單晶硅制備工藝

1、單晶爐簡介HDT-100型硅單晶硅生長爐，是由世界上著名的晶體生長設(shè)備制造公司德國CGS公司和中國最大的晶體爐設(shè)備制造公司西安理工大學(xué)工廠共同生產(chǎn)的。HDT-100型硅單晶生長爐，是軟軸提拉型單晶爐，是在惰性氣體環(huán)境中，以石墨電阻加熱器，將硅半導(dǎo)體材料熔化，用直拉法生長無錯(cuò)位單晶的設(shè)備。它可生產(chǎn)大規(guī)模集成電路所需要的高質(zhì)量單晶。該設(shè)備使用1820石英坩堝熱場，生長6或8的硅單晶，可選配二次加料系統(tǒng)以提高生產(chǎn)效率。該設(shè)備提供的兩對(duì)（四個(gè)）電極，可滿足用戶采用兩溫區(qū)加熱的工藝要求。 HDT-100型單晶爐機(jī)械系統(tǒng)大致分類為六大部分，分別是：基座及爐室、晶體提升及旋轉(zhuǎn)部件、坩堝升降及旋轉(zhuǎn)部件、真空及

2、氬氣充入系統(tǒng)、 水冷系統(tǒng)、其它附件。外形如下圖所示。 直拉單晶硅制備工藝 第一節(jié)：半導(dǎo)體硅的概念 第二節(jié)：備料 第三節(jié)：生長條件 第四節(jié)：拉晶過程 第五節(jié)：拉晶過程中的異常情況及處理 第六節(jié)：單晶硅的電阻率和摻雜計(jì)算 第七節(jié)：單晶硅的物理檢測(cè)為何選擇硅？n1 硅的豐裕度n2 更高的熔化溫度允許更寬的工藝容限n3 更寬的工作溫度范圍n4 氧化硅的自然生成n硅是地球第二豐富的元素，占到地殼成分的25，硅能夠提純到半導(dǎo)體制造所需的足夠高的純度而消耗更低的成本。硅的熔點(diǎn)14164，更高的熔點(diǎn)使硅可以承受更高的工藝，增加半導(dǎo)體的應(yīng)用范圍和可靠性。第一節(jié)：半導(dǎo)體硅的概念1.硅的物理性質(zhì); 硅的化學(xué)符號(hào)：S

3、i 原子量：28 原子序號(hào)：14 熔點(diǎn)14164 沸點(diǎn)3145 晶體結(jié)構(gòu)金剛石， 20固態(tài)密度：2.33g/3 ，1420液態(tài)密度2.54 g/3）， 電子遷移率13501003，空穴遷移率:480153 硅是四價(jià)元素，呈灰色，金屬光澤，性質(zhì)：脆弱， 比重較小，硬度較大。2.硅是一種半導(dǎo)體材料，通常的工業(yè)硅不具備半導(dǎo)體性能，但當(dāng)硅純度達(dá)到一定水平是就顯示出優(yōu)異的半導(dǎo)體性能。（提純的意義）3.晶體與非晶體晶體:由原子、分子或離子在空間按一定規(guī)律排列組成空間排列具有周期性和對(duì)稱性。宏觀性質(zhì)：1 晶體具有規(guī)則的外形 2 具有一定的熔點(diǎn) 3 晶體各向異性 非晶體：沒有固定熔點(diǎn)，各向同性。 絕緣體 導(dǎo)體

4、 半導(dǎo)體n 電子能量 電子能量 電子能量 n n 絕緣體 導(dǎo)體 半導(dǎo)體n價(jià)電子分布于價(jià)帶內(nèi)，價(jià)帶與導(dǎo)帶之間存在一個(gè)禁帶寬度，禁帶寬度具有很高的能級(jí)而產(chǎn)生一個(gè)禁帶（通常大于2eV）是絕緣體。n價(jià)帶與導(dǎo)帶重疊，電子移動(dòng)只需要很小的能量，是導(dǎo)體。介于絕緣體與導(dǎo)體之間的禁帶能級(jí)，就是半導(dǎo)體。硅的禁帶寬度是1.12eV，半導(dǎo)體的禁帶寬度處于中等程度。導(dǎo)帶禁帶價(jià)帶帶導(dǎo)價(jià)帶重疊能帶導(dǎo)帶禁帶價(jià)帶n2.單晶硅的概念n 熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來便結(jié)晶成單晶硅。n3 單晶硅的生長n 單晶硅按晶體生長方法的不同，分為直拉法（CZ）、

5、區(qū)熔法（FZ）和外延法。直拉法、區(qū)熔法生長單晶硅棒材，外延法生長單晶硅薄膜。直拉法生長的單晶硅主要用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽能電池。目前晶體直徑可控制在312英寸。區(qū)熔法單晶主要用于高壓大功率可控整流器件領(lǐng)域，廣泛用于大功率輸變電、電力機(jī)車、整流、變頻、機(jī)電一體化、節(jié)能燈、電視機(jī)等系列產(chǎn)品。外延片主要用于集成電路領(lǐng)域。n 1 .多晶硅2 .籽晶3 .母合金（摻雜劑）4 .石英坩堝第二節(jié):備料多晶硅生長直拉單晶硅所用的高純多晶硅原料必須符合的條件：結(jié)晶致密、金屬光澤好、斷面顏色一致，沒有明暗的溫度圈和氧化夾層，純度要求高。 多晶硅分級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)優(yōu)級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)等外基磷含量/

6、31*1013 1.5*1013 3*1013 7.5*1013 4.6*1014 基磷電阻cm4503001506010基硼含量/ 3 2.6*1013 5*1013 8.5*1013 1.1*1014 4.0*1014基硼電阻cm 450026001500100030原料腐蝕酸配比及腐蝕時(shí)間名稱酸配比(HF:HNO3)說明還原多晶硅1：61：7腐蝕液侵沒多晶硅，攪拌時(shí)不外露即可，冒出大量棕黃色氣體NO2時(shí)，用高純水沖洗回爐多晶硅1：51：7同上籽晶1：61：7舊籽晶如有氧化層，應(yīng)先用砂紙磨去再腐蝕母合金1：61：7碎塊容易氧化，腐蝕應(yīng)緩慢石英坩堝1：10一般腐蝕12分鐘，用高純水沖洗（目前

7、已基本不用此工序）籽晶n籽晶是生長單晶的種子，也叫晶種。拉制單晶的籽晶一般用單晶切成，一般為高阻。n晶向：結(jié)晶面的垂直方向叫做該晶面的晶向n根據(jù)晶向可分為：（100）（111）（110）等n（100）：晶向的單晶有四條棱線互成90度n（111）：晶向的單晶有三條棱線互成120度n（110）: 晶向的單晶有六條棱線母合金n拉制一定型號(hào)和電阻率的硅單晶，要選用適當(dāng)?shù)膽K雜劑。五族元素常用作單晶硅N型摻雜劑，主要有磷、砷、銻。三族元素常用作單晶硅P型摻雜劑，主要有硼、鋁、鎵。n所謂母合金就是雜質(zhì)元素與硅的合金。常用硅磷和硅硼兩種，雜質(zhì)濃度一般大于1018原子/CM3。石英坩堝n石英坩堝是單晶制備過程中

8、熔硅的容器，有透明和不透明之分，均為Si02制成。n石英坩堝要求:薄厚均勻一致，內(nèi)壁光滑無氣泡。泡、黑點(diǎn)，純度高。第三節(jié) 生長條件n一：直拉單晶爐n 直拉單晶爐主要由：爐體、電器部分、熱系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和氬氣供給裝置六部分組成。n二：熱系統(tǒng)及熱場n 熱系統(tǒng)由：加熱器、保溫系統(tǒng)、支持機(jī)構(gòu)、托桿、托碗等組成。加熱器是熱系統(tǒng)的主體，由高純石墨制成。保溫系統(tǒng)及其它部分則由高純石墨和碳?xì)纸M成。n合理的熱場分布應(yīng)該是:1,結(jié)晶界面處的縱向溫度梯度盡可能的大一些，保證單晶有足夠的生長動(dòng)力。但也不能過大，單晶既能良好的生長，又不能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷和發(fā)生晶變。2，生長界面處的徑向溫度梯度盡量接近零，以保證結(jié)

9、晶界面的平坦。第四節(jié) 拉晶過程n一：清爐n二：裝料n三：抽空n四：熔化硅n五：引晶n六：縮頸n七：放肩與轉(zhuǎn)肩n八：等直徑生長和收尾n九：停爐清爐n1、穿戴好勞保防護(hù)用品，認(rèn)真閱讀交接班記錄，準(zhǔn)備好拆爐工具。檢查電控柜，確認(rèn)各開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)后，才能送電控柜電源。拆爐前先查看真空度并作記錄。 n2、停加熱6-8小時(shí)后，才能充氣拆爐。充氣前先擰松副室門螺栓。充氣完后，打開副室門，提升晶體。n3、在晶體下方擺放好取晶框后，撤掉防護(hù)木板或托晶盤，然后降下晶體，晶體離取晶框底部還有3-5mm距離時(shí)，停止下降，嚴(yán)禁使晶體接觸到取晶框（會(huì)導(dǎo)致上軸鋼絲繩因跳槽而損壞）。剪斷細(xì)頸前，一人扶住取晶框，另一人用手抓

10、住重錘或連桿（禁止抓籽晶），然后剪斷細(xì)頸；剪斷細(xì)頸后逐步釋放重錘，控制好重錘的旋轉(zhuǎn)和晃動(dòng)，防止鋼絲繩跳槽或籽晶磕碰損傷。n4、戴上高溫隔熱手套，將導(dǎo)流筒、保溫蓋取出冷卻。將廢石英、堝底料取出，然后將三瓣石墨堝取出冷卻。最后再將主室爐筒升起到最高位，然后旋轉(zhuǎn)出來（離開熱系統(tǒng)）。n5、拆開抽空管道上的盲板，清洗管道內(nèi)的揮發(fā)物。清洗完成后，裝盲板時(shí)，注意將密封處擦干凈,密封圈裝好。清理爐膛注意事項(xiàng)：1、 拿石墨件的時(shí)候必須戴上線手套，嚴(yán)禁赤手接觸。使用吸塵管道時(shí)，要注意防止管道被燙化在石墨件上。石墨件較燙時(shí)，不能戴薄膜手套。2、 所有石墨器件必須徹底打掃干凈。干凈的標(biāo)準(zhǔn)是：容易拿出來的石墨部件：導(dǎo)流

11、筒、上下保溫蓋、副保溫筒、三瓣堝、石墨堝托，必須打掃到全部露出石墨的本色，特別是不能留有黃色的揮發(fā)物。不容易拿出來的石墨件：加熱器、主保溫筒、爐底護(hù)盤等，在大清的時(shí)候打掃，仍然要求打掃到露出石墨的本色。3、 所有爐子內(nèi)壁打掃干凈，不能留有任何揮發(fā)物。包括副室爐筒、兩個(gè)抽氣口、主窺視孔。4、 在進(jìn)行以上打掃時(shí)，必要時(shí)可以使用砂紙打磨。凡是用砂紙打磨過的地方，最后必須清理干凈。5、 每隔8爐左右對(duì)爐子進(jìn)行一次大清。大清范圍：所有石墨件；爐膛內(nèi)壁；真空管道 裝熱系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)：n 加熱器石墨螺釘是否緊固。n 托桿與下軸連接是否穩(wěn)固、對(duì)中。n 確認(rèn)石墨堝托及三瓣堝是否完好可用。n 托桿和石墨堝托、石

12、墨堝托與三瓣堝托 之間的止口連接必須吻合良好：作到旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)自如。裝料n1、檢查所備多晶料及母合金與報(bào)告單相符后，才能開始裝料。n2、戴好薄膜手套檢查石英坩堝問題（破損、裂紋、氣泡、黑點(diǎn)）后，將坩堝放入三瓣石墨堝內(nèi)，盡量裝水平。裝坩堝時(shí)要防止將坩堝外壁的石英渣子帶入堝內(nèi)。n3、裝好坩堝，須另換薄膜手套后，才能裝料。n4、裝料的原則，從縱向來說，小塊的料放在坩堝底部；最大塊的料放中部，中等大小的料放在最上面；從徑向來說，大塊的放在四周，小塊的放在中心。必要時(shí)，要把大塊的料敲小，盡量利用好堝內(nèi)空間，否則到最后可能料裝不下。n5、中下部門的料可以裝得緊湊些并且貼近堝壁，但應(yīng)該是自然堆砌，而不是硬擠。上

13、部的料塊，仍可輕輕靠在堝壁上。注意：n1、減少料塊與堝邊的接觸面積，以防止掛邊；n2、在料塊互相之間的相對(duì)位置方面，要預(yù)估料塊在跨料后，是否會(huì)架橋，然后進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；n3、裝最上面部分時(shí)，小塊的料不要靠在堝壁上（掛上后難以被烤下）；n4、不論是上、中、下哪個(gè)部位，料塊尖銳部位不能直接對(duì)著坩堝壁。6、裝完料降坩堝時(shí)，注意不要超過下限（不是設(shè)備下限 位，而是熱場配時(shí)確定的安全下限），防止造成短路。7、裝導(dǎo)流筒時(shí)要戴上薄膜手套，以防手沾污多晶料及導(dǎo)流筒，并且要避免導(dǎo)流筒撞上多晶料塊。裝好后要檢查料塊與導(dǎo)流筒之間的距離，能否允許轉(zhuǎn)動(dòng)坩堝，不能轉(zhuǎn)動(dòng)的，要在交班本上注明并口頭向下一班交接。8、檢查無誤后

14、，擦凈主爐室、副爐室密封面，合上爐蓋，打開副室門，關(guān)上閘板閥。用高速氣流對(duì)副室（包括副室圓筒）、籽晶、重錘等進(jìn)行吹拂。籽晶夾頭裝到重錘上時(shí)不能擰得過緊，整個(gè)拆爐、裝料過程中，籽晶不能有任何磕碰、損傷，對(duì)是否損傷有疑問時(shí)，應(yīng)更換新籽晶。9、裝好并停穩(wěn)籽晶后，關(guān)好副室門，抽空。 抽真空n1、檢查通水情況正常后，才能啟動(dòng)機(jī)械泵。循環(huán)水壓力0.2-0.25MPa。n2、啟動(dòng)泵時(shí)，需點(diǎn)動(dòng)兩、三次后，再開泵。真空閥必須慢慢20%-40%，保持約1分鐘左右后，再完全打開。不經(jīng)點(diǎn)動(dòng)直接開泵和過快地打開球閥都是錯(cuò)誤的操作方法。n3、真空度優(yōu)于1Pa以內(nèi)，才能開始檢漏，泄漏率低于0.5Pa/5分鐘，方可通氣加熱。

15、 n4、通氬氣: 通氣壓力0.5 MPa，氬氣流量40L/min，爐壓1000-1200。n根據(jù) 具體的工藝要求，這三項(xiàng)參數(shù)可在以下范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整：n通氣壓力0.25-0.65 MPa，氬氣流量20-50 L/min，爐壓600-3000Pa。熔化硅n手動(dòng)方式：用一個(gè)小時(shí)的時(shí)間，均勻的分三次將功率加到最高功率95kw。在高溫的前兩個(gè)小時(shí)內(nèi)，可適當(dāng)?shù)脑偕吖β实?5-100 kw之間，以便盡快的把料烘跨，防止掛邊、架橋、濺料。n自動(dòng)方式：檢查熔化參數(shù)，投自動(dòng)化料一旦料已經(jīng)跨下，并且沒有掛邊的危險(xiǎn)時(shí)，要及時(shí)的將功率降低到90-95 kw之間，過高的化料功率不利于成晶。在料全部熔完之前，還剩余少量小

16、料塊時(shí)，適當(dāng)預(yù)降功率到60-70 kw之間，以防止跳料，減少每一個(gè)化料步驟的時(shí)間。引晶n一、預(yù)熱籽晶n 下降籽晶到液面35毫米預(yù)熱兩到三分鐘。n二、合適的引晶溫度n 與溶液接觸后，籽晶周圍出現(xiàn)一片白色結(jié)晶，而其越來越大，溫度偏低，應(yīng)立即升溫。n 與溶液接觸后，籽晶周圍馬上出現(xiàn)光圈，而且籽晶也熔硅的接觸越來越小，光圈抖動(dòng)厲害，溫度偏高，立即降溫。n溫度過高的情況出現(xiàn)有兩種可能：n1、實(shí)際加熱功率偏高，應(yīng)適當(dāng)降低加熱功率n2、由于熔硅和加熱器保溫系統(tǒng)熱惰性引起的 n合適的引晶溫度是籽晶和熔硅接觸后，籽晶周圍逐漸出現(xiàn)光圈，最后光圈變圓。 這種方式是用經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)象來判斷引晶溫度。n三、判斷是否是單晶n熔

17、接好后，緩慢提拉籽晶。晶體出現(xiàn)三個(gè)均勻分布的白點(diǎn)為（111）晶向單晶，出現(xiàn)四個(gè)對(duì)稱分布的白點(diǎn)為（100）晶向單晶，或兩個(gè)對(duì)稱分布的白點(diǎn)為（110）晶向單晶。n四、原理：籽晶相當(dāng)于在硅熔體中加入了一個(gè)定向晶核，使晶體按晶核的晶向定向生長，制得所需晶向的單晶。同時(shí)晶核使晶體能在過冷度較小的熔體中生長，避免自發(fā)晶核的形成。 等徑 n n引晶n 放肩 收尾縮頸n目的：排除引出單晶中的位錯(cuò)。n 位錯(cuò)是由于籽晶和熔硅溫差較大，高溫的熔硅對(duì)籽晶造成強(qiáng)烈的熱沖擊，籽晶頭部產(chǎn)生大量的位錯(cuò).n縮頸有兩種方法：快縮頸和慢縮頸 n 慢縮頸時(shí)熔硅的溫度較高，主要控制溫度，生長速度一 般在每分鐘0.8-3毫米?？炜s頸時(shí)熔

18、體溫度較低，主要控制生長速度，生長速度一般在每分鐘2-8毫米。n 長度：一般為引晶直徑的5-6倍。n 引晶和縮頸總長度在150-200毫米之間。放肩與轉(zhuǎn)肩n放肩：引晶達(dá)到規(guī)定長度后，如果晶棱不斷，立刻降溫并降低拉速，使細(xì)頸逐漸長粗到規(guī)定的直徑，此過程稱為放肩。n要求：1、放肩的起始部分宜慢，之后應(yīng)適時(shí)降溫，使放肩生長平滑，防止肩部呈臺(tái)階狀。2、放肩拉速在0.3-0.5之間。n轉(zhuǎn)肩：待晶體長到規(guī)定直徑時(shí)（小于要求直徑約5mm時(shí)，即可開始轉(zhuǎn)肩） 緩慢提高拉速，使其平滑過渡，肩部近似直角。n要求：轉(zhuǎn)肩前需進(jìn)行預(yù)降溫，一般降低2-4n 轉(zhuǎn)肩速度為2-4mm/min，根據(jù)現(xiàn)場放肩快慢而定。n 轉(zhuǎn)肩過程中

19、適時(shí)跟上少量堝升。轉(zhuǎn)肩完成后，堝升調(diào)整到位。n 轉(zhuǎn)肩完成后，檢查等徑參數(shù)，投自動(dòng)控制。n 等直徑生長和收尾n原理：n單晶的等直徑生長中，隨著單晶長度的不斷增加，單晶的散熱表面積也增大，散熱速度也越快，單晶生長界面的溫度會(huì)降低，使單晶變粗。另一方面，隨著單晶長度的增加，熔硅逐漸減少，坩堝內(nèi)熔硅液面逐漸下降，熔硅液面越來越接近高溫區(qū)，單晶生長界面的溫度越來越高，使單晶變細(xì)。n等直徑生長，是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制溫度和拉晶速度，但在生產(chǎn)實(shí)踐中，操作工人一定要注意觀察和記錄晶體直徑和溫度的變化，一旦有異常，迅速報(bào)告班長或上一級(jí)部門。熔化料注意事項(xiàng)：n1、堝位升降的把握n一旦跨料之后，應(yīng)該馬上將坩堝升上來。如

20、果不及時(shí)將坩堝升上來，料塊的主體部分處于低溫區(qū)，會(huì)增加化料的時(shí)間，也就增加了坩堝和硅液的反應(yīng)時(shí)間，不利于坩堝的保護(hù)。上升的時(shí)候注意，要在料和導(dǎo)流筒之間留夠安全距離n2、在整個(gè)化料的過程中，都要有防范漏料的意識(shí)。因此，熔料過程中操作人員不能離開爐臺(tái)，要隨時(shí)觀察情況，及時(shí)處理掛邊、搭橋、漏料及其他意外事故。A:為了防范漏料，在平時(shí)（指正常時(shí)）就應(yīng)該積累以下經(jīng)驗(yàn)：高溫多少時(shí)間以后，坩堝下部會(huì)出現(xiàn)熔液；首次出現(xiàn)熔液時(shí)，液面的位置應(yīng)該在什么地方；第一次跨料后，液面高度應(yīng)該在什么位置。B:判斷漏料的跡象除了出現(xiàn)熔液的時(shí)間、熔液的高度位置外，還有一個(gè)參考現(xiàn)象是觀察加熱電流是否穩(wěn)定，因?yàn)槁┝蠒?huì)造成短路打火。

21、停爐n1、加熱功率降為零，關(guān)閉加熱電源按鈕。n2、停止坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)，籽晶轉(zhuǎn)動(dòng)可變慢，降坩堝50毫米，停止坩堝軸和籽晶軸的上下運(yùn)動(dòng)。n3、 3-4小時(shí)后可以停氬氣，熱檢并記錄真空度，關(guān)閉真空閥門，停止真空泵n4、 6-7小時(shí)后方可停冷卻水。收尾n目的：消除位錯(cuò)，提高成品率。n原因：單晶拉完時(shí)，由于熱應(yīng)力作用，尾部會(huì)產(chǎn)生大量位錯(cuò)，并沿著單 晶向上延伸，延伸的長度約等于一個(gè)直徑。所以收尾長度要求大于 150毫米。n 所謂熱應(yīng)力，就是指晶體中心部分對(duì)邊緣部分的相對(duì)收縮或膨脹，大小取決于晶體中溫度的均勻分布。可以是壓縮力或拉伸力。n靜態(tài)熱場：指硅熔完后，引晶時(shí)溫度分布狀況，由加熱器、保溫系統(tǒng)、 坩堝位置及周

22、圍環(huán)境決定。、n動(dòng)態(tài)熱場: 指拉晶時(shí)的熱場，由晶體生長放出的結(jié)晶潛熱影響溫度的分布，熔體液面下降使溫度分布發(fā)生變化，而晶體生長表面積增加，散熱面積增加，溫度分布也發(fā)生變化，這樣溫度熱場梯度不斷變化的熱場稱為動(dòng)態(tài)熱場， 動(dòng)態(tài)熱場是晶體生長的實(shí)際熱場。n溫度梯度：指溫度在某方向的變化率用dT/dr表示，指某點(diǎn)的溫度T在r方向的變化率，在一定距離內(nèi)某方向的溫度相差越大，單位距離內(nèi)溫度變化也越大，溫度梯度也越大，反之，越小。第五節(jié)：拉晶過程中的異常情況及處理n一：掛邊和搭橋n 掛邊：多晶硅熔完時(shí)，有少量硅塊粘在坩堝邊上。n 搭橋：多晶硅熔化過程中，部分硅塊在熔體上面形成 一座“橋”。n產(chǎn)生原因：1、裝

23、料不合要求。n 2、熔硅時(shí)坩堝位置太高或過早的提高了坩堝位置。n 3、過早的降低了熔硅溫度。n處理方法：首先降低坩堝位置，快速升高熔硅溫度，讓其處于加熱器高溫區(qū)。一旦掛邊或搭橋消失，快速降溫并快速升高坩堝，避免跳硅。二：硅跳：n 所謂硅跳，在化料過程中熔硅在坩堝中沸騰并且飛濺出來的現(xiàn)象。n 產(chǎn)生原因：n 1、多晶硅中有氧化層或封閉氣泡n 2、石英坩堝內(nèi)壁有氣泡n 3、熔化時(shí)溫度太高。n 一旦溫度高，硅和石英坩堝反應(yīng)加快，生成大量一氧化硅氣泡產(chǎn)生硅跳。 n Si +SiO2=2SiO n 4、料熔完后沒有及時(shí)升坩堝或降低功率。三：放肩時(shí)坩堝邊結(jié)晶n原因：熔硅表面過冷度太大。從工藝角度看，是熱場縱

24、向溫度梯度偏小或放肩時(shí)溫度降低太多而造成的。n解決方法：增大熱場的縱向溫度梯度，降低放肩時(shí)的拉晶速度。n一旦坩堝邊出現(xiàn)結(jié)晶，要適當(dāng)升高溫度，降低拉速，使結(jié)晶緩慢熔化，待熔化完后，可繼續(xù)進(jìn)行正常放肩拉晶。四：等徑時(shí)斷線或鼓棱n原因：1、原料有害雜質(zhì)含量高n 2、自動(dòng)狀態(tài)下溫度或拉速波動(dòng)過大n 3、外界有震動(dòng)。n 4、原料有氧化或真空度不高 等等n處理方式：不足一個(gè)直徑長度時(shí)，分以下幾種情況處理：n1、如果原料較差，或者化完料后看見液面有較多渣滓，應(yīng)該提渣（俗稱“提餅子”、“提蓋子”）。n2、如果原料較好，且化完料后液面較干凈，應(yīng)該回熔。n3、如果近期成晶比較正常，出現(xiàn)放肩過程中斷線的情況，應(yīng)該考

25、慮提渣。n提渣時(shí)，不必進(jìn)行冷卻。當(dāng)鼓棱長度大于一個(gè)直徑長度時(shí)，應(yīng)當(dāng)按單晶（無位錯(cuò)或有位錯(cuò)）進(jìn)行冷卻，冷卻步驟見下面，然后取出。n1、在記錄本上記下堝位，平均拉速、余料重量。n2、將計(jì)算機(jī)徑控、溫控退出自動(dòng)，并將加熱功率略微升高。n3、用快速將坩堝下降30-40mm，使晶體脫離液面 n4、將晶升速度調(diào)整到3.0mm/min，以次速度慢速提升晶體，使之逐步冷卻，保持60分鐘后，將晶升速度調(diào)整到6.0mm/min，再保持60分鐘，然后將晶升速度調(diào)整到8mm/min，保持60分鐘。最后將晶體提升到副室圓筒內(nèi)，然后進(jìn)行倒氣操作 倒氣操作的步驟及方法n一：在進(jìn)行倒氣之前，先確認(rèn)以下三個(gè)條件是否具備，否則不

26、能進(jìn)行倒氣 n 1）副室泵是否完好可用。n 2）晶體長度能否升到副室圓筒以內(nèi)。n 3）閘板閥冷卻良好，出水溫度正常 n二：晶體高度提升到足夠安全的位置，確保不會(huì)被閘板閥碰到 n三： 確認(rèn)主室氬氣通上之后，才能蓋上閘板閥。如果主室被抽成真空，將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的跳料，損壞導(dǎo)流筒及熱場。n四：主室通氣位置切換后，隨時(shí)觀察爐內(nèi)是否正常，防止結(jié)晶和跳料n五：取出晶體或換完籽晶后，合上爐門，給副室抽上真空之后，不能直接打開閘板閥，必須趕氣三次后，才能打開。趕氣的方法是：抽上真空后，打開副室氬氣，氬氣流量使用流量計(jì)最大值50L/min，通氣時(shí)間持續(xù)1-2分鐘；然后關(guān)閉氬氣，抽空1-2分鐘后，再次打開氬氣，如此循

27、環(huán)往復(fù)3次。n六：趕氣完后，打開閘板閥，通上副室氬氣，關(guān)閉主室氬氣，關(guān)閉副室真空閥，關(guān)閉副室泵。這五步操作之間的順序不能錯(cuò)，時(shí)間間隔盡量縮短。五：導(dǎo)流筒被熔硅侵壞的幾種情況n1、在升坩堝時(shí)，沒注意看爐內(nèi)，升過頭了，讓導(dǎo)流筒浸入液面。正確的方法是：升坩堝時(shí)，主要看爐內(nèi)，堝位標(biāo)尺只能作為參考。n2、倒氣時(shí)，蓋上閘板閥之前，沒有先通上主室的氬氣，導(dǎo)致主室被抽成真空而跳料。n3、當(dāng)晶體長度較長時(shí)，回熔前沒有先將堝位降低，就開始回熔，隨著晶體的熔化，液面逐漸漫上來，浸到熱屏。n4、化料完了后，沒有將功率降低，導(dǎo)致嚴(yán)重跳料。n5、使用高堝位（液面與熱屏距離很近）拉晶，堝升跟蹤比例不正確：快得太多，導(dǎo)致液面

28、逐步上升，靠上熱屏。第六節(jié)：單晶硅的電阻率和摻雜計(jì)算n一：雜質(zhì)的溶解及擴(kuò)散n二：雜質(zhì)的蒸發(fā)n三：雜質(zhì)的分凝n四：純?cè)負(fù)诫sn五：母合金摻雜的計(jì)算一：溶解的概念：n溶液溶液 ：兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組成的均勻而穩(wěn)定的混合物。均勻指在溶液中物質(zhì)的分散程度達(dá)到分子水平 ，穩(wěn)定指如無外力的破壞可以長期存在 。n溶劑溶劑：溶液中能溶解其他物質(zhì)的物質(zhì)。 n溶質(zhì)溶質(zhì) ：溶液中被溶劑溶解的物質(zhì)。n溶解度溶解度：在一定的溫度和壓力下，物質(zhì)在一定量的溶劑中達(dá)到溶解平衡時(shí)的最高量。通常以100克溶劑中所能溶解的物質(zhì)的克數(shù)表示。兩種元素原子半徑差別越大，溶解度越小。 擴(kuò)散:n雜質(zhì)在硅中溶解時(shí)，雜質(zhì)原子在硅中

29、不斷向四周散開，稱為擴(kuò)散。n擴(kuò)散過程中，物質(zhì)的擴(kuò)散流量，即單位時(shí)間內(nèi)通過單位橫截面積所輸送的物質(zhì)量和這個(gè)物質(zhì)橫跨這一截面的濃度變化成正比。二：雜質(zhì)的蒸發(fā)n從分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)看，液體表面的微粒以很大速度運(yùn)動(dòng)，能夠克服表面層其它微粒的吸引，逸出液面相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，超出了微粒作用的的范圍，不再受表面微粒吸引而成為蒸汽原子或分子的現(xiàn)象叫做蒸發(fā)。n液體表面積越大，蒸發(fā)越快；n溫度越高，蒸發(fā)速度越大。（溫度升高，液體微粒運(yùn)動(dòng)速度增大，逸出的微粒數(shù)增加）三：雜質(zhì)的分凝n當(dāng)結(jié)晶過程是順序凝固，并進(jìn)行的十分緩慢，近似固液共存的平衡狀態(tài)，那么雜質(zhì)在固態(tài)和液態(tài)中的濃度分布是不一樣的，這種現(xiàn)象就是雜質(zhì)的分凝效應(yīng)。n單晶硅的縱向電阻率的分布，是頭高尾低，并且期間的變化是連續(xù)的，這種差異是頭部到尾部雜質(zhì)含量的差異，這種差異的造成就是分凝的結(jié)果雜質(zhì)在硅中的平衡分凝系數(shù)K0值n若K0=1