一种提高单晶硅棒利用率的加工方法.pdf

本发明公开了一种提高单晶硅棒利用率的加工方法；包括如下的步骤：首先、切取单晶硅棒中多余的单晶；其次、将切取的单晶通过加工后形成合格的圆形晶锭或者合格的方形晶锭。

权利要求书
1.  一种提高单晶硅棒利用率的加工方法；其特征是：包括如下的步骤：
首先、切取单晶硅棒中多余的单晶；
其次、将切取的单晶通过加工后形成合格的圆形晶锭或者合格的方形晶锭。

2.  根据权利要求1所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法，其特征是：通过掏棒机进行圆形晶锭的加工。

3.  根据权利要求2所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法，其特征是：所述圆形晶锭的加工步骤如下：
首先、将所切取的单晶固定在掏棒机上，使单晶垂直于固定台；
其次、设定所要掏取的晶棒直径，选取对应尺寸的钻头，使钻头轴心与单晶轴心保持一致，并进行钻取；
最后、将钻取的晶棒在滚磨机床上进行滚圆加工，形成合格的圆形晶锭。

4.  根据权利要求3所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法，其特征是：所述钻取步骤中，钻取方向与单晶轴保持平行，根据不同晶棒尺寸设定钻取速率。

5.  根据权利要求1所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法，其特征是：通过开方机进行方形晶锭的加工。

6.  根据权利要求5所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法，其特征是：所述方形晶锭的加工步骤如下：
首先、将所切取的单晶固定在开方机上，使单晶垂直于固定台；
其次、设定所要开方的晶锭尺寸以及方边晶向，将固定单晶进行对称开方；
最后、再将开方后的晶锭进行磨削加工，最终形成合格的方形晶锭。

7.  根据权利要求6所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法，其特征是：所述开方步骤中所切取的单晶切割对称中心与单晶轴心保持一致，切割方向与单晶轴保持平行。

8.  根据权利要求4或7所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法，其特征是：所述多余的单晶为单晶硅棒的锥形尾部单晶、直径不足或电阻率脱档部分的单晶；
该锥形尾部单晶、直径不足或电阻率脱档部分的单晶通过切割机切取，切面垂直于单晶晶向轴。

9.  根据权利要求8所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法，其特征是：所述的单晶硅棒直径为3英寸～12英寸，晶锭的直径为2英寸～8英寸。

10.  根据权利要求9所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法，其特征是：钻头钻取速 率为1mm/min～7.5mm/min。

说明书一种提高单晶硅棒利用率的加工方法
技术领域
本发明属于单晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种提高单晶硅棒利用率的加工方法。
背景技术
单晶硅作为一种半导体材料，主要用于光伏和半导体领域。目前应用于单晶硅实际生产的技术有两种：直拉法和区熔法。两种方法的单晶硅制造过程中，硅晶体都是在生长室内生长，生长室内有加热和保温装置，生长室内以惰性气体氩气作为保护气体，两种方法都包含了缩颈、放肩、等径和收尾过程。
在半导体单晶硅生产中常加入一定量的掺杂剂以满足对其电性能的要求，常见的掺杂剂有：硼、磷、砷和锑。由于晶体凝固过程中存在杂质分凝现象，晶棒越靠后，其掺杂剂浓度越高，电阻率就越低，造成单晶轴向电阻率的不均匀性，尤其是分凝系数小的掺杂剂(如磷、砷)，其单晶轴向电阻率均匀性要更差。如果客户对于电阻率要求范围较窄，一炉单晶拉到最后就会有部分电阻率脱档而不能够满足客户要求。
一根单晶硅棒由放肩部分、等径部分和收尾部分组成，肩部和尾部在切割机上切除作废料处理，等径部分在滚磨机床上进行滚圆加工成目标直径的晶锭。由于单晶生长的异常，偶尔会出现等径部分单晶段直径偏小，滚圆加工无法达到目标直径，如加工成更小尺寸的晶锭既需要很大的加工量又浪费原料，所以一般以废单晶入库作其他用途。
这样一来，一根单晶硅棒会存在肩部、尾部和不合格部分(包括电阻率脱档和直径不足)这三种材料浪费，其中肩部和尾部是每根单晶硅棒都有的。如今市场竞争日益激烈，对生产成本的控制尤为关键，而且多晶原料又比较昂贵，因此，如何将这些废单晶重新有效地利用起来以提高多晶原料的利用率是各单晶厂家非常注重的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种将硅棒尾部、直径不足和电阻率脱档部分单晶加工成能够满足客户要求的其他规格晶锭的加工方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高单晶硅棒利用率的加工方法；包括如下的步骤：首先、切取单晶硅棒中多余的单晶；其次、将切取的单晶通过加工后形成合格的圆形晶锭或者合格的方形晶锭。
作为对本发明所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法的改进：通过掏棒机进行圆形晶锭的加工。
作为对本发明所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法的进一步改进：所述圆形晶锭的加工步骤如下：首先、将所切取的单晶固定在掏棒机上，使单晶垂直于固定台；其次、设定所要掏取的晶棒直径，选取对应尺寸的钻头，使钻头轴心与单晶轴心保持一致，并进行钻取；最后、将钻取的晶棒在滚磨机床上进行滚圆加工，形成合格的圆形晶锭。
作为对本发明所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法的进一步改进：所述钻取步骤中，钻取方向与单晶轴保持平行，根据不同晶棒尺寸设定钻取速率。
作为对本发明所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法的进一步改进：通过开方机进行方形晶锭的加工。
作为对本发明所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法的进一步改进：所述方形晶锭的加工步骤如下：首先、将所切取的单晶固定在开方机上，使单晶垂直于固定台；其次、设定所要开方的晶锭尺寸以及方边晶向，将固定单晶进行对称开方；最后、再将开方后的晶锭进行磨削加工，最终形成合格的方形晶锭。
作为对本发明所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法的进一步改进：所述开方步骤中所切取的单晶切割对称中心与单晶轴心保持一致，切割方向与单晶轴保持平行。
作为对本发明所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法的进一步改进：所述多余的单晶为单晶硅棒的锥形尾部单晶、直径不足或电阻率脱档部分的单晶；该锥形尾部单晶、直径不足或电阻率脱档部分的单晶通过切割机切取，切面垂直于单晶晶向轴。
作为对本发明所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法的进一步改进：所述的单晶硅棒直径为3英寸～12英寸，晶锭的直径为2英寸～8英寸。
作为对本发明所述的提高单晶硅棒利用率的加工方法的进一步改进：钻头钻取速率为1mm/min～7.5mm/min。
本发明设计的方法，能够将一根单晶硅棒的不合格单晶重新有效地利用起来，只要控制好掏棒过程，最终形成的圆形硅片可作为合格产品用于半导体领域，同样控制好开方过程，最终形成的方形硅片可作为合格产品用于光伏领域。此方法不仅能够提高多晶原料的利用率，降低生产成本，而且步骤简单，加工难度低，浪费小，易于控制。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明的实施例1中的单晶硅棒尾部掏棒流程简图(图中标注包括尾部第一部 分Ⅰ1，尾部第二部分Ⅰ2和掏取的晶棒Ⅰ3)；
图2为本发明的实施例2中的单晶硅棒不合格部分掏棒流程简图(图中标注包括单晶硅棒不合格部分Ⅱ4和掏取的晶棒Ⅱ5)；
图3为本发明的实施例3中的单晶硅棒尾部开方流程简图(图中标注包括尾部第一部分Ⅲ6，尾部第二部分Ⅲ7，未滚圆的方形晶锭Ⅲ8和滚圆后的方形晶锭Ⅲ9)。
具体实施方式
一种提高单晶硅棒利用率的加工方法，包括切断、掏棒或开方、滚圆等步骤。掏棒时，要使钻头轴心与单晶轴心保持一致，钻取方向与单晶轴保持平行，开方时，要使切割对称中心与单晶轴心保持一致，切割方向与单晶轴保持平行，保证所加工的晶棒的中心点和晶向不会发生较大偏离，影响硅片的电阻率和晶向偏离等参数。掏棒钻头直径要求略微大于所掏晶棒要求直径，保证加工晶锭直径满足的同时还要尽量减少磨削量。钻取速度要保持在适宜的范围内，避免产生加工缺陷。
在实际运用中，具体的实施步骤如下：
实施例1、如图1所示的单晶硅棒尾部掏棒流程简图：
1、在切割机上切取8英寸单晶硅棒的锥形尾部，使切面垂直于单晶晶向轴。根据客户需求的硅片规格要求以及单晶利用最大化原则，设定所要掏取的晶棒直径为5英寸。切除直径不足5英寸的多余尾巴Ⅰ1，使切面垂直于单晶晶向轴。
3、将尾部余下部分Ⅰ2粘结固定在掏棒机上，使其垂直于固定台，面积小的一端向上。选取掏5英寸晶棒所对应的钻头，钻头轴心与单晶轴心保持一致，钻取方向与单晶轴保持平行，设定钻取速度为4mm/min，钻取晶棒Ⅰ3。
5、将晶棒Ⅰ3在滚磨机床上进行滚圆加工，最终形成合格的5英寸晶锭。
实施例2、如图2所示的单晶硅棒不合格部分掏棒流程简图：
1、在切割机上切取5英寸单晶硅棒的一段不合格单晶Ⅱ4，使切面垂直于单晶晶向轴。取前后样片，测其电阻率分别为44Ω·cm和36Ω·cm，根据客户对硅片电阻率的要求以及单晶利用最大化原则，设定所要掏取的晶棒直径为4英寸。
2、将此段单晶Ⅱ4粘结固定在掏棒机上，使其垂直于固定台。选取掏4英寸晶棒所对应的钻头，使钻头垂直于单晶切面，钻头轴心与单晶轴心保持一致，设定钻取速度为5mm/min，钻取晶棒Ⅱ5。
3、将晶棒Ⅱ5在滚磨机床上进行滚圆加工，最终形成合格的4英寸晶锭。
试验例1
以实施例2的方法加工得到一段4英寸N型<111>高阻硅单晶锭，再对该段晶锭进行切片、研磨以及抛光加工，对各抛光片进行质量检测，一些质量参数如下表所示：

由上表可以看出，通过控制好掏棒位置和方向，使硅片的中心偏移和晶向偏离都较小，满足单晶硅片的规格要求。硅单晶的径向电阻率均匀性(简称RRV)是在晶体生长过程中即已定性的，经过掏棒等一系列加工后的单晶边缘，已不是原单晶的边缘，而是更靠近中心的位置，因此根据电阻率的径向梯度分布可知，硅片的RRV相应都变小，一般都符合规格要求。漩涡缺陷是自间隙原子凝聚而成的一种原生微缺陷，COPs是空位凝聚而成的一种空洞型原生微缺陷，这两种重要的缺陷都是在晶体生长过程中产生的，与掏棒加工无关，只需控制好晶体生长工艺即可。
实施例3、如图3所示的单晶硅棒尾部开方流程简图：
1、在切割机上切取12英寸单晶硅棒的锥形尾部，使切面垂直于单晶硅棒。根据客户需求的硅片规格要求以及单晶利用最大化原则，设定所要开方的晶锭边长为156mm，直径为8英寸。切除直径不足8英寸的多余尾巴Ⅲ6，使切面垂直于单晶晶向轴。
2、将尾部余下部分Ⅲ7两端夹紧固定在开方机上，并使切割对称中心与单晶轴心保持一致，切割方向与单晶轴保持平行。设定开方边长(即切割间距)156mm以及方边晶向，将尾部余下部分Ⅲ7进行对称开方，得到方形晶锭Ⅲ8。
3、将方形晶锭Ⅲ8进行磨削加工，圆角直径为200mm，最终形成合格的156×156方形晶锭Ⅲ9。
本发明设计出了一种提高单晶硅棒利用率的加工方法，是一种针对单晶硅棒的不合格单晶进行圆形晶锭或者合格的方形晶锭的方法，本发明使得一根单晶硅棒的不合格单晶部分能够得到有效利用，最终形成合格产品，实现经济效益。
根据生产中获取的数据表明，尾部重量占总生产单晶重量的5％左右。电阻率脱档单晶重量占总生产单晶重量的1％左右，这部分单晶约0.5％会入库待销，另0.5％会作为废单晶进行掏棒加工，而直径小单晶所占的比例相对较小，有时甚至几个月都不会产生，故不列入统计。按月产能10吨计算，每个月将产生0.5吨左右的尾部废单晶和0.05吨左右的电阻率脱档废单晶。
使用本发明设计的方法后，从尾部中掏出的合格晶锭占尾部重量的45％左右，从电阻 率脱档单晶中掏出的合格晶锭占电阻率脱档单晶重量的80％左右，按月产能10吨计算，每个月将有约0.25吨的尾部废单晶和约0.04吨的电阻率脱档废单晶能得到有效利用，原料浪费减少48％以上，生产成本得到下降，库存压力也有所缓解。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的几个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。