单晶拉制过程中的异常情况及其处理

在说异常的时候，一定会说道一些专业术语，我单独挑出来，技术话先说。

“挂边”是指在熔化多晶硅的过程中，当绝大部分的多晶硅熔完了，但有少量硅块粘在坩埚边上。

“搭桥”是指在熔化多晶硅的过程中，当多晶硅将熔化完时，部分硅块在熔体上面形成一座“桥”。

“硅跳”是指在熔化多晶硅的过程中，熔硅在坩埚中沸腾并且飞溅出来的现象。

“温度振荡”多晶硅熔化后，无任何机械振动的干扰，熔硅表面却出现波动的现象。

产生挂边和搭桥，一是由于坩埚内装料装的不合要求，为什么呢？因为我们在单晶拉制中，考虑成本等因素，使用的硅料并不是单纯的一种料，其中有碎硅片、晶圆、原生多晶硅、还有硅粉等，并且大小、形状都不同，装料的时候一定要搭配装，避免出现较大空隙，在热熔的时候出现熔化不均,一般都是从下到上，从四周到中心的过程；

二是由于熔硅时坩埚位置太高或过早地提高了坩埚位置，因为加热器是整体包住坩埚的，加热器并不是温度一体的，底部温度高，产生纵向温度梯度，同时氩气的气流方向也是从上到下的流动，所以温度区间差距还是很大的，容易在坩埚边挂边；

三.是由于过早地降低了熔硅温度。其中是温控是人工干预拉晶，判定拉晶过程进入降温过程，迅速降温，但是此过程并未完成，也会产生此问题。

下面说出现问题如何处理，生产出现问题不可怕，可怕的是不可控，出现问题如何处理呢？我一个一个来说，大家不要烦。

熔硅时出现挂边和搭桥处理方式：出现以后都是要求操作工马上进行人工干预拉晶过程，首先降低坩埚位置，快速升高熔硅温度，一旦挂边和搭桥消失，快速降温并快速升高坩埚，避免产生硅跳。

硅跳严重时，熔硅跳出坩埚外，飞溅在加热器、保护罩、石墨托碗和单晶炉壁上，使石墨器件损坏，就算不损坏，停炉后，人工需要用角磨机打磨污染点，就够你忙活的，都知道硅硬度还是可以的。严重的硅跳会烧坏单晶炉底，一般在炉底都有碳毡，做保护，但是很多漏硅是顺着坩埚支撑托碗流下的，先开始会在底部看见金属波纹管，出现星点的烧损，就是硅料已经碰到金属波纹管，这时是.危险的，只能降温停炉，待维修，一锅料基本上是废了，其中机械传输还有石墨件，甚至底部磁流体都会损坏。重点强调一下，千万千万不要让泄露的硅液碰到水管，不然延伸的安全事故会不可估量的。

产生硅跳的原因就简单说说：

1、多晶硅中氧化夹层或封闭气泡；2二石英坩埚内壁有气泡；3熔化多晶硅时温度过高。多晶硅在高温熔化时，坩埚上气泡破裂或多晶硅中的气泡气体溢出，气体体积激烈膨胀，尤其在真空下，气体体积增加更大。如果熔硅时温度过高，熔硅和石英坩埚反应加快，产生大量一氧化硅气泡产生硅跳。Si+SiO2=2SiO

坩埚检查

为了避熔硅时式产生硅跳，应仔细挑选多晶硅和石英坩埚，熔硅时不要温度过高，一般在1500℃到1600℃。.好在流动气氛下熔硅，处理挂边和搭桥时应注意及时降温，防止产生硅跳。

放肩时可能坩埚边产生结晶，若不及时处理，结晶会逐渐长大，严重影响单晶的生长。产生这种情况的主要原因是熔硅表面过冷度太大。从工艺上看是热场纵向梯度偏小或放肩时温度降低太多而造成的。增大热场中纵向温度梯度，降低放肩时的拉晶速度，放肩时的降温幅度要小，这样可以避免放肩时坩埚边结晶。一旦坩埚边出现结晶，要适当升高温度，降低拉晶速度，使结晶缓慢熔化。在结晶熔化后可继续进行正常放肩拉晶。

温度振荡：一种是在多晶硅熔完后，骤然升起坩埚，坩埚内熔硅温度会迅速发生巨大变化，形成很大的温度梯度，靠近坩埚边的熔硅向坩埚中心流动，产生环状波纹，波纹的高低与波动周期、熔硅温度梯度大小、坩埚内熔硅多少有关。适当调整热场，改变坩埚位置，熔硅时缓慢升高坩埚等措施可以避免产生温度振荡。

另外一种是除了受加热温度和散热条件等因素影响外，熔硅中的不稳定对流也会引起温度变化。充分的对流往往表现在湍流形式，从而造成熔硅表面无规则的起伏，产生周期性的温度振荡。

无论生产什么安全..，就是干什么活，活着.重要，所以安全在单晶生产中是重点，因为单晶生产细节较多，设备复杂，高温时间较长，如果没有安全意识，及安全措施，那不敢想象，单晶安全中.危险的有两个，..个是突然停电；第二是冷却水故障(包括整体还有部分管路)。

在单晶生产前期规划时，就要考虑电力供给采用双电源供给，特别是冷却水泵供电系统，如果没有。那么就采用大家都使用的发动机做为备用电源的方案（也是普遍使用的）。在熔硅时或拉晶过程中，遇到突然停电，常规操作是什么呢，我先说说机械操作流程：关闭真空阀门，手动操作提起单晶，把所有开关、旋钮旋回到零位。但是如果停电时间短，坩埚中的液态硅还未全部凝固成固态，来电后立即送电，一次加热至高温，把固态硅熔化掉。如果已经拉出一段单晶，则应该把单晶熔化掉，重新引晶。如果停电时间较长已无挽救的希望，还要手动操作缓慢升高坩埚，防止熔硅全部凝固时涨坏托碗和加热器。

在通电加热前，必须先打开单晶炉的冷却水阀门正常开启，并进水压力正常，一般单晶炉有装有水压继电器，单晶炉不通水或者水压过低，加热电源都送不上，.老的有些单机炉无此装置，对此，要切记先通水，后加热。在熔硅时或拉晶过程中，一般不会突然停水。万一遇到突然停水，为了保持单晶炉不会烧坏，必须关闭加热电源、停炉。

单晶炉上面的水管（黑色的）

如果单晶炉的某个部位（炉膛、上轴、下轴、电机等）因为冷却水管堵塞或脱落，造成该部分无法正常冷却时，此处温度会迅速提高，一般在主要冷却水管上都有温度传感器，平时要注意温度传感器温度测试正常，过高温度都会立刻报警，维修人员进行检修，如果短期无法维修并温度升高严重，则只有停炉，千万不能突然通水，否则水遇高温后立即气化，体积突然膨胀可能出现爆炸事故，如果温度升高不严重，可以加速大量通水，待温度正常后再调整水压。在熔化硅和单晶拉制的整个过程中，操作人员要经常检查各个冷却水管是否通畅，发现异常要及时处理，防止造成重大安全事故。