损坏。当温度达到后，采用模糊PID自适应控制器对炉内温度进行控制。当硅料熔化后通过坩埚内挡板的空隙流入坩埚主区域，此时坩埚内熔体并不会达到指定高度，持续加料，第一激光发射装置的激光照射主区内溶液部分反射至CCD图像传感器10，从而得知主区内的溶液高度，当达到指定液位后，停止加料。
b、熔液面达到指定高度后，打开炉体右侧舱门，提拉机构控制籽晶棒6以一定速度将籽晶片送入腔体内，当籽晶进入腔体后，减慢传送速度，使籽晶缓慢深入，直到接触熔体，提拉机构的电机停止，保持3-5min，然后开启换热器，使接触部分形成温度梯度，并反转电机，使籽晶棒6以5-10cm/min的移动速度向外移动；拉动过程中，可以调节拉速，来获得不同厚度的硅片；提拉过程中同时开启进料器，保持一定的进料速度使熔体的液面高度稳定。
c、当提拉机构触发限位开关后，提拉机构向上运动截断硅片。此时，更换籽晶后可以进行连续的提拉生产；
在步骤b中，初始提拉速度的确定根据设定的预期厚度进行计算，计算模型为：其中Tw为获得的薄片厚度，Lx为冷却区域长度，Hheat为融化潜热，qi为熔体的计算热散失量。作为优选，Lx＝4mm。
对于薄片厚度的掌握，利用2束激光分别射向熔融部分以及结晶部分，根据反射光线在CCD上的不同位置获得当前的液面高度以及结晶部分高度，根据两种高度的差值，可以获得当前拉晶厚度。
当提拉开始后，修正进料速度，即控制料泵，保证坩埚内熔体液面的不会过低。当籽晶棒6到达最大位置后，将炉体以每分钟1℃的速度进行降温。当炉体温度降低至室温后，可以获得一块条带状超薄硅片。
采用此方法获得的硅片由于结晶时不会被坩埚污染，所以杂质含量少，同时直接生产出的超薄的的硅片，在后续加工过程中，可以减少切割次数，通过适当的切割以及打磨就能获得太阳能级超薄硅片，材料损耗预期减少50％。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (4)
1.一种硅片提拉装置，其特征是，包括加热炉（1）以及控制系统，所述加热炉（1）内设置有钳锅（2），所述钳锅（2）内设置有隔板（3），该隔板（3）将钳锅（2）内腔分隔为熔化区和主区，所述隔板（3）上开设有流通间隙用于使熔化区和主区连通，熔化区上方固定设置加热器（5），所述加热炉（1）的左侧设置有用于插入钳锅（2）的熔化区进料管（4）以及用于向钳锅（2）内通入惰性气体的进气嘴，进料管（4）连通原料罐和熔化区，进料管（4）上设置有用于控制进料量的料泵，主区上方固定设置有用于控制硅片生长时温度梯度的换热器；
所述加热炉（1）的右侧开设舱门，舱门外设置有可经舱门自由伸入钳锅（2）主区的籽晶棒（6），所述籽晶棒（6）与舱门外设置的提拉机构连接；
所述加热炉（1）上还设置有第一高温计（7）和第二高温计（8），所述第一高温计（7）用于探测主区内左侧溶液温度，所述第二高温计（8）用于探测主区内右侧籽晶提拉时的温度梯度；
所述控制系统分别与料泵、加热器（5）、换热器的电磁阀、提拉机构、第一高温计（7）和第二高温计（8）连接。
2.根据权利要求1所述的硅片提拉装置，其特征是，所述加热炉（1）上倾斜设置有第一激光发射装置和第二激光发射装置，所述加热炉（1）上设置有用于接收两束激光的CCD图像传感器（9），所述第一激光发射装置的激光照射主区内溶液部分反射至CCD图像传感器（9），所述第二激光发射装置的激光照射主区内结晶部分反射至CCD图像传感器（9）。
3.根据权利要求1所述的硅片提拉装置，其特征是，所述的加热器（5）为石墨蛇形加热器（5），所述石墨蛇形加热器（5）设置在钳锅（2）顶部并覆盖隔热屏进行保温。
4.根据权利要求1所述的硅片提拉装置，其特征是，所述的换热器为液态金属换热器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621461826.9U CN206359661U (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 硅片提拉装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621461826.9U CN206359661U (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 硅片提拉装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206359661U true CN206359661U (zh) | 2017-07-28 |
Family
ID=59377020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201621461826.9U Expired - Fee Related CN206359661U (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 硅片提拉装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206359661U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106676630A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-17 | 常州大学 | 硅片提拉装置及其控制方法 |
-
2016
- 2016-12-29 CN CN201621461826.9U patent/CN206359661U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106676630A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-17 | 常州大学 | 硅片提拉装置及其控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101148777B (zh) | 直拉法生长掺镓硅单晶的方法和装置 | |
| US4659421A (en) | System for growth of single crystal materials with extreme uniformity in their structural and electrical properties | |
| US6241818B1 (en) | Method and system of controlling taper growth in a semiconductor crystal growth process | |
| CN105603520B (zh) | 一种高速单晶生长装置及方法 | |
| CN101168848A (zh) | 一种直拉硅单晶炉的熔硅液面位置的控制方法 | |
| CN107541776A (zh) | 一种大尺寸氧化镓单晶的生长设备及方法 | |
| CN103635613A (zh) | 通过仅掺杂初始装料而生长均匀掺杂硅锭 | |
| CN110195256A (zh) | 单晶硅多次加料连续生长的装置和工艺 | |
| CN106676630A (zh) | 硅片提拉装置及其控制方法 | |
| CN104846437B (zh) | 电阻率分布均匀的掺镓晶体硅及其制备方法 | |
| CN202989351U (zh) | 基于多加热器的铸锭炉热场结构 | |
| WO2021129546A1 (zh) | 用于半导体单晶生长中的温度控制的系统和方法 | |
| CN102260900A (zh) | 提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置及其处理工艺 | |
| CN109280978A (zh) | 一种低位错锑化铟<111>方向单晶的制备方法 | |
| CN110359095A (zh) | 一种砷化镓单晶生长装置及生长方法 | |
| CN104862775A (zh) | 一种蓝宝石晶体半球罩的生长装置及其生长方法 | |
| CN102776556B (zh) | 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片 | |
| CN206359661U (zh) | 硅片提拉装置 | |
| CN115216831A (zh) | 一种可控温度梯度的晶体生长装置及方法 | |
| TW202016365A (zh) | 一種單晶矽晶棒的長晶方法(一) | |
| CN110205672A (zh) | 一种类单晶硅晶体生长方法和热场结构 | |
| CN207567377U (zh) | 单晶硅上料装置 | |
| CN213652724U (zh) | 连续拉晶单晶炉的热场结构 | |
| CN104313681A (zh) | 一种用于多元化合物晶体生长的设备及其应用 | |
| CN109097828A (zh) | 单晶硅片的制备系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ding Jianning Inventor after: Xu Jiawei Inventor after: Yuan Ningyi Inventor after: Zhang Xinwei Inventor before: Ding Jianning Inventor before: Xu Jiawei Inventor before: Yuan Ningyi Inventor before: Zhang Xinwei |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170728 Termination date: 20191229 |