ICS25.180.10 K61 中华人民共和国国家标准 GB/T10067.410—2014 电热装置基本技术条件 第410部分:单晶炉 Basicspecificationsforelectroheatinstallations— Part410:Singlecrystalgrowingfurnace 2014-12-05发布 2015-04-16实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 GB/T10067《电热装置基本技术条件》现有19个部分: ———第1部分:通用部分; ———第2部分:电弧加热装置; ———第3部分:感应电热装置; ———第31部分:中频无心感应炉; ———第32部分:电压型变频多台中频无心感应炉成套装置; ———第33部分:工频无心感应熔铜炉; ———第4部分:间接电阻炉; ———第41部分:网带式电阻加热机组; ———第42部分:推送式电阻加热机组; ———第43部分:强迫对流井式电阻炉; ———第44部分:箱式电阻炉; ———第45部分:真空淬火炉; ———第46部分:罩式电阻炉; ———第47部分:真空热处理和钎焊炉; ———第48部分:台车式电阻炉; ———第49部分:自然对流井式电阻炉; ———第410部分:单晶炉; ———第411部分:电热浴炉; ———第5部分:高频介质加热设备。 根据需要还将陆续制定其他部分。 本部分为GB/T10067的第410部分,应与GB/T10067的第1部分和第4部分配合使用。 本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本部分由中国电器工业协会提出。 本部分由全国工业电热设备标准化技术委员会(SAC/TC121)归口。 本部分起草单位:西安电炉研究所有限公司、江苏华盛天龙光电设备股份有限公司、西安理工晶科 股份有限公司、中冶电炉工程技术中心、国家电炉质量监督检验中心、陕西省电炉工程技术研究中心。 本部分主要起草人:陈巨才、李留臣、袁芳兰、束天和、朱琳。 ⅠGB/T10067.410—2014 电热装置基本技术条件 第410部分:单晶炉 1 范围 GB/T10067的本部分规定了对TDR晶体炉的术语、产品分类、技术要求、试验方法、检验规则以 及标志、包装、运输和贮存。 本部分适用于直拉法拉制半导体硅、锗等单晶的单晶炉。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB150—2011 钢制压力容器 GB/T2900.23—2008 电工术语 工业电热装置 GB3095—2012 环境空气质量标准 GB8702—1998 电磁辐射防护规定 GB8978—1996 污水综合排放标准 GB/T10066.1—2004 电热设备的试验方法 第1部分:通用部分 GB/T10066.4—2004 电热设备的试验方法 第4部分:间接电阻炉 GB/T10067.1—2005 电热装置基本技术条件 第1部分:通用部分 GB/T10067.4—2005 电热装置基本技术条件 第4部分:间接电阻炉 GB12348—2008 工业企业厂界环境噪声排放标准 GB16297—1996 大气污染物综合排放标准 JB/T9691—1999 电热设备 产品型号编制方法 3 术语和定义 GB/T2900.23—2008、GB/T10066.4—2004界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 单晶炉 crystalgrowingfurnace 利用直拉法(czochralskimethod)或区熔法(floatingzone)拉制半导体单晶材料的一种工业电热 设备。 3.2 熔料量 charge 单晶炉设计时规定的每炉次一次最大的装料量,不包括拉晶过程中添加的量。 3.3 直拉法 czochralskimethod 生长单晶最常用的方法,即把高纯的多晶材料放在坩埚内并加热使之熔化,用固定在提拉轴上的籽 晶与熔融的材料相熔接,然后以一定的速度垂直向上提拉,晶体便在籽晶下端不断生长。又称引上法、 1GB/T10067.410—2014 切克劳斯基法。 3.4 籽晶轴 seedshaft 用于固定已确定晶向的籽晶夹持机构,实现晶体生长过程液面自动跟踪的运动杆件。 3.5 坩埚轴 crucibleshaft 用于支撑坩埚及坩埚中半导体材料熔液,实现晶体生长的运动杆件。 3.6 晶体直径控制 crystaldiametercontrol 采用PLD程序或类似自动控制程序对晶体生长过程中的直径尺寸进行控制的一种方式。 3.7 光环法控径 diametercontrolbylight-ringmethod 这种方法适用于材料在结晶过程中能够产生较强结晶潜热的单晶生长直径控制。在晶体生长过程 中,在固-液界面生长晶体的圆周由于产生较强潜热而生成较熔池熔液而更明亮的光环,晶体直径控制 器采集光环的光信号,经光电转换,依设定程序,达到控制温度,调整晶体生长速率,实现晶体等直径 生长。 3.8 磁场直拉系统 magneticfieldczochralskisystem;MCZ 超大规模集成电路(VLSI)半导体器件向着高密度、高集成度方向发展,晶片大直径化是必然趋势。 为了控制晶体生长过程中因生长界面上的温度波动和杂质分凝会在晶体内形成杂质浓度不均匀(条纹- striation),对直拉法晶体炉引入外加强磁场,以抑制熔体热对流、熔体温度波动等因素,从而达到晶体 内杂质含量与分布、生长条纹的控制。磁场设备依据磁场方向分为纵向磁场(VMCZ)、横向磁场(HM- CZ)、勾形磁场(CUSPMCZ)三种类型。 3.9 图像扫描直径测量系统 imagescanningdiametermeasuringsystem 利用CCD(chargecoincidencedevice)摄像器件(一种集光转换、存贮、自扫描转移、输出为一体非平 衡态功能器件)作为单晶炉晶体直径的测量器件,依计算机设定程序,实现拉晶过程晶体直径准确测量 的系统。 3.10 籽晶夹持与夹持机构(双夹持) seedgripandcrystalgripmechanism(doublegrip) 对已确定晶向的籽晶进行固定,针对投入大熔料量≥150kg拉晶时,防止因籽晶缩颈(necking)而 承受不住已拉制晶体自身重量及晶体与熔液表面黏滞力,而设计的一种晶体夹持机构。 3.11 掺杂剂装置 dopantfixture 由于半导体器件不同,半导体衬底的导电类型和电阻率也不同,在晶体生长过程中掺入极少量杂质 控制半导体电子和空穴密度来改变导电类型、调节电阻率的方法称作掺杂(doping),实现掺杂目的的装 置称为掺杂剂装置。 3.12 激光液面控制 lasermeltlevelcontrol 利用激光发射单元及光电探测器接收单元,准确寻求拉晶过程中的最佳埚位(crucibleposition),建 立合适温度梯度,实现液面温度的自动控制。 2GB/T10067.410—2014 3.13 晶体移出装置 crystalremovalhoist 一种用于熔料量≥45kg单晶炉,对生长出的单晶锭移出炉外的机械装置。 3.14 补充加料系统(颗粒加料器) batchfeedersystem(granularfeeder) 一种用于在拉晶过程中,可连续对多晶熔池补充加入多晶材料(通常为颗粒状)的机械装置,其目的 在于有效提高单晶炉的劳动生产率。 3.15 工作室尺寸 dimensionsofworkingchamber 单晶炉设计时规定并在图样上标明的晶体生长室的空间尺寸,用其内径和高度表示。 3.16 晶体的等径部分 isodiameterpartofcrystal 晶体拉制过程中,自转肩后从投入等径控制开始到等径控制结束的那一部分晶体。 3.17 工作温度 workingtemperature 单晶炉设计时规定的多晶材料熔化及单晶从熔液中生长允许使用的温度范围。 3.18 最高加热温度 maximumheatingtemperature 单晶炉设计时规定的能够满足对加热系统(石墨加热器、石墨埚杆、石墨埚托、石墨坩埚及其屏蔽保 温系统)进行预先煅烧处理目的而需达到的加热温度。 3.19 工作区 workingregion 能满足炉温均匀度要求的区域。通常指正常拉晶条件下加热器内坩埚液面附近的区域。 4 产品分类 4.1 单晶炉产品的型号应按JB/T9691—1999编制。 4.2 电阻炉按其工作室内径尺寸或拉制单晶的规格进行分类。 4.2.1 单晶炉按工作室内径尺寸(单位为cm)分为多个品种(通常以此分类方法为主)。 4.2.2 单晶炉按拉制单晶的规格(单位为英寸)分为多个品种: a) 4″单晶炉; b) 6″单晶炉; c) 8″单晶炉; d) 12″单晶炉; e) 18″单晶炉; f) 27″单晶炉。 4.3 在单晶炉的产品标准中应按GB/T10067.1—2005第4章的规定进一步按产品的结构类型、气氛、 最高工作温度等进行分类。 5 技术要求 5.1 一般要求 单晶炉的技术要求应符合GB/T10067.4—2005中第5章的规定。 3GB/T10067.410—2014 5.2 对设计和制造的补充要求 5.2.1 总体要求 单晶炉主要由主机(包括炉体、籽晶提拉及旋转系统、坩埚上升及旋转系统)以及抽气系统、充气系 统、液压系统、水冷系统、加热电路电源、磁场控制装