第9章單晶硅的制備

1、第九章 單晶硅的制備主要內(nèi)容：結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)區(qū)熔法晶體提拉法主要工藝和設(shè)備雜質(zhì)的污染和分布磁拉法連續(xù)加料法。9.1 單晶硅基礎(chǔ)知識（1）晶體的熔化與凝固晶體在緩慢加熱和冷卻過程中，有個溫度平臺，有固定的結(jié)晶（熔化溫度），但非晶體沒有。硅的熔點(diǎn)：14164熔化熱（結(jié)晶潛熱）：12.1Kcal/mol (Cp.m=20 kJ mol-1k-1)升溫曲線的物理化學(xué)過程變化（熔化）：升溫曲線的物理化學(xué)過程變化（熔化）：升溫-晶體保持原有結(jié)構(gòu)（對稱和空間群不變，但分子由于吸熱，熱運(yùn)動加快-到達(dá)熔點(diǎn)后，盡管晶體吸熱，但溫度保持平臺，吸收的熱量使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，熔化（熔化熱），晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生相變，但體系溫度不變

2、?？死妪埛匠蹋╠p/dT=Hm/TVm)），待全部熔化后，熔體吸熱，分子熱運(yùn)動加快，熔體溫度升高）步冷曲線（結(jié)晶）：步冷曲線（結(jié)晶）：（同學(xué)分析）（降溫速率是如何影響固體材料的結(jié)構(gòu)？）（溫控？）（2）結(jié)晶的宏觀特征和動力過冷度過冷度（T）：結(jié)晶需要晶核，一定的過冷度，才能形成晶核。在溫度等于熔點(diǎn)（Tm）時，溶解與凝固達(dá)到平衡，很難結(jié)晶。當(dāng)溫度高于熔點(diǎn)時：當(dāng)溫度高于熔點(diǎn)時：液態(tài)自由能GL，大于固態(tài)自由能GS， （液態(tài)液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化時向固態(tài)轉(zhuǎn)化時,自由能增大，反應(yīng)不能進(jìn)行，不能結(jié)晶自由能增大，反應(yīng)不能進(jìn)行，不能結(jié)晶） G= GL- GS0，當(dāng)溫度低于熔點(diǎn)時：當(dāng)溫度低于熔點(diǎn)時： G= Gs- GL

3、0，液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化，自由能降自由能降低，結(jié)晶能自發(fā)進(jìn)行。低，結(jié)晶能自發(fā)進(jìn)行。（3）晶核的形成 熔體在一定的過冷度下，自發(fā)形成自發(fā)形成晶坯，不斷長大成晶核。繼續(xù)長大成晶體。 晶坯的臨界半徑：晶坯的臨界半徑：與過冷度直接相關(guān)。過冷度大，臨界半徑小，容易形成晶核；過冷度小，臨界半徑大，難于產(chǎn)生晶核。非自發(fā)結(jié)晶：非自發(fā)結(jié)晶： 從體系外引入晶種，或籽晶，起晶核作用，籽晶（晶種）不斷長大。晶體結(jié)晶的過程：晶體結(jié)晶的過程： 是液相中的原子向固相（晶核，晶種或籽晶）表面擴(kuò)散，沉積，堆積方式按固相的空間點(diǎn)陣規(guī)律堆積排列，使固相晶體不斷長大（晶體長大）二維晶核的形成和晶體的生長氮原子，很難再光潔的晶面上乘積生長。

4、二氮原子，很難再光潔的晶面上乘積生長。二維晶核必須超過臨界半徑，才能穩(wěn)定存在；維晶核必須超過臨界半徑，才能穩(wěn)定存在；臨界半徑與過冷度成反比臨界半徑與過冷度成反比二維晶核形成后，就形成臺階，原子沿臺階二維晶核形成后，就形成臺階，原子沿臺階鋪展，又形成理想平面，晶體又必須依靠二鋪展，又形成理想平面，晶體又必須依靠二維晶核繼續(xù)生長。維晶核繼續(xù)生長。”二維表面成核，側(cè)向?qū)訝钌L二維表面成核，側(cè)向?qū)訝钌L“理論模型理論模型單晶和多晶：單晶和多晶：單晶：晶體的各個部分的取向一致，空間點(diǎn)陣排列規(guī)律相同，由一個晶核生長而成的晶體，就是單晶。單晶可以小到一個晶胞，一個晶核，大到幾百公斤，組成和結(jié)構(gòu)都相同，有規(guī)則

5、的外表面和棱線。多晶：多晶：多個晶體（晶粒）組成，具有多種晶向，結(jié)合沒有規(guī)律，晶體與晶體接觸，形成晶界。多個晶核結(jié)晶長大形成的多晶材料。9.2 區(qū)熔法制單晶硅區(qū)熔法（Zone melting method),又稱為Fz法（Float-Zone method)，早在1953年由Keck和Golay率先采用此法生長單晶硅。特點(diǎn)：氧含量低（不使用坩堝，直接在硅棒上區(qū)域熔煉），低金屬污染，純度高，主要用于生產(chǎn)高反壓，大功率的電子元件，如可控硅，整流器等，可以生長高電阻率的硅單晶。區(qū)熔高阻單晶硅，可以制作晶閘管（1500A、4000V）和紅外探測器。區(qū)熔單晶硅生長系統(tǒng)：爐體（包括爐膛，上軸，下軸，導(dǎo)軌，

6、機(jī)械傳動裝置和基座），高頻發(fā)生器和高頻槽路線圈（高頻加熱線圈），系統(tǒng)控制柜，真空系統(tǒng)，氣體供給系統(tǒng)和水冷卻系統(tǒng)等。國際上最著名的區(qū)熔單晶爐公司：丹麥Haldortopsoe公司。注意：籽晶（單晶硅棒）和原料棒，旋轉(zhuǎn)方向相反，能改善熔區(qū)熱對流狀況，是注意：籽晶（單晶硅棒）和原料棒，旋轉(zhuǎn)方向相反，能改善熔區(qū)熱對流狀況，是熔區(qū)的溫度場均勻；硅熔體的表面張力為熔區(qū)的溫度場均勻；硅熔體的表面張力為720dyn/cm( ?)( H20：72mN/m.1atm),硅熔體表面張力較大，可以是熔體保持一定的厚度和直徑，但如果單晶硅棒直徑過硅熔體表面張力較大，可以是熔體保持一定的厚度和直徑，但如果單晶硅棒直徑過大

7、，會是籽晶難于承受。控制旋轉(zhuǎn)速度，是固液界面接觸穩(wěn)定，一般還要控制單大，會是籽晶難于承受?？刂菩D(zhuǎn)速度，是固液界面接觸穩(wěn)定，一般還要控制單晶硅的結(jié)晶軸（旋轉(zhuǎn)中心軸）與原料棒的旋轉(zhuǎn)軸中心，保持一定的偏心，可以提高晶硅的結(jié)晶軸（旋轉(zhuǎn)中心軸）與原料棒的旋轉(zhuǎn)軸中心，保持一定的偏心，可以提高單晶硅的質(zhì)量和徑向電阻率的均勻性。單晶硅的質(zhì)量和徑向電阻率的均勻性。 工藝過程 原料準(zhǔn)備：多晶硅棒表面滾磨，頭部磨錐，腐蝕和清洗，去除表面污染；籽晶的選擇與處理：確定籽晶晶向，或111，清洗，去污等。 裝爐：硅棒安裝在射頻線圈上部，籽晶安裝在射頻線圈下部。 關(guān)爐門：N2吹掃空氣1-2次(排空氣，節(jié)約排空氣，節(jié)約Ar氣

8、體，有效排除空氣體，有效排除空氣）氣），每次10分鐘左右，抽真空，向爐內(nèi)充入惰性氣體（Ar,或或H2和和N2的混合氣體，的混合氣體，H2可以出去硅棒表面的氧化層，降低單晶可以出去硅棒表面的氧化層，降低單晶硅材料的氧含量）硅材料的氧含量），使?fàn)t膛內(nèi)氣壓略高于大氣壓，流動氣氛。（否則高溫密閉，壓力很大，易引起爆炸） 射頻線圈接上高頻電壓加熱，使硅棒底部開始熔化，下降硅棒，與籽晶熔接。熔接后硅棒和射頻線圈快速上升，縮頸，消除位錯。晶頸拉完后，慢慢的讓單晶的直徑增大到目標(biāo)大?。ǚ偶纾?，轉(zhuǎn)肩，等徑生長，直至生長結(jié)束。 為改善單晶質(zhì)量和提高徑向電阻率的均勻性，一般是結(jié)晶生長軸與多晶硅棒的中心軸線不同心的“

9、偏心”。區(qū)熔單晶硅的摻雜方法裝填法：在多晶硅棒接近圓錐的部位，鉆一小孔，放入分凝系數(shù)小的雜質(zhì)（Ga：0.008； In：0.0004)，依靠分凝效應(yīng)，是雜質(zhì)在單晶硅軸向均勻分布。（分凝系數(shù)：固相與液相中的溶解度的比值）氣相摻雜：以Ar氣體為載氣和稀釋氣體，直接將PH3（N型）或B2H6（P型）吹入硅熔融區(qū)域內(nèi)，達(dá)到摻雜目的。氣相摻雜的區(qū)熔單晶硅電阻率比較均勻，能滿足一般功率器件和整流器的要求，成本比中子嬗變摻雜單晶硅成本低很多，是制備N型區(qū)熔單晶硅的一種較好的摻雜方法。工業(yè)上常用。中子嬗變法摻雜Neutron Transmutation DopingNeutron Transmutation

10、Doping (NTDNTD) ：(適宜低濃度摻雜） 這是采用中子輻照的辦法來對材料進(jìn)行摻雜的一種技術(shù)，其最大優(yōu)點(diǎn)就是摻入的雜質(zhì)濃度分布非常均勻。 對于半導(dǎo)體硅，通過熱中子中子的輻照，可使部分的Si同位素原子轉(zhuǎn)變?yōu)榱祝≒）原子。 1414SiSi3030+ + 中子中子 1414SiSi3131+射線射線 1515P P3131+射線射線從而在Si中出現(xiàn)了施主磷而使Si成為了N N型型。注意：熱中子能被14Si30吸收，但快中子不能被14Si30吸收，但會是Si原子偏離晶格平衡位置，而且15P31大部分處于間隙位置，應(yīng)在800-850熱處理單晶硅棒，消除輻射造成的晶格損傷。 （14Si31的半

11、衰期為2.62小時)對于Ge，通過熱中子中子的輻照，可使含量超過95%的同位素32Ge70原子轉(zhuǎn)變?yōu)槭苤?1Ga71，從而可使Ge成為P P型型半導(dǎo)體。 由于同位素原子在晶體中的分布是非常均勻的，而且中子在硅中的穿透深度又很大100cm，所以這種n型Si和p型Ge的摻雜非常均勻。這對于大功率半導(dǎo)體器件和輻射探測器件的制作是很有用的。適宜N型摻雜：電阻率大于30cm，摻雜濃度為1.51014/cm3，電阻率太低，摻雜濃度高的摻雜，中子輻照時間太長，成本很高。9.3 直拉法制備單晶硅提拉法又稱丘克拉斯基法，是丘克拉斯基(J.Czochralski)在1917年發(fā)明的從熔體中提拉生長高質(zhì)量單晶的方法

12、。 又稱：Cz法，晶體提拉法。98%的電子元器件是用單晶硅材料制作，其中85%是用直拉單晶硅材料?；驹恚?將高純硅原料放在坩堝中加熱熔化，在熔體表面接籽晶提拉熔體，在受控條件下，使籽晶和熔體的交界面上不斷進(jìn)行原子或分子的重新排列，隨降溫逐漸凝固而生長出單晶體。Cz單晶硅基本設(shè)備：國際上：美國的KAYEX公司，和德國的CGS公司，是當(dāng)前供應(yīng)單晶硅生長的主要著名的設(shè)備公司。能生產(chǎn)各種直徑的單晶硅，尤其是大于200mm硅單晶生產(chǎn)系統(tǒng)。中國：也有很多企業(yè)能生產(chǎn)單晶爐，江蘇金壇的華盛天龍（上市公司：天龍光電，300029），很多大的冶金設(shè)計院，研究院都能設(shè)計和生產(chǎn)單晶爐。西安理工大學(xué)的系列單晶爐TD

13、R-70，TDR-150（Kg）產(chǎn)品，也實(shí)現(xiàn)了全自動控制。（有的單晶爐牌號后面的數(shù)字表示單晶棒的直徑）光伏學(xué)院的單晶爐就是華盛天龍制造的，小型試驗(yàn)爐，裝料5kg。 直拉單晶爐的趨勢：大直徑，大于300mm自動控制：從抽真空到拉單晶結(jié)束可靠性和穩(wěn)定性：自動報警，水溫和真空度（爐壓），等徑自控磁場直拉單晶爐：兩個主室的連續(xù)加料單晶爐：軟軸代替硬軸：降低設(shè)備高度關(guān)鍵技術(shù)是熱場設(shè)計和溫度控制。關(guān)鍵技術(shù)是熱場設(shè)計和溫度控制。直拉單晶爐的結(jié)構(gòu)爐體：機(jī)架，副爐室，主爐室。機(jī)架有鑄鐵底座，下立柱和上立柱組成，是爐子的支撐裝置。 安裝時注意：底座固定，不能振動，防振溝槽，梯架工作臺要與機(jī)架保持適當(dāng)距離。主爐室：

14、爐體的心臟，有爐底盤（銅電極和溫度傳感器石墨電極和石墨坩堝托），下爐筒（設(shè)有兩個真空抽氣口，一般禁錮在爐底盤上），上爐筒（設(shè)有兩個紅外下測溫口）和爐蓋（翻板隔，主副室隔離，觀察窗）組成，不銹鋼材料焊接而成的雙層水冷結(jié)構(gòu)。副爐室：副爐筒，籽晶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，軟軸提拉室，精密渦輪渦桿減速器和晶升伺服機(jī)組等部件，直拉單晶的接納室，有Ar進(jìn)氣口，放氣閥，觀察孔，壓力表等。籽晶旋轉(zhuǎn)提升機(jī)：保證籽晶軟軸在中心軸線位置上升降移動。旋轉(zhuǎn)直流無刷電機(jī)，磁流體密封座隔離閥：有手動的，自動的，隔離主副室，也是連接主副室的組件。關(guān)閉此閥，可以打開副室，裝卸籽晶或取出單晶棒。也是雙層水冷結(jié)構(gòu)。副爐室開啟升降機(jī)：主爐室升降機(jī)：

15、坩堝驅(qū)動裝置：坩堝升降機(jī)和坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)真空系統(tǒng)：充氣系統(tǒng)：水冷系統(tǒng)：電器部分：三相交流電，變?yōu)榈碗妷捍箅娏鞯闹绷麟娫??？刂乒瘢|摸式屏幕顯示器和歐陸表面板（溫度控制器，精度0.5），水循環(huán)報警器（50）石墨熱場配置石英坩堝石英陶瓷坩堝和石英玻璃坩堝，1420會變軟，或破裂（石墨護(hù)套保護(hù)），（石墨護(hù)套保護(hù)），帶來氧污染和其它雜質(zhì)。表面處理方法：涂超純涂超純SiO2（單晶硅），或Si3N4（鑄造多晶（鑄造多晶硅）硅）。硅熔體冷卻結(jié)晶，體積增大，坩堝會破裂。拉制過程中坩堝會變軟或破裂，拉制過程中坩堝會變軟或破裂，造成漏料或事故造成漏料或事故坩堝是易耗品，坩堝的表面處理工藝研究坩堝是易耗品，坩堝的表面處

16、理工藝研究石英坩堝：石英坩堝：石英玻璃坩堝：石英玻璃坩堝：化學(xué)石英原料，熔融，模壓成型，快速冷卻，防止石英析晶，噴涂一層高純化學(xué)石英后，適當(dāng)回爐熱處理，消除熱應(yīng)力，提高石英的強(qiáng)度，使高純石英層和石英玻璃層結(jié)合緊密?？梢杂糜趩尉Ч枥频嫩釄濉Ｊ⑻沾邵釄澹菏⑻沾邵釄澹鹤匀唤缡ⅲㄊ⑸埃ń?jīng)過化學(xué)提純，高溫轉(zhuǎn)晶成鱗石英相），不同粒度級配，硅酮膠作粘結(jié)劑，攪拌均勻后，壓制成型，烘干，燒結(jié)（注意燒結(jié)溫度，一般低于1300，在1260左右燒結(jié)，防止石英相變，主晶相為高溫鱗石英）（相變一旦發(fā)生，體積發(fā)生變化，石英坩堝破裂，尤其是大尺寸坩堝）。石英陶瓷坩堝燒制成型后，裝料前，噴涂一層氮化硅涂層（水），8

17、00-900烘干素?zé)雇繉咏Y(jié)合緊密，防止和降低氧污染，主要用于多晶硅鑄錠坩堝。（易脫模，易產(chǎn)生晶核，防氧污染）（易脫模，易產(chǎn)生晶核，防氧污染）原料：原料：CVD還原硅棒，分三部分橫梁料和碳頭料橫梁料和碳頭料：只能用于直拉單晶硅料直棒料直棒料：可用于直拉單晶和區(qū)熔單晶料，純度較高。來源不同的高純硅料來源不同的高純硅料:（頭尾料，鍋底料，硅棒切割加工的下腳料,碎片，不合格硅片等）應(yīng)該按導(dǎo)電類型，電阻率大小分級，千萬不能亂，否則單晶硅棒的性能會混亂。只有同一導(dǎo)電類型和電阻率差不多的硅料，才可以混合后用于拉制單晶。原料混合破碎后，清洗（自動硅料清洗機(jī)）（自動硅料清洗機(jī)）除去粘膠，紙屑，筆記，油污，雜

18、物等，盡可能密實(shí)裝填與石英坩堝中。同時加入摻雜劑（高純硼，或三氧化二硼，鱗硅合金，硼硅合金等）控制單晶硅的導(dǎo)電類型和摻雜濃度。注意：注意：回收的一些不合格硅片和硅棒下腳料等，由于經(jīng)過了擴(kuò)散，沉積，刻蝕，焊接等工藝過程，表面會含有金屬雜質(zhì)，使用前，應(yīng)仔細(xì)分類，分選，噴砂，清洗，符合太陽能硅片制作的原料要求。（高純硅原料價格500美金/Kg時代，這些廢料也非常珍貴）原料還包括：慘雜料和母合金（含有摻雜劑的硅合金）籽晶：籽晶：單晶硅111，或100，偶爾用110晶向的籽晶111:三條晶棱，互為120度夾角100:四條晶棱，互為90度的夾角尺寸規(guī)格：8mm*8mm*100mm,或10mm*10mm*1

19、20mm(裝料多少而定），也可以適當(dāng)延長長度籽晶切割后，還需清洗，重新定向，晶向偏離程度一般要小于0.5度。在夾頭方向標(biāo)識型號和方向比如N型100】，P型100，N型111,P型111,一般用符號表示。鉬絲鉬絲（熔點(diǎn)2600）：用于捆綁籽晶和捆綁石墨氈保溫套，0.3-0.5mm直徑。使用前一般用NaOH 清洗。鉬棒（籽晶夾頭）和鉬片（熱屏，保溫材料）也要在使用前清洗干凈。氬氣：氬氣：保護(hù)氣體，帶走揮發(fā)份，帶走潛熱，利于單晶生長，高純氬氣。一般超過5N單晶硅溫度場的控制(目標(biāo)：籽晶或單晶硅晶面上形成二維晶核，目標(biāo)：籽晶或單晶硅晶面上形成二維晶核，其它地方不能形成晶核，否則就會形成多晶硅棒）其它地

20、方不能形成晶核，否則就會形成多晶硅棒）晶體的晶體的(dT/dy)S0 ； 熔體的熔體的dT/dy)L0 比較大，保證熔體的結(jié)晶動力，又不產(chǎn)生比較大，保證熔體的結(jié)晶動力，又不產(chǎn)生新核；新核； 固液界面處的固液界面處的(dT/dy)S-L0 適當(dāng)大，保證晶體結(jié)晶和減少缺陷，徑向溫度適當(dāng)大，保證晶體結(jié)晶和減少缺陷，徑向溫度梯度（梯度（dT/dr)S-L0,使結(jié)晶界面趨于平坦使結(jié)晶界面趨于平坦籽晶作為非自發(fā)晶核插入硅熔體中，要保證界面二維晶核的形成，必須有一定的過冷度，同時還不允許其它地方產(chǎn)生晶核。液固界面處的熱場的溫度梯度必須合理。 亞穩(wěn)態(tài)：新相很難產(chǎn)生，新相粒度小，溶解度很大 籽晶的作用：提供單一

21、晶種；控制單晶的結(jié)晶方向，過冷熔體非自發(fā)結(jié)晶。 溫度場的控制如下：溫度場的控制如下：晶體縱向溫度梯度（dT/dy)S足夠大，但不能過大，熔體縱向溫度梯度（dT/dr)L足夠大，保證接觸區(qū)域足夠的過冷度，周圍溫度要高，不產(chǎn)生新的晶核。結(jié)晶界面處的縱向溫度梯度dT/dy)S-L適當(dāng)大，使單晶有足夠的生長動力。但不能太大，容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷。徑向溫度梯度（dT/dr)S-L盡可能小，即（dT/dr)S-L0,使結(jié)晶界面趨于平坦。直拉單晶硅工藝流程 準(zhǔn)備工作：工作服，工作帽，口罩，無塵布，除塵吸頭，無塵手套，查看爐內(nèi)真空度，同時了解上爐設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。拆爐及裝料：取出晶體，清掃爐膛及各組件上的附著物，石英

22、顆粒，石墨顆粒，石墨氈塵等雜物。如果長期沒用，還要關(guān)爐，充空氣檢漏。清掃后，裝回各組件。裝爐：組裝完畢檢查無誤后，裝入石英坩堝，裝摻雜劑（嚴(yán)格按量，一顆都不能少，摻雜劑輕細(xì)，容易散落），裝入硅料。在副室裝籽晶。檢查無誤后，合爐，整理清掃裝料現(xiàn)場。 抽空和熔料：先掃氣1-2次，抽真空（5Pa)，充Ar（50-100L/min) ，爐內(nèi)壓力適當(dāng)超過1atm，流動氣氛，同時開冷卻水系統(tǒng)（0.2-0.4MPa)。加熱前，檢漏。正常。45-60V，1500-2500A加熱熔料。并不斷觀察過程。引晶：將籽晶下降到主室，預(yù)熱3-5分鐘，慢慢接近硅熔體界面。熔體液面要平靜，不能有水波紋熔體液面要平靜，不能有水

23、波紋。如果有可能是震動造成的，排除振動源；也可能是溫度過高，形成大量的SiO揮發(fā)物，冷卻后又滴回坩堝內(nèi)；正常后，控制好溫度，下降籽晶，和熔體液面接觸。(a)溫度過高，界面出現(xiàn)的光圈很亮，很寬，帶有尖角，光圈發(fā)生抖動，甚至熔斷，無法提高拉速縮頸(b)溫度過低，界面不出現(xiàn)光圈，籽晶未熔接，反而出現(xiàn)結(jié)晶向外長大的假象。(c)溫度合適：界面慢慢出現(xiàn)光圈，無尖角，光圈柔和圓潤，此時縮頸，晶體既不長大，也不因縮小而熔斷。熔接后，稍降溫，開始縮頸（為了消除位錯，獲得無位錯晶核）放肩：拉速：0.5mm/min 放肩角:140-160適當(dāng)降低溫度。如果引晶時，拉速快，不容易縮頸，說明熔體溫度低，可以少降一點(diǎn)溫度

24、，反之，如果引晶速度快且容易縮細(xì)，則熔體溫度高，可以適當(dāng)多降點(diǎn)溫度。放肩時,速度較快,監(jiān)視直徑變化,接近目標(biāo)直徑時,提高拉速至3-4mm/min,進(jìn)入轉(zhuǎn)肩。轉(zhuǎn)肩時，原來位于肩部后方的光圈，會很快的向前方包圍，最后閉合。為了轉(zhuǎn)肩事直徑不縮小，預(yù)先適當(dāng)降低點(diǎn)溫度。轉(zhuǎn)肩時，晶體還在長大，但速度越來越慢了，最后不再長大，轉(zhuǎn)肩完成。此時降低拉速到設(shè)定速度，并按比例跟上鍋升，進(jìn)入自動控徑狀態(tài)，等晶生長。收尾及停爐：等徑生長到尾部，剩料不多時，開始收尾，將計算機(jī)切換至手動控制。停鍋升，提高拉速，利用溫度控制，自動升溫。保持液面不結(jié)晶。慢收：容易控制，不易斷棱線，時間長快收：易斷棱線，時間短，但控制難度大。不

25、管快收，還是慢收，都要收尖，防止位錯攀移到等徑部位。如果不進(jìn)行收尾，直接將晶體提高離開液面，由于熱應(yīng)力作用，會產(chǎn)生大量的位錯，并沿滑移面攀爬，如果位錯進(jìn)入到等徑部位而被切除，損失是不可忽視的，尤其是大直徑單晶。所以，必須收尾成尖形，讓無位錯生長到結(jié)束。尖形脫離液面時，產(chǎn)生的位錯，其攀爬長度到不了等徑部位。收尾完畢，提高晶體，下降坩堝，停止升溫，停止晶轉(zhuǎn)，堝轉(zhuǎn)，慢慢降電壓至40V，10分鐘后降到30V，15分鐘后關(guān)氬氣，繼續(xù)抽真空至10Pa,關(guān)閉真空閥，停機(jī)械泵電源，將電器旋鈕回零，關(guān)閉計算機(jī)和電器控制柜電源。循環(huán)冷卻水4小時后關(guān)閉。9.4 雜質(zhì)的分凝和氧污染固液平衡時：固液平衡時：分凝系數(shù)分凝

26、系數(shù)=雜質(zhì)在雜質(zhì)在固體固體中的濃度中的濃度/雜質(zhì)在雜質(zhì)在液體液體中的濃度。中的濃度。分凝系數(shù)分凝系數(shù)1的雜質(zhì)，主要在單晶硅的尾部的雜質(zhì)，主要在單晶硅的尾部分凝系數(shù)分凝系數(shù)1的雜質(zhì)，主要在單晶硅的頭部的雜質(zhì)，主要在單晶硅的頭部分凝系數(shù)越分凝系數(shù)越1，在單晶硅棒中分布相對均勻。，在單晶硅棒中分布相對均勻。硅中的氧硅中的氧:分凝系數(shù)分凝系數(shù)K=1.25；紅外吸收峰；紅外吸收峰Si-O-Si在在515cm-1,1105cm-1 和和1720cm-1 , 主主吸收峰為吸收峰為1105cm-1 （半波寬為（半波寬為32cm-1) ;O=2.451017 amax個個/cm3(室溫下室溫下雙光束紅外吸收光譜

27、差別測量，空氣作參比）雙光束紅外吸收光譜差別測量，空氣作參比）O=2.451017（ amax-0.4)個個/cm3(室溫下雙光束紅外吸收光譜差別測量，空氣作參比室溫下雙光束紅外吸收光譜差別測量，空氣作參比,扣除硅片晶格的吸收系數(shù)）扣除硅片晶格的吸收系數(shù)） 主要是石英坩堝帶入的，在主要是石英坩堝帶入的，在1400時，發(fā)生反應(yīng)：時，發(fā)生反應(yīng)： Si+SiO2-SiO SiO，絕大部分揮發(fā)，隨，絕大部分揮發(fā)，隨Ar 帶出，約帶出，約1%進(jìn)入液體對流和擴(kuò)散。進(jìn)入單晶硅棒，進(jìn)入液體對流和擴(kuò)散。進(jìn)入單晶硅棒，中心氧濃度高于周圍（因?yàn)橹行碾y于揮發(fā)）中心氧濃度高于周圍（因?yàn)橹行碾y于揮發(fā)） 如何降低硅材料中的

28、氧濃度？如何降低硅材料中的氧濃度？金剛石線鋸屑，板鋸屑中的硅粉含量都很好，但由于鋸屑粒度很細(xì)，容易氧化，回收的金剛石線鋸屑，板鋸屑中的硅粉含量都很好，但由于鋸屑粒度很細(xì)，容易氧化，回收的硅粉如何用于純硅原料，目前還有技術(shù)難度。南昌大學(xué)課題組研究結(jié)果：制備氮化硅粉如何用于純硅原料，目前還有技術(shù)難度。南昌大學(xué)課題組研究結(jié)果：制備氮化硅粉體；制備氮氧話硅；壓塊鑄錠等試驗(yàn)結(jié)果。硅粉體；制備氮氧話硅；壓塊鑄錠等試驗(yàn)結(jié)果。硅中氧的作用：（1）增加硅材料的機(jī)械輕度（2）形成熱施主雜質(zhì) 熱施主，是雙施主（即可以提供電子，也可以捕獲電子產(chǎn)生空穴）通過熱處理可以改變氧的存在狀態(tài)。（3）氧沉淀高溫?zé)崽幚砉杵≧TP

29、爐），氧發(fā)生析出而沉淀（SiO2），沒有電學(xué)性能。但沉淀時，會影響晶體內(nèi)發(fā)射自間隙硅原子，導(dǎo)致硅原子飽和而發(fā)生偏析，產(chǎn)生位錯、層錯等二次缺陷。由于位錯等缺陷，能吸附雜質(zhì)，尤其是金屬雜質(zhì)，工藝上常通過熱處理，生成氧沉底來吸附雜質(zhì)，是器件制作區(qū)域?yàn)闈崈魠^(qū)，提高器件的成品率和品質(zhì)。直拉硅中的碳 碳的分凝系數(shù)碳的分凝系數(shù)K=0.07，紅外光譜吸收峰為，紅外光譜吸收峰為(Si-C）：）：607cm-1（最強(qiáng)吸收，半波（最強(qiáng)吸收，半波寬為寬為6cm-1); 1217cm-1 (弱吸收）弱吸收） C=1.01017 amax個個/cm3(室溫下室溫下雙光束紅外吸收光譜雙光束紅外吸收光譜差別測量，空氣作參比，差別測量，空氣作參比， 調(diào)整調(diào)整607.2cm-1(強(qiáng)吸收）的半高寬為強(qiáng)吸收）的半高寬為6cm-1 ）的吸光度）的吸光度amax ） 來源：多晶硅原料、保護(hù)氣體、石英和石墨的反應(yīng)等來源：多晶硅原料、保護(hù)氣