單晶硅的制備

1、關(guān)于單晶硅的制備現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁(yè)，共54頁(yè)單晶硅的主要用途單晶硅的主要用途單晶硅的性質(zhì)單晶硅的性質(zhì)單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的制法單晶硅的制法 直拉法（直拉法技術(shù)改進(jìn)）直拉法（直拉法技術(shù)改進(jìn)）單晶硅的制備單晶硅的制備主要內(nèi)容主要內(nèi)容單晶硅的主要用途單晶硅的主要用途單晶硅的制備單晶硅的制備單晶硅的性質(zhì)單晶硅的性質(zhì)單晶硅的主要用途單晶硅的主要用途單晶硅的制備單晶硅的制備單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的性質(zhì)單晶硅的性質(zhì)單晶硅的主要用途單晶硅的主要用途單晶硅的制備單晶硅的制備單晶硅的制法單晶硅的制法 單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的性質(zhì)單晶硅的性質(zhì)單晶硅的主要用途單晶硅的

2、主要用途單晶硅的制備單晶硅的制備區(qū)溶法區(qū)溶法 單晶硅的制法單晶硅的制法 單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的性質(zhì)單晶硅的性質(zhì)單晶硅的主要用途單晶硅的主要用途單晶硅的制備單晶硅的制備直拉法（直拉法技術(shù)改進(jìn)）直拉法（直拉法技術(shù)改進(jìn)）單晶硅的制法單晶硅的制法 單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的性質(zhì)單晶硅的性質(zhì)單晶硅的主要用途單晶硅的主要用途單晶硅的制備單晶硅的制備直拉法（直拉法技術(shù)改進(jìn)）直拉法（直拉法技術(shù)改進(jìn)）單晶硅的制法單晶硅的制法 單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的性質(zhì)單晶硅的性質(zhì)單晶硅的主要用途單晶硅的主要用途單晶硅的制備單晶硅的制備直拉法（直拉法技術(shù)改進(jìn)）直拉法（直拉法技術(shù)改

3、進(jìn)）單晶硅的制法單晶硅的制法 單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的生長(zhǎng)原理單晶硅的性質(zhì)單晶硅的性質(zhì)單晶硅的主要用途單晶硅的主要用途單晶硅的制備單晶硅的制備水平區(qū)熔法水平區(qū)熔法懸浮區(qū)熔法懸浮區(qū)熔法 外延法外延法現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁(yè)，共54頁(yè)單晶硅的主要用途單晶硅的主要用途 單晶硅是一種比較活潑非金屬元素，是晶體材料的重要組成部分，處于新單晶硅是一種比較活潑非金屬元素，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發(fā)展的前沿。它是制造半導(dǎo)體硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶材料發(fā)展的前沿。它是制造半導(dǎo)體硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶體管、二極管、開關(guān)器件等體管、二極管、開關(guān)器件等 。單晶硅太陽(yáng)能電池板

4、單晶硅太陽(yáng)能電池板太空中單晶硅的應(yīng)用太空中單晶硅的應(yīng)用處理器處理器AMD現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁(yè)，共54頁(yè) 其主要用途是用作半導(dǎo)體材料和利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電、供熱等。由其主要用途是用作半導(dǎo)體材料和利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電、供熱等。由于太陽(yáng)能具有清潔、環(huán)保、方便等諸多優(yōu)勢(shì)，近三十年來(lái)，太陽(yáng)能利用于太陽(yáng)能具有清潔、環(huán)保、方便等諸多優(yōu)勢(shì)，近三十年來(lái)，太陽(yáng)能利用技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開拓方面都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，成為技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開拓方面都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。 太陽(yáng)能電池的制作流程太陽(yáng)能電池的制作流程現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁(yè)，共5

5、4頁(yè) 熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格金剛石晶格排列成許多晶核，如排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來(lái)便結(jié)晶成果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來(lái)便結(jié)晶成單晶硅單晶硅。 單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的溫度的升高而增加升高而增加，有顯著的，有顯著的半導(dǎo)電性半導(dǎo)電性。超純的單晶硅是。超純的單晶硅是本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體。在在超純單晶硅中摻入微量的超純單晶硅中摻入微量的A族元素，如硼可提高其導(dǎo)電的程度，而形族元素，如硼可提高其

6、導(dǎo)電的程度，而形成成p型硅半導(dǎo)體；如摻入微量的型硅半導(dǎo)體；如摻入微量的A族元素，如磷或砷也可提高導(dǎo)電程度，族元素，如磷或砷也可提高導(dǎo)電程度，形成形成n型硅半導(dǎo)體。型硅半導(dǎo)體。 單晶硅的性質(zhì)單晶硅的性質(zhì)晶體硅的金剛石結(jié)構(gòu)晶體硅的金剛石結(jié)構(gòu)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁(yè)，共54頁(yè) 單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無(wú)定單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無(wú)定形硅，然后用形硅，然后用直拉法直拉法（Czochralski法）或懸懸浮區(qū)熔法浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。單晶從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。單晶硅主要用于制作半導(dǎo)體元件。硅主要用于制作半導(dǎo)體元件?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁(yè)，共54頁(yè)硅的純化硅的純化人工加熱石英砂和碳人

7、工加熱石英砂和碳SiO2 + C Si + CO2冶金級(jí)硅（反應(yīng)后蒸餾純化冶金級(jí)硅（反應(yīng)后蒸餾純化三氯硅烷）三氯硅烷）Si + 3Hcl SiHcl3 +H2 MGS 98三氯硅烷還原成硅三氯硅烷還原成硅2SiHcl3 +2H2 2 Si + 6Hcl 電子級(jí)硅（電子級(jí)硅（EGS） 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁(yè)，共54頁(yè)直拉法（cz法）制備單晶硅 直拉法即直拉法即切克勞斯基法切克勞斯基法（Czochralski簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱Cz法法) 它是通過(guò)電阻加熱，將它是通過(guò)電阻加熱，將裝在石英坩堝中的多晶裝在石英坩堝中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔化，并保持略高于硅熔點(diǎn)的溫度，將籽晶硅熔點(diǎn)的溫度，將籽晶浸入熔體，然后以

8、一定浸入熔體，然后以一定速度向上提拉籽晶并同速度向上提拉籽晶并同時(shí)旋轉(zhuǎn)引出晶體。時(shí)旋轉(zhuǎn)引出晶體?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁(yè)，共54頁(yè)直拉法工作原理：直拉法工作原理：1、在合適的溫度下，融液中的硅原子會(huì)順著晶種的硅原子排列結(jié)構(gòu)在固液交界面上形成規(guī)則的結(jié)晶，成為單晶體。2、把晶種微微的旋轉(zhuǎn)向上提升，融液中的硅原子會(huì)在前面形成的單晶體上繼續(xù)結(jié)晶，并延續(xù)其規(guī)則的原子排列結(jié)構(gòu)。3、若整個(gè)結(jié)晶環(huán)境穩(wěn)定，就可以周而復(fù)始的形成結(jié)晶，最后形成一根圓柱形的原子排列整齊的硅單晶晶體，即硅單晶錠。4、當(dāng)結(jié)晶加快時(shí)，晶體直徑會(huì)變粗，提高升速可以使直徑變細(xì)，增加溫度能抑制結(jié)晶速度。反之，若結(jié)晶變慢，直徑變細(xì)，則通過(guò)降低拉速和降溫

9、去控制?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁(yè)，共54頁(yè)直拉單晶生成示意圖現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁(yè)，共54頁(yè)直拉單晶生成示意圖現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁(yè)，共54頁(yè)CZ法的生長(zhǎng)工藝流程：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁(yè)，共54頁(yè)單晶工藝流程簡(jiǎn)介 （）加料：將多晶硅原料及雜質(zhì)放入石英坩堝內(nèi)，雜質(zhì)的種類依電阻的或型而定。雜質(zhì)種類有硼、磷、銻、砷，目前國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能行業(yè)僅摻硼形成P型半導(dǎo)體。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁(yè)，共54頁(yè)單晶工藝流程簡(jiǎn)介 （）熔化：加完多晶硅原料于石英堝內(nèi)后，長(zhǎng)晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純氬氣使之維持一定壓力范圍內(nèi)，然后打開加熱電源，加熱至熔化溫度（）以上，將多晶硅原料熔化。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁(yè)，共54頁(yè)單晶工藝流程簡(jiǎn)介 （

10、）引晶生長(zhǎng)：當(dāng)硅熔體的溫度穩(wěn)定之后，將籽晶慢慢浸入硅熔體中引晶生長(zhǎng)是將籽晶快速向上提升，使長(zhǎng)出的籽晶的直徑縮小到一定大小（）由于位錯(cuò)線與生長(zhǎng)軸成一個(gè)交角，只要縮頸夠長(zhǎng)，位錯(cuò)便能排出晶體表面，產(chǎn)生低位錯(cuò)的晶體。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁(yè)，共54頁(yè)單晶工藝流程簡(jiǎn)介（）放肩生長(zhǎng)：長(zhǎng)完細(xì)頸之后，須降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁(yè)，共54頁(yè)單晶工藝流程簡(jiǎn)介（）等徑生長(zhǎng)：長(zhǎng)完細(xì)頸和肩部之后，借著拉速與溫度的不斷調(diào)整，可使晶棒直徑維持在正負(fù)之間，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。單晶硅片取自于等徑部分。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁(yè)，共54頁(yè)單晶工藝流程簡(jiǎn)介（）尾部生長(zhǎng)：在生長(zhǎng)

11、完等徑部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么熱應(yīng)力將使得晶棒出現(xiàn)位錯(cuò)與滑移線。于是為了避免此問(wèn)題的發(fā)生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點(diǎn)而與液面分開。這一過(guò)程稱之為尾部生長(zhǎng)。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁(yè)，共54頁(yè)(1)熔料熔料。將坩堝內(nèi)多晶料全部熔化；。將坩堝內(nèi)多晶料全部熔化；(2)引晶引晶。將籽晶放下經(jīng)烘烤后，使之接觸熔體，籽晶向上提拉，控制溫度。將籽晶放下經(jīng)烘烤后，使之接觸熔體，籽晶向上提拉，控制溫度使熔體在籽晶上結(jié)晶；使熔體在籽晶上結(jié)晶；(3)縮頸縮頸。目的在于減少或消除位錯(cuò)，獲得無(wú)位錯(cuò)單晶。目的在于減少或消除位錯(cuò)，獲得無(wú)位錯(cuò)單晶。(4)放肩放肩。使單晶長(zhǎng)大到所需要的直徑尺寸。使單晶長(zhǎng)

12、大到所需要的直徑尺寸。(5)等徑等徑。單晶保持圓柱形生長(zhǎng)。單晶保持圓柱形生長(zhǎng)。(6)收尾收尾。將單晶直徑逐漸縮小，最后呈錐形，以避免位錯(cuò)反延伸。將單晶直徑逐漸縮小，最后呈錐形，以避免位錯(cuò)反延伸。直拉法生長(zhǎng)單晶硅的制備步驟直拉法生長(zhǎng)單晶硅的制備步驟現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁(yè)，共54頁(yè)直拉單晶爐設(shè)備簡(jiǎn)介現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁(yè)，共54頁(yè)1電極；電極；2硅熔體；硅熔體；3等徑生長(zhǎng)；等徑生長(zhǎng)；4觀察孔；觀察孔；5放肩；放肩；6縮頸；縮頸；7圖像傳感器；圖像傳感器；8卷軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)；卷軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)；9提拉繩；提拉繩；10真空泵；真空泵；11光學(xué)系統(tǒng)；光學(xué)系統(tǒng)；12石英坩堝；石英坩堝；13石墨支撐基座石墨支撐基座與旋轉(zhuǎn)

13、器；與旋轉(zhuǎn)器；14石墨發(fā)熱體；石墨發(fā)熱體；15隔熱層隔熱層 長(zhǎng)晶爐剖視圖長(zhǎng)晶爐剖視圖現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁(yè)，共54頁(yè)單晶石墨熱場(chǎng)簡(jiǎn)介石墨石墨熱場(chǎng)熱場(chǎng)石墨加石墨加熱熱器器現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁(yè)，共54頁(yè)單晶石墨熱場(chǎng)簡(jiǎn)介現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁(yè)，共54頁(yè)1、石墨坩堝是用于支撐石英坩堝的，他可以多次使用。2、其壽命取決于：石墨的材質(zhì)、承受的重量、在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的受熱程度以及石墨坩堝的形狀等因素。3、石墨坩堝的底部比較厚，以起到較好的絕熱效果，從而使熔體的溫度從底部到表面逐漸降低?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁(yè)，共54頁(yè)直拉法的基本特點(diǎn)直拉法的基本特點(diǎn)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁(yè)，共54頁(yè)直拉法幾個(gè)基本問(wèn)題 最大生

14、長(zhǎng)速度 熔體中的對(duì)流 生長(zhǎng)界面形狀（固液界面） 生長(zhǎng)過(guò)程中各階段生長(zhǎng)條件的差異現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁(yè)，共54頁(yè) 最大生長(zhǎng)速度 晶體生長(zhǎng)最大速度與晶體中的晶體生長(zhǎng)最大速度與晶體中的縱向溫度梯度縱向溫度梯度、晶晶體的熱導(dǎo)率體的熱導(dǎo)率、晶體密度晶體密度等有關(guān)。提高晶體中的溫度等有關(guān)。提高晶體中的溫度梯度，可以提高晶體生長(zhǎng)速度；但溫度梯度太大，梯度，可以提高晶體生長(zhǎng)速度；但溫度梯度太大，將在晶體中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)等晶體將在晶體中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)等晶體缺陷的形成，甚至?xí)咕w產(chǎn)生裂紋。為了降低位缺陷的形成，甚至?xí)咕w產(chǎn)生裂紋。為了降低位錯(cuò)密度，晶體實(shí)際生長(zhǎng)速度往往低于最大生長(zhǎng)速

15、度錯(cuò)密度，晶體實(shí)際生長(zhǎng)速度往往低于最大生長(zhǎng)速度。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁(yè)，共54頁(yè)熔體中的對(duì)流 相互相反旋轉(zhuǎn)的晶體（順時(shí)針）和坩堝所產(chǎn)生的強(qiáng)制對(duì)流是由離心力和向心力、最終由熔體表面張力梯度所驅(qū)動(dòng)的。所生長(zhǎng)的晶體的直徑越大（坩鍋越大），對(duì)流就越強(qiáng)烈，會(huì)造成熔體中溫度波動(dòng)和晶體局部回熔，從而導(dǎo)致晶體中的雜質(zhì)分布不均勻等。 實(shí)際生產(chǎn)中，晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度一般比坩鍋快1-3倍，晶體和坩鍋彼此的相互反向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致熔體中心區(qū)與外圍區(qū)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有利于在固液界面下方形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，有利于晶體穩(wěn)定生長(zhǎng)。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁(yè)，共54頁(yè) 生長(zhǎng)界面形狀（固液界面） 固液界面形狀對(duì)單晶均勻性、完整性有重要影響

16、，正常情況下，固液界面的宏觀形狀應(yīng)該與熱場(chǎng)所確定的熔體等溫面相吻合。在引晶、放肩階段，固液界面凸向熔體，單晶等徑生長(zhǎng)后，界面先變平后再凹向熔體。通過(guò)調(diào)整拉晶速度，晶體轉(zhuǎn)動(dòng)和坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)速度就可以調(diào)整固液界面形狀。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁(yè)，共54頁(yè)生長(zhǎng)過(guò)程中各階段生長(zhǎng)條件的差異 直拉法的引晶階段的熔體高度最高，裸露坩堝壁的高度最小，在晶體生長(zhǎng)過(guò)程直到收尾階段，裸露坩堝壁的高度不斷增大，這樣造成生長(zhǎng)條件不斷變化（熔體的對(duì)流、熱傳輸、固液界面形狀等），即整個(gè)晶錠從頭到尾經(jīng)歷不同的熱歷史：頭部受熱時(shí)間最長(zhǎng)，尾部最短，這樣會(huì)造成晶體軸向、徑向雜質(zhì)分布不均勻。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁(yè)，共54頁(yè)直拉法技術(shù)改進(jìn)直拉

17、法技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁(yè)，共54頁(yè) 半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)方法之一，簡(jiǎn)稱半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)方法之一，簡(jiǎn)稱MCZ法，是在直拉法，是在直拉法法(CZ法法)單晶生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)坩堝內(nèi)的熔體施加單晶生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)坩堝內(nèi)的熔體施加-強(qiáng)磁場(chǎng)，強(qiáng)磁場(chǎng)，使熔體的熱對(duì)流受到抑制。因而除磁體外，主體設(shè)備使熔體的熱對(duì)流受到抑制。因而除磁體外，主體設(shè)備如單晶爐等并無(wú)大的差別。如單晶爐等并無(wú)大的差別。磁控直拉技術(shù) 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁(yè)，共54頁(yè)NdFeB永磁體結(jié)構(gòu)示意圖 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁(yè)，共54頁(yè)其基本原理為，在熔體施加磁場(chǎng)后，則運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電熔其基本原理為，在熔體施加磁場(chǎng)后，則運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電熔體體元受到洛倫茲力體體元受到洛

18、倫茲力f f的作用。的作用。 加上磁場(chǎng)后，改變了整加上磁場(chǎng)后，改變了整個(gè)熔體的流動(dòng)狀態(tài)及雜質(zhì)的輸運(yùn)條件并使單晶可以在溫個(gè)熔體的流動(dòng)狀態(tài)及雜質(zhì)的輸運(yùn)條件并使單晶可以在溫度波動(dòng)范圍小、生長(zhǎng)界面處于非常平穩(wěn)的狀態(tài)下生長(zhǎng)度波動(dòng)范圍小、生長(zhǎng)界面處于非常平穩(wěn)的狀態(tài)下生長(zhǎng) 磁控直拉技術(shù)主要用于制造電荷耦合（磁控直拉技術(shù)主要用于制造電荷耦合（CCDCCD）器件）器件和一些功率器件的硅單晶。也可用于和一些功率器件的硅單晶。也可用于GaAsGaAs、GaSbGaSb等化合等化合物半導(dǎo)體單晶的生長(zhǎng)。物半導(dǎo)體單晶的生長(zhǎng)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁(yè)，共54頁(yè) MCZ法的優(yōu)點(diǎn)： 1. 磁致粘滯性控制了流體的運(yùn)動(dòng)，大大地減少了

19、機(jī)械振動(dòng)等原因造成的熔硅掖面的抖動(dòng)，也減少了熔體的溫度波動(dòng); 2. 控制了溶硅與石英柑禍壁的反應(yīng)速率，增大氧官集層的厚度，以達(dá)到控制含氧量的目的。與常規(guī)CZ單晶相比，最低氧濃度可降低一個(gè)數(shù)量級(jí); 3. 有效地咸少或消除雜質(zhì)的微分凝效應(yīng)，使各種雜質(zhì)分布均勻，減少生長(zhǎng)條紋; 4. 減少了由氧引起的各種缺陷; 5. 由于含氧量可控，晶體的屈服強(qiáng)度可控制在某一范月內(nèi)，. 從而減小了片子的翹曲; 6. 尤其是硼等雜質(zhì)沽污少，可使直拉硅單晶的電阻率得到大幅度的提高； 7. 氧分布均勻，滿足了 LSI 和VLSI的要求?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁(yè)，共54頁(yè)連續(xù)生長(zhǎng)技術(shù) 為了提高生產(chǎn)率，節(jié)約石英坩堝（在晶體生產(chǎn)成

20、本中為了提高生產(chǎn)率，節(jié)約石英坩堝（在晶體生產(chǎn)成本中占相當(dāng)比例），發(fā)展了連續(xù)直拉生長(zhǎng)技術(shù)，主要是占相當(dāng)比例），發(fā)展了連續(xù)直拉生長(zhǎng)技術(shù)，主要是重新重新裝料裝料和和連續(xù)加料連續(xù)加料兩種技術(shù)兩種技術(shù) 。 1.重新裝料直拉生長(zhǎng)技術(shù)：可節(jié)約大量時(shí)間（生長(zhǎng)完畢重新裝料直拉生長(zhǎng)技術(shù)：可節(jié)約大量時(shí)間（生長(zhǎng)完畢后的降溫、開爐、裝爐等），一個(gè)坩堝可用多次。后的降溫、開爐、裝爐等），一個(gè)坩堝可用多次。 2. 連續(xù)加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)：除了具有重新裝料的優(yōu)點(diǎn)連續(xù)加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)：除了具有重新裝料的優(yōu)點(diǎn)外，還可保持整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中熔體的體積恒定，提高基外，還可保持整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中熔體的體積恒定，提高基本穩(wěn)定的生長(zhǎng)條件，因而可得到

21、電阻率縱向分布均勻的本穩(wěn)定的生長(zhǎng)條件，因而可得到電阻率縱向分布均勻的單晶。單晶。 連續(xù)加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)有兩種加料法：連續(xù)加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)有兩種加料法：連續(xù)固體送料連續(xù)固體送料和和連續(xù)液體送料法連續(xù)液體送料法。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁(yè)，共54頁(yè) 液體覆蓋直拉技術(shù) 對(duì)直拉法的一個(gè)重大改進(jìn)，用此法可以制備多種含有揮對(duì)直拉法的一個(gè)重大改進(jìn)，用此法可以制備多種含有揮發(fā)性組元的化合物半導(dǎo)體單晶。發(fā)性組元的化合物半導(dǎo)體單晶。 主要原理：用一種惰性液體（覆蓋劑）覆蓋被拉制材料主要原理：用一種惰性液體（覆蓋劑）覆蓋被拉制材料的熔體，在晶體生長(zhǎng)室內(nèi)充入惰性氣體，使其壓力大于熔的熔體，在晶體生長(zhǎng)室內(nèi)充入惰性氣體，使

22、其壓力大于熔體的分解壓力，以抑制熔體中揮發(fā)性組元的蒸發(fā)損失，這體的分解壓力，以抑制熔體中揮發(fā)性組元的蒸發(fā)損失，這樣就可按通常的直拉技術(shù)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)。樣就可按通常的直拉技術(shù)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁(yè)，共54頁(yè)區(qū)熔法（區(qū)熔法（FZ）生長(zhǎng)單晶硅）生長(zhǎng)單晶硅區(qū)域熔煉是一個(gè)簡(jiǎn)單的物理過(guò)程，指根據(jù)液體混合物在冷凝結(jié)晶過(guò)程中組分重新分布（稱為偏析）的原理，通過(guò)多次熔融和凝固，制備高純度的（可達(dá)99.999 ）金屬、半導(dǎo)體材料和有機(jī)化合物的一種提純方法，屬于熱質(zhì)傳遞過(guò)程?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁(yè)，共54頁(yè)區(qū)域熔煉分類： 水平區(qū)熔法水平區(qū)熔法 懸浮區(qū)熔法懸浮區(qū)熔法現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁(yè)，共54頁(yè)水平區(qū)

23、熔法水平區(qū)熔法 在熔煉過(guò)程中，錠料水平放置，稱為水平區(qū)熔現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁(yè)，共54頁(yè)水平區(qū)熔法 水平區(qū)熔法主要用于材料的物理提純，也用來(lái)生長(zhǎng)單晶體，其裝置圖如下圖所示。水平水平區(qū)熔法主要用于材料的物理提純，也用來(lái)生長(zhǎng)單晶體，其裝置圖如下圖所示。水平區(qū)熔法是將材料置于水平舟內(nèi)，通過(guò)加熱器加熱。先在舟端放置籽晶，并使其與多晶材料區(qū)熔法是將材料置于水平舟內(nèi)，通過(guò)加熱器加熱。先在舟端放置籽晶，并使其與多晶材料間產(chǎn)生熔區(qū)，然后以一定的速度移動(dòng)熔區(qū)，使熔區(qū)從一端移至另一端，使多晶材料變?yōu)閱伍g產(chǎn)生熔區(qū)，然后以一定的速度移動(dòng)熔區(qū)，使熔區(qū)從一端移至另一端，使多晶材料變?yōu)閱尉w。晶體。隨著熔融區(qū)向前移動(dòng)，雜質(zhì)也

24、隨著移動(dòng)，最后富集于棒的一端，予以切除隨著熔融區(qū)向前移動(dòng)，雜質(zhì)也隨著移動(dòng)，最后富集于棒的一端，予以切除?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁(yè)，共54頁(yè)硅在水平區(qū)熔法上的兩個(gè)主要的問(wèn)題： 1、硅在熔融狀態(tài)下有很強(qiáng)的化學(xué)活性，、硅在熔融狀態(tài)下有很強(qiáng)的化學(xué)活性，幾幾乎沒(méi)有不與其發(fā)生反應(yīng)的容器，乎沒(méi)有不與其發(fā)生反應(yīng)的容器，即使高純即使高純石英舟或坩堝，也要和熔融硅發(fā)生化學(xué)反石英舟或坩堝，也要和熔融硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使單晶的純度受到限制。因此，目前應(yīng)，使單晶的純度受到限制。因此，目前不用水平區(qū)熔法制取純度更高的單晶硅。不用水平區(qū)熔法制取純度更高的單晶硅。 2、硼、磷的分凝系數(shù)接近、硼、磷的分凝系數(shù)接近 1 ，僅用區(qū)熔提

25、，僅用區(qū)熔提純不能除去，這也一直是限制物理法提純純不能除去，這也一直是限制物理法提純硅材料的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題硅材料的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁(yè)，共54頁(yè)懸浮區(qū)熔法 錠料豎直放置且不用容器，稱為懸浮區(qū)熔 由于在熔化和生長(zhǎng)硅晶體過(guò)程中，不使用石英坩堝等容器，又稱為無(wú)坩堝區(qū)熔法現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁(yè)，共54頁(yè)懸浮區(qū)熔法 在懸浮區(qū)熔法中，使圓柱在懸浮區(qū)熔法中，使圓柱形硅棒固定于垂直方向，用形硅棒固定于垂直方向，用高頻感應(yīng)線圈在氬氣氣氛中高頻感應(yīng)線圈在氬氣氣氛中加熱，形成一加熱，形成一個(gè)尖端狀的熔區(qū)，然后該個(gè)尖端狀的熔區(qū)，然后該熔區(qū)與特定晶向的籽晶接熔區(qū)與特定晶向的籽晶接觸，這個(gè)過(guò)程就是引晶。觸，這

26、個(gè)過(guò)程就是引晶。這兩個(gè)棒朝相反方向旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)棒朝相反方向旋轉(zhuǎn)。然后將在多晶棒與籽晶。然后將在多晶棒與籽晶間只靠表面張力形成的熔間只靠表面張力形成的熔區(qū)沿棒長(zhǎng)逐步向上移動(dòng)，區(qū)沿棒長(zhǎng)逐步向上移動(dòng)，將其轉(zhuǎn)換成單晶。將其轉(zhuǎn)換成單晶?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁(yè)，共54頁(yè)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁(yè)，共54頁(yè)縮頸工藝示意圖在引晶的過(guò)程中，由于熱沖擊，會(huì)在新形成的單晶中產(chǎn)生位錯(cuò)。顯然位錯(cuò)不加以排除，將會(huì)在繼續(xù)生長(zhǎng)的單晶中產(chǎn)生更多的錯(cuò)位，最后無(wú)法形成無(wú)位錯(cuò)單晶。為了消除位錯(cuò)，提出了一種縮頸工藝，即在形成一段籽晶之后，縮小晶體的直徑23mm，繼續(xù)生長(zhǎng)20mm 左右，即可把位錯(cuò)完全排除到籽晶的外表面接著再生長(zhǎng)一段無(wú)位錯(cuò)的細(xì)

27、晶后，放肩至目標(biāo)尺寸進(jìn)入等徑生長(zhǎng)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十六頁(yè)，共54頁(yè)懸浮區(qū)熔法主要用于提純和生長(zhǎng)硅單晶 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.不使用坩堝，單晶生長(zhǎng)過(guò)程不會(huì)被坩堝材料污染不使用坩堝，單晶生長(zhǎng)過(guò)程不會(huì)被坩堝材料污染2.由于雜質(zhì)分凝和蒸發(fā)效應(yīng)，可以生長(zhǎng)出高電阻率由于雜質(zhì)分凝和蒸發(fā)效應(yīng)，可以生長(zhǎng)出高電阻率 硅單晶。硅單晶。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十七頁(yè)，共54頁(yè) 區(qū)熔可在保護(hù)氣氛（如氬、氫）中進(jìn)行，也可以在真空中進(jìn)行，且可反復(fù)提純（尤其在真空中蒸發(fā)速度更快）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十八頁(yè)，共54頁(yè)區(qū)域提純應(yīng)具備條件： 產(chǎn)生一個(gè)熔區(qū)所需的熱源，先多利用感應(yīng)線圈進(jìn)行加熱。由一高頻爐產(chǎn)生高頻電流，通過(guò)同軸引線，由環(huán)繞在硅棒周圍的加熱

28、線圈輸出，從而產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)進(jìn)行感應(yīng)加熱。 硅在高溫下有很強(qiáng)的化學(xué)活潑性，因而在熔區(qū)過(guò)程中必須使硅棒和熔區(qū)處于非常清潔的環(huán)境中，盡量避免一切的污染源，才能比較準(zhǔn)確的控制晶體中的微量雜質(zhì)和獲得高純度的產(chǎn)品，故在工作室內(nèi)采用高真空（在氣體區(qū)熔中用純度為56 個(gè)“9 ”的惰性氣體，如氬氣）作為保護(hù)氣氛。 為使得熔區(qū)移動(dòng)和單晶形狀對(duì)稱，需要一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)線圈（或者硅棒），轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶和調(diào)節(jié)熔區(qū)形狀。 原料硅棒電阻率多數(shù)是大于 0.1 ，高頻電磁場(chǎng)在硅棒上產(chǎn)生的感應(yīng)電流很小，不能直接達(dá)到熔化。必須依靠預(yù)熱使硅棒達(dá)到700左右，此時(shí)硅棒本征電阻率大約為 0.10.1 ，感應(yīng)電流大大增加，足以維持繼續(xù)增高加

29、熱區(qū)域的溫度，達(dá)到產(chǎn)生一個(gè)熔區(qū)。因此需備有預(yù)熱物件，否則不能產(chǎn)生熔區(qū)。 為了方便獲得單晶，應(yīng)在硅棒下端放置一個(gè)小單晶作為籽晶現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十九頁(yè)，共54頁(yè)外延法生長(zhǎng)單晶硅薄膜外延法生長(zhǎng)單晶硅薄膜 外延是指在一定條件下，通過(guò)一定方法獲得所需原子，并使這些原子有規(guī)則地外延是指在一定條件下，通過(guò)一定方法獲得所需原子，并使這些原子有規(guī)則地排列在襯底上，通過(guò)排列時(shí)控制有關(guān)工藝條件，形成具有一定的導(dǎo)電類型、電阻排列在襯底上，通過(guò)排列時(shí)控制有關(guān)工藝條件，形成具有一定的導(dǎo)電類型、電阻率及厚度的新單晶層的過(guò)程。率及厚度的新單晶層的過(guò)程。 外延生長(zhǎng)法能生長(zhǎng)出和單晶襯底原子排列同樣的單晶薄膜。在雙極型集成電路中，外延生長(zhǎng)法能生長(zhǎng)出和單晶襯底原子排列同樣的單晶薄膜。在