實習目的：
1、掌握單晶爐的長晶原理
2、單晶爐的結構及基本操作
3、單晶爐操作流程
4、單晶爐常見異常處理方法
5、單晶檢測
實習時間：2011.7.20-2011.8.2
實習地點：江西賽維ldk矽片事業部新餘公司
實習部門：單晶部2#廠房
實習內容
1、單晶爐的長晶原理
首先，把高純度的多晶矽原料放入高純石英坩堝，通過加熱器產生的高溫將其熔化；然後，對熔化的矽液稍微做降溫，使之產生一定的過冷度，再用一根固定在籽晶軸上的矽單晶體（稱作籽晶）插入熔體表面，待籽晶與熔體熔和後，慢慢向上拉籽晶，晶體便會在籽晶下端生長；接著，在控制籽晶生長出一段長為直徑長度左右、直徑為3~5mm的細頸，用於消除高溫溶液對的強烈熱衝擊而產生的原子排列的位錯，這個過程就是引晶；隨後，放大晶體直徑到工藝要求的大小，一般為75~300mm，這個過程稱作放肩；接著，突然提高拉速進行轉肩操作，使肩部近似直角；然後，進入等徑工藝，通過控制熱場溫度和晶體提公升速度，生長出一定直徑規格大小的單晶柱體；最後，待大部分矽溶液都已經完成結晶時，再將晶體逐漸縮小而形成乙個尾形錐體，稱為收尾工藝；這樣乙個單晶拉製過程就基本完成，進行一定的保溫冷卻後就可以取出。
2、單晶爐的結構及基本操作
爐子本體包括機架、坩堝驅動裝置、主爐室、翻板閥、副爐室、籽晶提公升機構、液壓驅動裝置、真空系統、衝氬氣系統及水冷系統。機架由底座、上立柱和下立柱組成，是爐子的支撐裝置。坩堝驅動裝置安裝在底座內的平台上，主爐室（由爐底板、爐底、爐筒和爐蓋組成）安裝在底座的上平面上，上面與翻板閥密封聯結，副室放在翻板閥上，提拉頭安裝在副室上，坩堝驅動裝置與爐室通過波紋管密封聯結，液壓系統中提公升油缸安裝在下立柱上。
液壓幫浦放在主機附近的適當位置，真空系統、水冷系統固定在機架上，主爐室是爐子的心臟部位，熱場系統安裝在內。
另外還有電氣部分，控制櫃、加熱系統等。
3、單晶爐拉棒操作流程
（1）裝爐前的準備
在高純工作室內，戴上清潔處理過的薄膜手套，將清潔處理好的定量多晶矽，放入潔淨的坩堝內，還可以用四氟塑料包裹的不鏽鋼鑷子把清潔處理好的多晶夾入潔淨的坩堝內，坩堝內的多晶矽堆成饅頭形。裝料較多的單晶爐（投料量大於2公斤），一般把坩堝放入經過清潔處理的單晶爐後，再裝多晶矽。用萬分之一光學天平稱好摻雜劑，放入清潔的小塑膠袋內。
開啟爐門，取出上次拉的矽單晶，卸下籽晶夾，取出用過的石英坩堝，取出保溫罩和石墨託碗，用毛刷把上面的附著物刷乾淨。用尼龍布（也可用毛巾）沾無水乙醇擦乾淨爐壁、坩堝軸和籽晶軸。擦完後，把籽晶軸、坩堝軸公升到較高位置，最後用高壓空氣吹洗保溫罩、加熱器、石墨託碗。
值得指出的是，熱系統中如果換有新石墨器件，必須在調溫後的真空下煅燒一小時，除去石墨中的一些雜質和揮發物。
（2）裝爐
腐蝕好的籽晶裝入籽晶夾頭。籽晶夾頭有卡瓣式和捆紮式，無論採用哪種結構形式，籽晶一定要裝正、裝牢。否則，晶體生長方向會偏離要求晶向，也可能在拉晶時發生籽晶脫落事故。
將清理乾淨的石墨器件裝入單晶爐，調整石墨器件位置，使加熱器、保溫罩、石墨託碗保持同心，調節石墨託碗，使它與加熱器上緣水平，記下位置，然後把裝好的籽晶夾頭和防渣罩一起裝在籽晶軸上。將稱好的摻雜劑放入裝有多晶矽石英坩堝中（每次放法要一樣），再將石英坩堝放在石墨託碗裡。在單晶爐內裝多晶矽時，先將石英坩堝放入託碗，然後可按裝多晶步驟往石英坩堝內放多晶塊，多晶矽裝完後，用塑料布將坩堝蓋好，再把防渣罩和裝好籽晶的夾頭裝在籽晶軸上。
轉動坩堝軸，檢查坩堝是否放正，多晶矽塊放的是否牢固，一切正常後，坩堝降到熔矽位置。拉製摻雜劑是純元素銻、磷、砷易揮發金屬的單晶矽，不能將摻雜劑預先放入石英坩堝，必須放在摻雜勺內，才能保證摻雜準確。
一切工作準確無誤後，關好爐門，開動機械幫浦和低真空閥門抽真空，爐內真空達5×10-1乇時，開啟冷卻水，開啟擴散幫浦，開啟高真空閥。爐內真空公升到1×10-3乇時，即可加熱熔矽。在流動氣氛下和減壓下熔矽，單晶爐內真空達到10-1乇時關閉真空幫浦，通入高純氬氣10分鐘，或者一邊通入高純氬氣，一邊抽空10分鐘，即可加熱熔矽。
（3）化料
開啟加熱功率按鈕，使加熱功率分2-3次（大約半小時）公升到熔矽的最高溫度（約1500℃），熔矽時，特別注意真空度的高低，真空低於10-2乇時，應暫時停止加溫，待真空回公升後，再繼續緩慢加溫；多晶矽塊附在坩堝邊時應進行處理；多晶矽塊大部分熔化後，矽熔液有激烈波動時必須立刻降溫。一般說來，在流動氣氛下或在減壓下熔矽比較穩定。熔矽溫度公升到1000℃時應轉動坩堝，使坩堝各部受熱均勻。
當剝一塊直徑約φ20公釐的矽塊時，逐漸降溫，公升高坩堝，較快降到引晶功率，多晶矽會全部熔完後，將坩堝公升到引晶位置，同時關閉擴散幫浦和高真空閥門，只開機械幫浦保持低真空，轉動籽晶軸，下降籽晶至熔矽液面3-5公釐處。減壓下拉晶，關閉高真空後以一定流量通入高純氬氣，同時調整低真空閥門使爐膛保持恆定真空。流動氬氣下拉晶，矽熔化完後，同時關閉機械幫浦、擴散幫浦、高真空和低真空閥門，以一定流量通入高純氬氣，調整排氣閥門，使爐膛保持一定的正壓強，轉動籽晶軸，降下籽晶。
如果用摻雜勺摻雜，關閉真空幫浦、擴散幫浦、真空閥門後，通入爐膛高純氬氣，到達0.3-0.4pa壓強，把摻雜勺移到坩堝中心，將摻雜劑倒入坩堝，移回摻雜勺，使籽晶轉動下降。
（4）引晶
在穩定化後，將籽晶分段預熱，籽晶與熔體接觸後等待籽晶熔化並出現彎月型光圈，如果光圈變大說明液體溫度過低，如果光圈變**明溫度過高，需調整設定溫度使其光圈不變大變小比較適中，此時便可以開始引晶。
按「工藝選擇」選擇「自動引晶」操作。此時，系統系統跳轉至引晶工序介面並執行細頸生長工序。在引晶過程中，光圈過大，說明溫度較低，此時可以增大晶體拉速；如果光圈變小，說明溫度過高，此時可以適當減少晶體拉速。
（5）縮頸
引現單晶後，開始縮頸。縮頸是為了排除引出單晶中的位錯。下種時，由於籽晶和熔矽溫差大，高溫的熔矽對籽晶造成強烈的熱衝擊，籽晶頭部產生大量位錯，通過縮頸，使晶體在生長中將位錯「縮掉」，成為無位錯單晶。
縮頸方法有兩種：快縮頸和慢縮頸。慢縮頸熔體溫度較高，主要控制溫度，生長速度一般為0.
8～2公釐/分。快縮頸熔體溫度較低，主要控制生長速度，生長速度一般為2～6公釐/分。沿<111>方向生長的矽單晶，細頸的長度等於細頸直徑的4～5倍。
（6）放肩和轉肩
細頸達到規定長度後，如果晶稜不斷，立刻降溫，降拉速，使細頸逐漸長大到規定的直徑，此過程稱為放肩。放肩有慢放肩和放平肩兩種方法。慢放肩主要調整熔矽溫度，緩慢降溫，細頸逐漸長大，晶體將要長到規定直徑時開始公升溫，緩慢提高拉速，使單晶平滑緩慢達到規定直徑，進入等直徑生長。
慢放肩主要通過觀察光圈的變化確定熔矽溫度的高低。縮頸—放肩—等直徑，光圈的變化為：閉合—開口—開口增大—開口不變—開口縮小—開口閉合。
熔矽溫度低，單晶生長快，光圈開口大；熔矽溫度高，單晶生長慢，光圈開口小。
放平肩的特點主要控制單晶生長速度，熔體溫度較低（和慢放肩相比）。放肩時，拉速很慢，拉速可以是零，當單晶將要長大到規定直徑時公升溫，一旦單晶長到規定直徑，突然提高拉晶速度進行轉肩，使肩近似直角，進入等直徑生長。
（7）等徑生長和收尾
矽單晶等徑生長中，隨著單晶長度的不斷增加，單晶的散熱表面積也越大，散熱速度也越快，單晶生長表面熔矽溫度降低，單晶直徑增加。另一方面，單晶長度的不斷增加，熔矽則逐漸減少，坩堝內熔矽液面逐漸下降，熔矽液面越來越接近加熱器的高溫區，單晶生長介面的溫度越來越高，使單晶變細，要想保持單晶等直徑生長，加熱功率的增加或減少，要看這兩個過程的綜合效果。一般說來，單晶等直徑生長過程是緩慢降溫過程，在單晶等直徑生長過程中，為了減少降溫幅度或不降溫，逐步降低拉速，連續公升高坩堝，可達到目的。
坩堝公升高快慢和拉晶速度降低的多少主要影響加熱功率的變化，坩堝上公升速度快，保持單晶等直徑生長，可以少降溫，拉晶速度降低較快，可以不降溫甚至可以公升溫。單晶爐一般都有溫度和單晶等直徑控制系統。當單晶進入等直徑生長後，調整控制等直徑生長的光學系統，開啟電氣自動部分，使其單晶爐自動等徑拉晶。
當熔矽較少後，單晶開始收尾。尾部收得好壞對單晶的成品率有很大影響。特別<111>晶向生長的單晶，尾部收得好，可以大大提高單晶的成品率。
單晶拉完後，由於熱應力作用，尾部會產生大量位錯，沿著單晶向上延伸，延伸的長度約等於單晶尾部的直徑，單晶尾部直徑大，位錯向上延伸的長，單晶成品率會大大降低，因此盡量縮小單晶尾部的直徑。<100>晶向生長的單晶，尾部收得好壞，對單晶成品率影響不大，有些單晶，例如電阻率在10-3 歐姆·厘公尺重摻銻單晶，收尾好壞，對單晶成品率毫無影響。
單晶矽有兩種收尾方法：慢收尾和快收尾。
慢收尾時要慢公升溫，緩慢提高拉速或拉速不變，使單晶慢慢長細。完成收尾後，把單晶提離熔體約20公釐。快收尾主要公升溫快，拉晶速度高，單晶很快收縮變細。
完成收尾後，使單晶脫離熔體約20公釐。
（8）取棒
①開啟進氣氬氣閥門將爐內壓力回充到常壓。②按控制面板上晶公升快速上公升鍵，使晶體上公升至副室適當距離關閉隔離閥再開啟爐體，緩慢向左移動副室至90度。下降晶體至盛放晶體專用車中，確認單晶完全放入小車內後，戴上手套，左手抓緊重錘，右手用鋼絲鉗將籽晶從細徑處剪斷，然後穩定重錘，將籽晶從重錘上取下，放在指定場所，再將重錘公升至副室內適當位置。
將晶棒推置通風處冷卻。③單晶取出後，必須及時、準確的記錄爐號、晶棒編號、出爐時間並貼好標識。
（9）停爐
單晶提起後，馬上停止坩堝轉動和籽晶軸轉動，加熱功率降到零位。停掉加熱電流，關閉低真空閥門，排氣閥門和進氣閥門，停止真空幫浦運轉，關閉所有控制開關。晶體冷卻1-2小時後，拆爐取出晶體，送檢驗部門檢驗。
4單晶爐常見異常處理方法
4.1單晶爐加熱執行需要哪些執行條件？
1).水壓水流量符合要求 2）.爐體真空洩漏率符合要求。3）.加熱器與爐體之間電阻符合要求
4.2執行過程中石墨坩堝裂開會出現什麼現象？該如何處理？
石墨坩堝在使用爐次過多或使用不當的情況下會在執行過程中自身裂開，石墨坩堝裂開發現不及時會導致嚴重的漏矽事件.石墨坩堝裂開主要現象為堝轉開啟後，液面晃動異常嚴重，觀察電流有跳動現象，即可能石墨堝破裂。處理如下：
立即關閉加熱功率。
調節單晶爐控制面板使其處於手動狀態。
關閉堝轉。
快速提公升晶體或籽晶，使晶體或籽晶脫離液面150mm。
在熔體結晶15分鐘時，如有可能，快速提公升坩堝，使坩堝頂起導流筒至少100mm。
停爐，充分冷卻後拆爐。
4.3拉晶過程中晶體扭曲的原因有哪些？
晶體扭曲的根本原因只有乙個，那就是橫向溫梯不均勻,一般由以下原因引起:
1） 液面溫度偏低，拉速過快
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