一種用于提拉法晶體生長的下晶方法和自動下晶設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及提拉法晶體生長領(lǐng)域，尤其涉及一種用于提拉法晶體生長的下晶方法和自動下晶設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]下晶操作是晶體生長過程中決定品質(zhì)的關(guān)鍵步驟?，F(xiàn)有技術(shù)中，用于提拉法生長晶體的設(shè)備主要為人工手搖下晶方式和自動下晶功能設(shè)備。手動下晶的主要缺陷是，容易造成籽晶尖端位錯積累，甚至籽晶開裂。而自動下晶設(shè)備，利用電機均勻緩慢下移籽晶完成下晶操作。但是，雖然解決了運行過程中籽晶溫度變化過快的問題，但仍無法判斷下晶是否成功。下晶是否成功，以及籽晶在熔體中微弱的變化情況的判斷，在行業(yè)內(nèi)全部采用觀察“籽晶光圈”的方法。這一方法的主要缺點就是，高度依靠人工經(jīng)驗，不同下晶工程師的觀察可能得到完全不同的判斷結(jié)果。而且，在熔點較低的晶體中，光圈不明顯甚至難以發(fā)現(xiàn)，這就完全失去了判斷籽晶變化的依據(jù)。
[0003]并且，當判定下晶成功后，就開始進入“縮頸階段”，這一階段的持續(xù)時間較短(0.5-2小時)也常被定義為下晶過程的一部分。而現(xiàn)有的操作，依據(jù)人眼所觀察到的籽晶“光圈”變化情況提拉籽晶，或者采用固定的縮頸方法，忽略籽晶變化情況，規(guī)定一套不變的縮頸流程。這就完全失去了縮頸操作的意義，往往導致“放肩”時間過長，或者完全沒有達到消除生長界面位錯目的。
[0004]因而，現(xiàn)有技術(shù)中的下晶操作，完全依靠人工經(jīng)驗，采用觀察“籽晶光圈”的方法，無法從根本上解決如何判斷下晶成功或失敗問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點和不足，提供一種用于提拉法晶體生長的下晶方法。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種用于提拉法晶體生長的下晶方法，包括以下步驟:
[0007](I)對坩禍加熱，使位于坩禍內(nèi)的晶體材料熔化；
[0008](2)緩慢下移籽晶；
[0009](3)當籽晶質(zhì)量發(fā)生變化時，繼續(xù)緩慢下移達到下晶深度；
[0010](4)監(jiān)測籽晶質(zhì)量增減速度，當籽晶質(zhì)量增減速度范圍處于閾值V內(nèi)，對坩禍保持原有加熱狀態(tài)；當籽晶質(zhì)量增加或減小速度范圍超過閾值V，升高或降低坩禍的溫度，然后上移籽晶，執(zhí)行步驟(2)，重新下晶。
[0011]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的下晶方法，避免在下晶過程中由保溫系統(tǒng)的溫度梯度對籽晶造成熱沖擊，當發(fā)生籽晶生長過速和籽晶熔化現(xiàn)象時可通過調(diào)整下晶溫度，重新下晶操作;可根據(jù)籽晶質(zhì)量增加或減小的速度判定下晶成功或失敗。
[0012]進一步，所述下晶方法還包括步驟(5)，根據(jù)籽晶質(zhì)量變化的速率，選擇升溫縮頸或恒溫縮頸。
[0013]進一步，當籽晶質(zhì)量增加速率為0.5?_2g/h，選擇恒溫縮頸；當籽晶質(zhì)量增加速率超過0.5g/h，選擇升溫縮頸。
[0014]進一步，下移籽晶的速度為100?150mm/h。
[0015]進一步，所述下晶深度為0.5?1mm。
[0016]本發(fā)明還提供了一種用于提拉法晶體生長的自動下晶設(shè)備，包括爐體、坩禍、籽晶桿、加熱裝置、上重量傳感器和/或下重量傳感器、控制裝置;所述坩禍設(shè)置于爐體的爐腔內(nèi)；所述加熱裝置設(shè)置于所述爐腔內(nèi)并對所述坩禍加熱;所述上重量傳感器設(shè)置于籽晶桿上和/或所述下重量傳感器設(shè)置于坩禍底部;所述控制裝置分別與所述籽晶桿、加熱裝置、上重量傳感器和/或下重量傳感器電連接;所述控制裝置監(jiān)測籽晶質(zhì)量增減速度，并根據(jù)籽晶的增減速度控制加熱裝置對坩禍的加熱以及籽晶桿的上移、下移或旋轉(zhuǎn)。
[0017]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的用于提拉法晶體生長的自動下晶的設(shè)備，通過控制裝置控制晶體生長過程的自動進行，并能夠根據(jù)實際下晶過程判斷調(diào)整下晶溫度，實現(xiàn)全自動化下晶過程，使下晶操作脫離人工，避免人工的干擾。
[0018]進一步，所述控制裝置包括溫控模塊、監(jiān)控模塊和提拉旋轉(zhuǎn)控制模塊;所述提拉旋轉(zhuǎn)控制模塊分別與溫控模塊和監(jiān)控模塊電連接;所述溫控模塊與加熱裝置電連接，所述監(jiān)控模塊分別與上重量傳感器和/或下重量傳感器電連接，所述提拉旋轉(zhuǎn)控制模塊與籽晶桿電連接;所述溫控模塊實時測量坩禍溫度并根據(jù)坩禍測量的溫度控制加熱裝置;所述監(jiān)控模塊監(jiān)控籽晶桿上籽晶重量和/或坩禍內(nèi)晶體重量;所述提拉旋轉(zhuǎn)控制模塊根據(jù)溫控模塊獲得的坩禍溫度、以及監(jiān)控模塊獲得的籽晶桿上籽晶重量和/或坩禍內(nèi)晶體重量，調(diào)節(jié)籽晶桿提拉或旋轉(zhuǎn)的速度。
[0019]進一步，還包括一與籽晶桿聯(lián)動設(shè)置的光柵尺。
[0020]進一步，所述控制裝置監(jiān)測籽晶質(zhì)量增減速度，當籽晶質(zhì)量增減速度范圍處于閾值V內(nèi)，對坩禍保持原有加熱狀態(tài)；當籽晶質(zhì)量增加或減小速度范圍超過閾值V，升高或降低坩禍的溫度，然后上移籽晶，重新下晶。
[0021]進一步，所述籽晶桿帶動籽晶的下移速度為100?150mm/h。
[0022]為了更好地理解和實施，下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明用于提拉法晶體生長的下晶方法的步驟圖。
[0024]圖2是本發(fā)明下晶過程中下籽晶的質(zhì)量變化隨時間變化的曲線。
[0025]圖3是本發(fā)明自動下晶設(shè)備的控制裝置各模塊的連接示意圖。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明的用于提拉法晶體生長的下晶方法，通過監(jiān)測盛裝晶體材料的坩禍的溫度以及籽晶質(zhì)量變化的狀態(tài)來選擇適當?shù)南戮r機，請參閱圖1，具體包括以下步驟:
[0027](I)對坩禍加熱，使位于坩禍內(nèi)的晶體材料熔化；
[0028](2)緩慢下移籽晶；
[0029]具體的，下移籽晶的速度根據(jù)需要選擇。當下移籽晶過慢時會影響工作效率;而當下移籽晶過快則會對籽晶產(chǎn)生熱沖擊，對籽晶造成損傷。在本實施例中，所述下移籽晶的速度為100?150mm/h。但籽晶的下移速度不局限于此。
[0030](3)當籽晶質(zhì)量發(fā)生變化時，繼續(xù)緩慢下移達到下晶深度;具體的，當籽晶接觸熔化的晶體材料時，籽晶吸附熔化的晶體材料，籽晶質(zhì)量增加。在本實施例中，所述下晶深度為0.5?1_。但下晶深度不局限于此。
[0031](4)監(jiān)測籽晶質(zhì)量增減速度，當籽晶質(zhì)量增減速度范圍處于閾值V內(nèi)，對坩禍保持原有加熱狀態(tài)；當籽晶質(zhì)量增加或減小速度范圍超過閾值V，升高或降低坩禍的溫度，然后上移籽晶，執(zhí)行步驟(2)，重新下晶。請參閱圖2，其是本發(fā)明下晶過程中下籽晶的質(zhì)量變化隨時間變化的曲線。當籽晶質(zhì)量減小量或增加量小于步驟(3)中的質(zhì)量變化時，說明下晶成功。當籽晶質(zhì)量快速增加或減小量大于步驟(3)中的質(zhì)量變化，說明下晶失敗，重新下晶。
[0032]具體的，步驟(4)中，當籽晶質(zhì)量增加速率范圍超過閾值V，說明下晶溫度偏低，熔化的晶體材料快速在籽晶周圍結(jié)晶。此時升高坩禍的溫度，熔化籽晶周圍的結(jié)晶，然后重新進行下晶操作。當籽晶質(zhì)量減小速率范圍超過閾值V，說明下晶溫度偏高，籽晶快速熔化。此時降低坩禍的溫度，然后重新進行下晶操作。
[0033](5)根據(jù)籽晶質(zhì)量變化的速率，選擇升溫縮頸或恒溫縮頸。具體的，當籽晶質(zhì)量增減速度范圍處于閾值V內(nèi)時，說明下晶成功，此時根據(jù)籽晶質(zhì)量變化的速率，選擇升溫縮頸或恒溫縮頸，即加快上移籽晶的速率，并同時旋轉(zhuǎn)籽晶，從而盡量消除籽晶內(nèi)原有位錯的延伸。當籽晶重量穩(wěn)定后，籽晶的質(zhì)量變化有三種:平緩、緩慢減小或緩慢增加?？s頸操作可以減少下晶過程中在籽晶表面由熱沖擊造成的位錯