本發(fā)明涉及單晶硅制造技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種單晶棒引晶和放肩裝置、單晶爐及其工藝方法。

背景技術(shù)：

在單晶棒拉制過程中，引晶和放肩是單晶生長好壞的關(guān)鍵因素，如果在引晶階段不能完全排除位錯，放肩或者等徑初期單晶就會斷棱，如何能快速高效的引晶和放肩成為各個單晶廠家研究的主要問題，尤其對于大尺寸單晶棒的引晶、放肩顯得更加困難，因此合適的引晶、放肩工藝方法顯得尤為重要。

目前的引晶和放肩裝置僅僅通過加熱器的溫度控制液面溫度，必然會有溫度的延遲和震蕩，這就不能保證溫度平穩(wěn)變化，使引晶和放肩的成功率不能得到有效的保證；由于細(xì)徑直徑較小，對于拉制大尺寸晶棒（12英寸以上）籽晶的散射遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足，需要二次放肩才能完成，大大增加引晶和放肩的時間；目前的引晶、放肩工藝大多用設(shè)定工藝參數(shù)，控制溫度補(bǔ)償值來調(diào)整硅液表面的溫度，控制細(xì)徑的直徑，以及放肩速度的快慢；大尺寸單晶棒還有采用二次放肩的方法，均會大大增加引晶和放肩的時間。

因此，如何提供一種提高引晶和放肩的成功率，縮短引晶和放肩時間的單晶棒引晶和放肩裝置、單晶爐及其工藝方法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是提供一種單晶棒引晶和放肩裝置、單晶爐及其工藝方法，其更加節(jié)能，效率高，能夠大大提高引晶和放肩的成功率，縮短引晶和放肩時間。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種單晶棒引晶和放肩裝置，包括位于坩堝上方的重錘，在所述重錘的靠近籽晶連接端的側(cè)壁上固定有反射蓋，所述反射蓋呈錐面形，錐頂角度為150°至180°，錐面朝向硅液。

作為優(yōu)選，所述錐面端口外徑大小為175mm至215mm之間，且反射蓋底端距離硅液上表面的距離為100mm至300mm。

作為優(yōu)選，所述反射蓋的錐形內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理。

作為優(yōu)選，所述反射蓋的頂部設(shè)有內(nèi)徑與重錘外徑一致的筒狀翻邊，反射蓋的筒狀翻邊與重錘之間通過卡箍固定連接。

作為優(yōu)選，在卡箍與筒狀翻邊之間還設(shè)有四氟墊片。

作為優(yōu)選，所述反射蓋采用耐高溫金屬材料制備。

一種單晶爐，包括權(quán)上述任一項所述的單晶棒引晶和放肩裝置。

作為優(yōu)選，所述單晶爐還包括用于盛放硅液的坩堝、位于坩堝外部并用于對坩堝內(nèi)的硅液加熱的加熱器和位于加熱器外部的保溫桶，在坩堝的外表面上設(shè)有石墨堝，在石墨堝的底部設(shè)有用于支撐石墨堝的堝托，在重錘外部設(shè)有導(dǎo)流筒。

作為優(yōu)選，所述保溫桶包括上保溫桶和中保溫桶，所述上保溫桶的上端設(shè)有保溫蓋，所述上保溫桶和中保溫桶之間通過支撐環(huán)連接，在中保溫桶和石墨堝之間設(shè)有所述的加熱器。

一種單晶棒引晶和放肩的工藝方法，利用上述中任一項所述的單晶爐進(jìn)行，步驟包括：引晶步驟：坩堝轉(zhuǎn)速為8～12rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10～13rpm，引晶長度為120～200mm，細(xì)晶的直徑為4～8mm；放肩步驟：坩堝轉(zhuǎn)速為10～12rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10～13rpm，放肩提拉速度0.5～0.8mm/min。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明通過在重錘的靠近籽晶連接端的側(cè)壁上安裝反射蓋，反射蓋呈錐形，錐頂角度為150°至180°，籽晶接觸硅液表面，液面向上輻射的熱量遇到反射蓋，大部分會被反射回硅液表面，這就增加了硅液表面中心的溫度，減小硅溶液表面的徑向溫度梯度，使得在引晶階段增加硅液表面的溫度，在一定程度上降低加熱器的功率，降低引晶功率，隨著引晶長度的增加，反射蓋距離液面逐漸變遠(yuǎn)，反射回溶液表面的熱量也逐漸減少，液面溫度逐漸降低，引晶的速率也隨之逐漸加快；等到引晶完成放肩階段開始，反射蓋基本已經(jīng)失去作用，而此時液面的溫度則正處于比較低的階段，放肩初期能迅速完成棱線的打開，然后再配合加熱器溫度的降低，整個放肩過程在比較短的時間完成，大大縮短引晶和放肩時間；增加反射蓋后硅液液面溫度的變化并不是完全由加熱器功率控制，而是由反射熱和液面內(nèi)部的熱對流兩者決定，這就不同于以往的熱對流做主導(dǎo)，因為反射熱控制熱量反應(yīng)更為迅速而且溫度震蕩幅度很小，再配合合適的溫度補(bǔ)償值就能有效的控制引晶和放肩階段的成功率，溫度變化比較平緩，引晶和放肩的成功率大大提升。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的單晶棒引晶和放肩裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中的重錘的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4為本發(fā)明的單晶爐一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

各圖號名稱為：1—保溫蓋，2—上保溫桶，3—導(dǎo)流筒，4—支撐環(huán)，5—加熱器，6—中保溫桶，7—硅液，8—石墨堝，9—堝托，10—坩堝，11—反射蓋，12—卡箍，13—重錘，14—籽晶。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及一個實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種單晶棒引晶和放肩裝置，包括位于坩堝10上方的重錘13，在所述重錘13的靠近籽晶14連接端的側(cè)壁上固定有反射蓋11，所述反射蓋11呈錐面形，錐頂角度為150°至180°，錐面朝向硅液7。

上述裝置的有益效果在于：本發(fā)明通過在重錘13的靠近籽晶14連接端的側(cè)壁上安裝反射蓋11，反射蓋11呈錐形，錐頂角度為150°至180°，錐面下錐口朝向硅液，反射蓋11的錐形內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理，表面保持平整且光亮，籽晶14接觸硅液7表面，液面向上輻射的熱量遇到反射蓋11，大部分會被反射回硅液7上表面，這就增加了硅液7表面中心的溫度，減小硅液7表面的徑向溫度梯度，使得在引晶階段增加硅液7表面的溫度，在一定程度上降低加熱器5的功率，降低引晶功率，溶液表面溫度梯度變小、加熱器5功率降低這更有利于硅液面的溫度穩(wěn)定，減小熱量震動；待溫度合適后，籽晶14按照設(shè)定的速度上升，細(xì)徑的直徑控制在6.0mm左右，隨著細(xì)徑的增長，隨著引晶長度的增加，反射蓋11距離硅液7上表面逐漸變遠(yuǎn)，反射回溶液表面的熱量也逐漸減少，液面溫度逐漸降低，引晶的速率也隨之逐漸加快；等到引晶完成放肩階段開始，反射蓋11基本已經(jīng)失去作用，而此時液面的溫度則正處于比較低的階段，放肩初期能迅速完成棱線的打開，然后再配合加熱器5溫度的降低，整個放肩過程在比較短的時間完成，可以降低引晶和放肩時間50%以上，大大縮短引晶和放肩時間；增加反射蓋11后硅液7液面溫度的變化并不是完全由加熱器5功率控制，而是由反射熱和液面內(nèi)部的熱對流兩者決定，這就不同于以往的熱對流做主導(dǎo)，因為反射熱控制熱量反應(yīng)更為迅速而且溫度震蕩幅度很小，再配合合適的溫度補(bǔ)償值就能有效的控制引晶和放肩階段的成功率，引晶階段調(diào)整細(xì)徑直徑設(shè)定值為4mm至8mm，放肩階段溫度補(bǔ)償?shù)姆葴p少約30%，溫度變化比較平緩，引晶和放肩的成功率大大提升，更加節(jié)能，效率高。

進(jìn)一步的，所述錐面端口外徑大小為175mm至215mm之間，且反射蓋11底端距離硅液7上表面的距離為100mm至300mm。上述尺寸設(shè)計對反射蓋11的尺寸和位置進(jìn)行進(jìn)一步限定，保證其與現(xiàn)有的坩堝10的尺寸匹配，更好的保證熱量的不流失，硅液7表面中心的溫度，最終達(dá)到提高引晶和放肩的成功率，縮短引晶和放肩時間的目的。

進(jìn)一步的，所述反射蓋11的頂部設(shè)有內(nèi)徑與重錘13外徑一致的筒狀翻邊，反射蓋11的筒狀翻邊與重錘13之間通過卡箍12固定連接，在卡箍12與筒狀翻邊之間還設(shè)有四氟墊片。上述固定方式簡單、便捷，方便操作，能夠方便調(diào)整反射蓋距離硅液面的距離，且固定牢固、可靠。

進(jìn)一步的，所述反射蓋11采用耐高溫金屬材料制備，優(yōu)選采用鉬，鉬具有較高的熔點，能夠長期使用，另外，其也具有很高的反射能力，保證足夠的反射熱。

一種單晶爐，包括上述任一項所述的單晶棒引晶和放肩裝置，還包括用于盛放硅液7的坩堝10、位于坩堝10外部并用于對坩堝10內(nèi)的硅液7加熱的加熱器5和位于加熱器5外部的保溫桶，在坩堝10的外表面上設(shè)有石墨堝8，在石墨堝8的底部設(shè)有用于支撐石墨堝8的堝托9，在重錘13外部設(shè)有導(dǎo)流筒3；所述保溫桶包括上保溫桶2和中保溫桶6，所述上保溫桶2的上端設(shè)有保溫蓋1，所述上保溫桶2和中保溫桶6之間通過支撐環(huán)4連接，在中保溫桶6和石墨堝8之間設(shè)有所述的加熱器5。采用此單晶爐，利用錐形的反射蓋11，通過選擇不同的錐頂角度和錐面下錐口外徑大小，并調(diào)整反射蓋11底端距離硅液7上表面的距離來得到不同引晶和放肩時間及成功率，通過試驗擇優(yōu)選擇，能夠大大提高引晶和放肩的成功率，縮短引晶和放肩時間。

一種單晶棒引晶和放肩的工藝方法，利用上述所述的單晶爐進(jìn)行，步驟包括：引晶步驟：坩堝轉(zhuǎn)速為8～12rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10～13rpm，引晶長度為120～200mm，細(xì)晶的直徑為4～8mm；放肩步驟：坩堝轉(zhuǎn)速為10～12rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10～13rpm，放肩提拉速度0.5～0.8mm/min。該方法能夠大大提高引晶和放肩的成功率，縮短引晶和放肩時間。采用上述方法，能夠大大提高引晶和放肩的成功率，縮短引晶和放肩時間，更加節(jié)能，效率高。

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述，這些實施例不能理解為限制本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。

實施例1：拋光后的鉬片，外徑175mm，夾角180度，距離硅液表面300mm，安裝在上虞100型單晶爐重錘上；引晶坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為12rpm，引晶長度180mm；放肩坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10rpm，放肩提拉速度0.8mm/min。

實施例2：拋光后的鉬片，外徑205mm，夾角180度，距離硅液表面300mm，安裝在上虞100型單晶爐重錘上；引晶坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為12rpm，引晶長度180mm；放肩坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10rpm，放肩提拉速度0.8mm/min。

實施例3：拋光后的鉬片，外徑215mm，夾角180度，距離硅液表面300mm，安裝在上虞100型單晶爐重錘上；引晶坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為12rpm，引晶長度180mm；放肩坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10rpm，放肩提拉速度0.8mm/min。

實施例4：拋光后的鉬片，外徑215mm，夾角160度，距離硅液表面300mm，安裝在上虞100型單晶爐重錘上；引晶坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為12rpm，引晶長度180mm；放肩坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10rpm，放肩提拉速度0.8mm/min。

實施例5：拋光后的鉬片，外徑215mm，夾角160度，距離硅液表面200mm，安裝在上虞100型單晶爐重錘上；引晶坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為12rpm，引晶長度180mm；放肩坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10rpm，放肩提拉速度0.8mm/min。

實施例6：拋光后的鉬片，外徑215mm，夾角160度，距離硅液表面150mm，安裝在上虞100型單晶爐重錘上；引晶坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為12rpm，引晶長度180mm；放肩坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10rpm，放肩提拉速度0.8mm/min。

實施例7：拋光后的鉬片，外徑215mm，夾角150度，距離硅液表面150mm，安裝在上虞100型單晶爐重錘上；引晶坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為12rpm，引晶長度180mm；放肩坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10rpm，放肩提拉速度0.8mm/min。

對比例1：引晶坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為12rpm，引晶長度180mm；放肩坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10rpm，放肩提拉速度0.8mm/min。

對比例2：引晶坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為12rpm，引晶長度180mm；放肩坩堝轉(zhuǎn)速為10rpm，籽晶轉(zhuǎn)速為10rpm，放肩提拉速度0.5mm/min。

以上各實施例和對比例實際運行情況如下表：

從以上數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了以下技術(shù)效果：提高引晶放肩的成功率；大幅度縮短了引晶放肩的時間，更加節(jié)能，效率更高。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。