单晶硅炉是半导体材料直拉法晶体专用设备,其硅单晶棒料经切割等后续工艺处理成芯片被制作为二极管.太阳能电池.集成电路等半导体材料的主要器件。近几年来由于国际能源危机及地球环境改善带来对新能源,可再生能源的巨大需求,光伏产业出现前所未有的增长,半导体硅材料的生产又进入新的发展期,因此大力加速发展可再生能源.硅光伏产业及共基础材料---高纯半导体硅(单晶.多芯片)材料已成为当务之急,而硅材料的生长离不开单晶硅炉和多晶硅炉的设备支持。 二、单晶硅炉的工艺流程简介、技术需求及方案的分析 2-1、单晶硅炉的工艺流程简介 单晶硅炉炉的组成组件可分成四部分 (1)炉体:包括石英坩埚,石墨坩埚,加热及绝热组件,炉壁 (2)晶棒及坩埚拉升旋转机构:包括籽晶夹头,吊线及拉升旋转组件 (3)气氛压力控制:包括气体流量控制,真空系统及压力控制阀 (4)控制系统:包括侦测感应器及电脑控制系统 加工工艺: 加料→熔化→缩颈生长→放肩生长→等径生长→尾部生长 (1)加料:将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内,杂质的种类依电阻的N或P型而定。杂质种类有硼,磷,锑,砷。 (2)熔化:加完多晶硅原料于石英埚内后,长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内,然后打开石墨加热器电源,加热至熔化温度(1420℃)以上,将多晶硅原料熔化。 (3)缩颈生长:当硅熔体的温度稳定之后,将籽晶慢慢浸入硅熔体中。由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力,会使籽晶产生位错,这些位错必须利用缩劲生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升,使长出的籽晶的直径缩小到一定大小(4-6mm)由于位错线与生长轴成一个交角,只要缩颈够长,位错便能长出晶体表面,产生零位错的晶体。 (4)放肩生长:长完细颈之后,须降低温度与拉速,使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。 (5)等径生长:长完细颈和肩部之后,借着拉速与温度的不断调整,可使晶棒直径维持在正负2mm之间,这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分。 (6)尾部生长:在长完等径部分之后,如果立刻将晶棒与液面分开,那么效应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生,必须将晶棒的直径慢慢缩小,直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出,即完成一次生长周期。