CZ‑80单晶炉自动收尾方法与流程

本发明涉及单晶炉提拉法生长单晶硅棒技术领域，尤其是涉及特定单晶炉的自动控制方法。

背景技术：

CZ-80晶体生长设备（单晶炉）主要用于拉制6-9寸大直径、低氧碳单晶硅棒，配有PLC自动控制系统，熔料量140KG，由河北晶龙阳光设备有限公司生产，具有优良的性能，已经得到广泛使用。

目前没有CZ-80单晶炉自动化收尾工艺，必须由人工控制单晶炉的单晶拉速和温校等相关参数进行单晶的收尾工艺操作。单晶等径生长结束开始进行收尾，此时炉内剩料较少，收尾过程中需不断升温，从而保证炉内合适温度，防止结晶收断尾。收尾段外形要求为收尾长度达到单晶的一个直径且断面不大于30mm，收尾时间尽量短、断尾率低、收尾形状美观。然而，人工收尾操作存在较多的问题：收尾温度和拉速不能及时控制，拉速需提升时不能及时有效的提升导致收尾时间长，导致收尾时间较长在3.5h以上，效率低，收尾形状不美观；人工收尾拉速和温度调整大、失误多，容易收断尾，断尾率在30%左右，合格率低、成本高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供CZ-80单晶炉自动收尾方法，能够降低单晶硅棒生长过程中的收尾时间，提高收尾效率，能够降低收尾时的断尾率，提高收尾产能，降低收尾的生产成本，并使收尾形状美观。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：CZ-80单晶炉自动收尾方法，用CZ-80单晶炉的单晶生长PLC控制系统进行收尾操作，包括：

1）单晶收尾开始时单晶拉速和温校值的设定，以及

2）单晶收尾结束前随单晶收尾长度的变化而调节单晶拉速和温校值；

所述步骤1）中，收尾开始时温校值为20，收尾开始时单晶拉速a依据单晶等径生长末尾段的平均拉速设定，若该平均拉速低于0.8mm/min，则将a设为0.6mm/min，若该平均拉速高于0.8mm/min，则将a设为0.7mm/min；

所述步骤2）中，单晶收尾长度达到20mm后，随单晶收尾长度增长逐次增大单晶拉速并同时降低温校值，直至单晶拉速为b且温校值为0，其中b=（a+0.61） mm/min；

单晶拉速的每次增加值在总体上呈递增关系，其递增量为0.01～0.05 mm/min；温校值每次降低1～3；

所述温校是CZ-80单晶炉单晶生长PLC控制系统中的功率变化参数，满足如下关系：

温校设定值为x，则每过1min，单晶炉的加热功率对应增加y，y=x×2.5（w）。

进一步地，所述步骤2）中，单晶收尾长度每增长20mm，调整一次单晶拉速和温校值。

一般的，所述单晶等径生长末尾段的平均拉速是指等径生长阶段后100mm生长时单晶拉速的平均值。

作为优选，所述步骤2）中，单晶收尾长度达到20mm时，将单晶拉速增大0.03 mm/min，同时将温校值减小2；单晶收尾长度达到40mm时，将单晶拉速增大0.03 mm/min，同时将温校值减小3；单晶收尾长度达到60mm时，将单晶拉速增大0.04mm/min，同时将温校值减小2；单晶收尾长度达到80mm时，将单晶拉速增大0.05mm/min，同时将温校值减小3；单晶收尾长度达到100mm时，将单晶拉速增大0.06mm/min，同时将温校值减小2；单晶收尾长度达到120mm时，将单晶拉速增大0.07mm/min，同时将温校值减小2；单晶收尾长度达到140mm时，将单晶拉速增大0.08mm/min，同时将温校值减小1；单晶收尾长度达到180mm时，将单晶拉速增大0.10mm/min，同时将温校值减小2；单晶收尾长度达到200mm时，将单晶拉速增大0.15mm/min，同时将温校值减小3，温校值为0。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明方法利用CZ-80单晶炉的单晶生长PLC控制系统，在收尾工艺中设定了合理的拉速和温校参数，实现了 CZ-80单晶炉收尾的自动化，使得收尾时间明显降低，达到2.5h以内，提高了单晶炉的产能，降低了单晶生长的生产成本；同时，本发明自动收尾方法显著降低了收尾的断尾率，使之由30%降低到0.5%左右，基本杜绝了因人为原因造成的断尾，单晶尾部收长更均匀，表面光滑，形状美观。

附图说明

图1是现有技术单晶硅棒人工收尾的外观示意图；

图2是本发明方法自动收尾的外观示意图。

具体实施方式

实施例1

一种利用CZ-80单晶炉生长8寸单晶硅棒的自动收尾方法，用CZ-80单晶炉的单晶生长PLC控制系统进行收尾操作，根据该单晶硅棒在等径生长阶段时后100mm生长的单晶拉速的平均值低于0.8mm/min，将单晶收尾开始时单晶拉速设为0.6mm/min，防止炉内温度高尾收断，以该单晶硅棒在等径生长结束时的额定加热功率延续作为收尾阶段加热功率初始值，将单晶收尾开始时的温校值设为20，开始收尾。

如果该单晶硅棒在等径生长阶段时后100mm生长的单晶拉速的平均值高于0.8mm/min，将单晶收尾开始时单晶拉速设为0.7mm/min，以使单晶快速收细来达到炉内温度升高的目的防止液面结晶。

收尾段的温校值和单晶拉速参数见下表。

温校值在CZ-80单晶炉的单晶生长PLC控制系统操作界面中设置，温校值每增加10，单晶炉的温控器相应值升高一个点，温控器每升高10个点加热功率对应升高0.25kw，例如，温校给定20，每5min加热功率对应升高0.25kw。

等径前20mm由于单晶直径粗，单晶生长需要热量多温校给定大温校20，确保炉内温度能使单晶拉速维持在0.6 mm/min的状况下不断收细且能够确保单晶直径收细不断尾。

收尾长度超过20mm后，单晶已逐步收细，炉内温度已逐步趋于稳定，单晶生长需要的热量减少，温校值逐次减小，拉速逐次增大。单晶拉速的每次增加值在总体上呈递增关系，其递增量为0.01～0.05 mm/min。

随着收尾长度的增加，尾部直径逐步变小，单晶生长需要的热量减少，且温度已更加稳定，温校值逐次减小到0，拉速逐次增大至1.31 mm/min，此时尾的长度已达到200mm（8.5寸），断面已不超过30mm符合收尾要求，提断停加热即可，其收尾段外形如图2所示，与图1人工收尾外形相比，外形明显更加规整美观。整个收尾时间小于2.5小时，收尾效率高，无断尾现象发生。

本发明实施例用CZ-80单晶炉的单晶生长PLC控制系统进行收尾操作，该系统主要用于CZ-80单晶炉内单晶的等径自动生长，在等径生长完，将单晶炉转换为收尾模式，通过单晶拉速与温校两者配合使单晶收尾呈逐步往里收的趋势且表面光滑美观，不会因为人为控制温校、拉速波动大导致单晶收长不均匀。本发明方法经生产检验，断尾率在0.5%左右，单晶炉产能得到有效提升，单晶硅棒的生产成本降低。

以上对本发明进行了详细介绍，本发明中应用具体个例对本发明的实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。