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拉晶教程
State Key Lab of Silicon Materials
5） 放 肩 a.减慢提拉速度 （0.5mm）
b.降低溶液温度 （140-160）
6） 转 肩 a.接近预定目标直径时，提高 拉速 (提至150mm/h） b.为保持液面的不变，转肩时或转肩 后应开启埚升
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2.2 拉晶工艺过程
图3
拉晶基本流程
State Key Lab of Silicon Materials
1） 拆 炉 准备拆炉用品：1.耐高温手套 2.酒精（无水乙醇） 3.无尘布 或绸布（可重复使用） 4.台车 5.穿好工作服，戴好口罩等
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8） 收 尾 （防止位错反延） a.逐步缩小晶体的直径直至最后缩小成为一点 · 提高拉速 · 升高温度 b.位错反延的距离大约等于生长界面的直径 c.影响单晶的成品率 9） 冷 却 停止石墨加热器的加热，使单晶冷却，此时单晶 处于急速冷却状态，需调整冷却速度，防止单晶产 生缺陷（内裂，冷却提速60-80mm，后可减至 200mm） 冷却时间 · 单晶直径 · 剩余埚底料
注意事项：1.清理干净（沉积的硅化 物及积硅） 2.检查石墨件的使用情况（裂纹，变形 ，螺丝松动等） 3.安装热场要均匀，对称 4.取光孔要对准
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2） 装料、熔料 a. 石英坩埚的检查及安装（是否有孔 、气泡、黑点、气泡群或划伤等） b. 多晶硅的安装注意点 c. 掺杂 （确认与工艺单上一致） 3） 籽晶与熔硅的熔接 a. 温度的稳定（装料量越大，所需时间越长） b. 籽晶的预热（减少籽晶与熔体的温度差，从而减少籽晶中产生 的热应力） 4） 引晶 a. 排除籽晶中的位错 b. 拉速1-5mm/min 直径3-5mm 长度80-150mm
拉晶工基本操作步骤
拉晶工基本操作步骤一)拉晶的基本操作分为13个步骤,如下:1系统启动2清炉3装料4抽空检漏5化料6全熔稳定7引晶缩颈8放肩9转肩10等径11收尾12停炉及热后真空检漏13拆炉二)具体明操作⑴系统启动在系统启动时先通知机修工送电,待通电后打开控制柜电源并通知机修工检查单晶炉冷却水循环系统及氩气是否可以正常使用.打开控制柜电源后检查晶体转动升降和坩埚转动升降是否正常使用以及晶体上升及下降限位,坩埚上升及下降限位是否也调好.检查石墨件和籽晶钢丝绳重锤,钼拉头是否齐全⑵清炉①将炉内石墨件完好的取出②用砂纸和酒精纸将炉底打磨擦试干净③将真空泵抽空管道清理干净④将石墨件用砂纸打磨用究竟纸擦试干净⑤按照取出的顺序反向依次安装注:炉底铜电极和石墨电极及加热器在安装时一定要清理干净避免打火.三)装料①将备好的料检查好后用装料车拖至需安装料的炉前②将托杆螺丝紧好③将炉底用吸尘器吸干净④通知师傅检查石英坩埚及石墨件⑤装料时将母合金先放置在石英坩埚底部⑥将大块料轻轻地放在底部排放整齐，尽量不要有太大的间隙，中块料及小块料用来填补间隙⑦在装到石英坩埚顶部时放下去的料与石英坩埚接触面尽量减少⑧在导流筒放下去后，在导流筒中部将剩余的料装好，注意料在装时不要与导流筒接触⑨全部装好后封炉注：装料时请轻拿轻放，装好后炉筒上口、炉盖上口和副室仓门的橡胶密封皮圈一定要装好，并用酒精纸顺一个方向擦拭干净。
装料时，OCI的多晶必须全部装下，装剩下的料尽可能只剩下一种，装料前检查是否需要换油及是否有配件需要修理四）抽空检漏①封炉后将主室真空泵打开运行2~5分钟，打开主室泵球阀，先开1∕3处待真空泵抽至压力为-0.01再完全打开球阀②将真空抽至7pa以下到极限后关闭主室泵球阀进行检漏，要求3分钟泄露不超过1pa注：在抽空过程中，反复2~3次充氩气再关闭氩气抽空。
如抽不下或泄露过大及时通知机修工修理五）加热化料①抽空检漏完成后将主室泵球阀打开充副室氩气，将压力维持在1.3×310pa②打开加热器电源，切换到温度控制界面将功率加至30kw，半小时后加至50kw，半小时后加至70kw,半小时后加至90kw（加热后将电流过低报警器和加热器异常报警器打开③在高温后，料化至差不多时将功率降至75kw，如有渣则掉渣，无渣就全部化掉注：加热时如有异常报警，及时找机修工修理。
拉晶的基本流程
1.原料准备。
首先需要准备高纯度的硅原料，这通常通过电解还
原法、气相法或溶胶凝胶法等方法制备。
在准备硅片的过程中，会对其进行清洗和抛光，以去除表面的杂质和缺陷。
2.晶体生长。
在单晶炉中，晶体生长是核心环节。
这个过程包括
将硅片加热到约1400°C的高温下使其融化形成熔体，然后加入晶种，使晶体从晶种上长出。
生长过程中需要控制熔体的温度、降温速度、生长速度和方向等参数。
3.晶棒修剪。
晶体生长结束后，需要对晶体进行修剪，即将晶体根
据要求切割成晶棒。
这一步通常使用金刚石线锯进行。
4.炉子保养。
长时间使用后，单晶炉需要进行定期的保养，包括炉
外清洗、炉体内部清洁、检查零部件的磨损情况和机械部件的运转情况等。
1
5.晶体修整和测试。
晶体修整是在晶体的外部去除不平整、不光滑
和不符合规格要求的部分，可以采用化学机械抛光(CMP)和机械抛光等方法。
晶体完成后，还需要对晶体的性能进行测试，包括抗力、电子流、电和光学性能、应变、发光度等。
拉晶的基础知识
拉晶的基础知识1. 什么是拉晶？拉晶是一种通过机械力或化学方法将晶体材料拉长、加工成具有特定形状和尺寸的工艺过程。
拉晶技术广泛应用于半导体、光电子、光纤通信等领域，是现代工业中重要的材料加工方法之一。
2. 拉晶的原理和过程2.1 拉晶的原理拉晶的原理是利用材料的塑性变形性质，在外力的作用下，晶体材料的原子间距发生改变，晶体内部的缺陷和位错得到修复，从而使晶体的形状和尺寸发生变化。
2.2 拉晶的过程拉晶的过程主要包括以下几个步骤：1.材料选择：选择适合拉晶的材料，通常是单晶或多晶材料。
2.材料准备：将原始材料进行切割、打磨和清洗等处理，以便得到适合拉晶的样品。
3.加热处理：将材料加热到适当的温度，使其具有足够的塑性，便于拉伸。
4.拉伸过程：通过机械力或化学方法施加拉伸力，使材料逐渐拉长，直至达到所需形状和尺寸。
5.冷却处理：将拉伸后的材料进行冷却处理，使其保持所需的形状和尺寸。
6.后续处理：根据具体需求，对拉晶材料进行切割、打磨、抛光等后续处理，以得到最终的产品。
3. 拉晶的应用领域拉晶技术在各个领域都有广泛的应用，以下是几个典型的应用领域：3.1 半导体行业在半导体行业中，拉晶技术被用于制备硅晶圆和其他半导体材料。
通过拉晶技术，可以将单晶硅棒拉伸成硅片，用于制造集成电路和太阳能电池等器件。
3.2 光电子领域光电子领域中的光纤、光波导等器件都需要使用拉晶技术。
通过拉晶技术，可以制备出高纯度的光纤和光波导材料，用于信号传输和光学器件的制造。
3.3 材料科学研究在材料科学研究中，拉晶技术被广泛应用于研究各种材料的力学性能和晶体结构。
通过拉晶实验，可以研究材料在不同应变条件下的行为，进一步优化材料的性能。
3.4 其他领域除了上述领域，拉晶技术还可以应用于纺织、金属加工、建筑材料等领域。
例如，在纺织行业中，通过拉晶技术可以制备出高强度、高弹性的纤维材料，用于制作高性能纺织品。
4. 拉晶的发展趋势随着科学技术的不断进步，拉晶技术也在不断发展。
拉晶工艺及操作规程PPT幻灯片
陕西西京电子科技有限公司
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一、拉晶工艺流程图
检验
晶棒
配料
库房
煅烧
Hale Waihona Puke 拆、清炉 停炉 收尾装料
抽真空
等径
转肩
充氩气
化料
引晶
放肩
缩颈
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说明：
a)单晶制造工艺流程为方块标注环形部分，即由 配料工序开始，至晶棒终止；
b)配料工序的入口为库房管理部门； c)晶棒工序的出口为检验； d)在本工艺流程中，如果拉晶为连续工作时，在
4. 新装加热器时,加热器与石墨电极之间垫碳箔。每次拆 炉都要抬起加热器，松动与石墨电极之间的连接,以防 粘连。使用一月之后，以上四项检查可以降低频率到每 次大清的时候检查一次。
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2.装料
• 检查所备原料及母合金是否与随工单相符，观察包装有无破损现 象，区分原料的大小、破碎程度，如原料不符合要求（如：料未 清洗）应及时更换；按要求穿戴好劳保用品。
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清炉过程
待取出的石墨件自然冷却后,进行彻底清理。石墨件的附着物 用砂纸打磨后，用刷子和吸尘器对石墨件作整个除尘，用棉 布或毛巾擦拭直至干净。 清理干净的标准是：导流筒、上下 保温盖、保温筒、三瓣埚、石墨埚托等，必须清理到全部露 出石墨的本色，特别是不能留有黄色的挥发物。
将炉子内壁、炉盖、主炉筒、小副室、副炉筒、两个抽气口 、观察窗、依尔根信号孔及其防护玻璃清理干净。先用吸尘 器把炉内的挥发物等吸净，再用沾有酒精的棉布或毛巾彻底 擦拭，不能留有任何挥发物。
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安装热系统
将清理过的石墨热系统各部件按 “炉底碳毡”、“炉底护盘”、“下 保温筒”、“排气口护套”、“坩埚护套”、“电极护套”、“石墨电极 ”、“石墨加热器”、“石墨螺丝”的顺序安装。注意在“石墨电极与 炉体电极、加热器与石墨电极以及加热器与石墨螺丝接触面处加 一层完整无损的碳箔；然后按顺序安装“中、上保温筒”、“石墨 托杆”、“石墨埚托”以及“三瓣埚”。
拉晶教程专题知识专业知识讲座
2.1 硅单晶的生长装置
·机械部分
·电气部分
（1）硬件方面 1.在单晶旋转的同时能上拉 2.软轴驱动部、坩埚移动驱动部
的构造能耐高重量负荷 3.坩埚旋转的同时能够上下移动 4.耐减压、耐高温的构造 5.装置要密封，无漏气等 6.在停电、地震等非常情况有安
全对策功能
图1 单晶生长装置概略图
2） 装料、熔料 a. 石英坩埚的检查及安装（是否有孔 、气泡、黑点、气泡群或划伤等） b. 多晶硅的安装注意点 c. 掺杂 （确认与工艺单上一致） 3） 籽晶与熔硅的熔接
a. 温度的稳定（装料量越大，所需时间越长） b. 籽晶的预热（减少籽晶与熔体的温度差，从而减少籽晶中产生 的热应力）
4） 引晶
引上速度平均值
+ 设定值出力
图2 单晶直径控制和拉速控制程序模块
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2.2 拉晶工艺过程
图3 拉晶基本流程
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1） 拆 炉
准备拆炉用品：1.耐高温手套 2.酒精（无水乙醇） 3.无尘布 或绸布（可重复使用） 4.台车 5.穿好工作服，戴好口罩等
State Key Lab of Silicon Materials
• 2. 区熔法 （FZ法） ：采用高频率线圈从外围来加热溶解多
晶棒，在与籽晶接触后移动线圈的方法制取单晶。
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拉晶教程PPT课件
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c. 突然停电、停水
1.瞬间停电（几秒），检查恢复停电前的工艺状态，并进行干预，使工艺恢 复正常，
2.停电时间较长，液面都快结晶，则应先关闭真空泵，并手动摇柄将坩埚 下降或转动晶升电机（注意方向），使单晶脱离液面，同时关闭氩气阀 （防止正压） 及时来电或者长时间不来电，视具体情况具体操作
处理方法：1.降低埚位（不得降过下限位），转动坩 埚，将挂边处转至热场中温 度较高的一
方（一般在两边电极的方位）
2.升高功率，让挂边处硅料迅速熔化
注意：防止“跳硅”
第19页/共23页
b. 坩埚裂缝
坩埚裂缝的具体情
况
1.熔料时发现埚裂，立即降温停炉
2..拉晶时发现埚裂，视裂纹是否深入液体情况
后果：烧坏部件，造成重大损失
直径计测值
+
直径设定值
P I D 计算
引上速度设定值 出力
2.在单晶等晶过程中具备直径控制 、拉晶速度控制的功能。本控制的 程序块图表如图2所示
引上速度平均值
+ -
引上速度设定值
P I D 计算
温度设定值出力
图2 单晶直径控制和拉速控制程序模块
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2.2 拉晶工艺过程
图3 拉晶基本流程
B（硼） （铝镓铟） P（磷），Sb（锑），As（砷）
单晶在固化时出现掺杂剂的偏析现象，单晶头尾电阻率的变化趋势
降低比例视掺杂剂的分凝系数而定。（杂质浓度与电阻率反比）
B 0.8 P 0.35 d. 氧浓度
As 0.3
Sb 0.026
石英坩埚
硅溶液
直拉硅单晶工艺简介PPT.
化料
• 在一定的功率（在规定的时间内从低到高慢慢提升，直到化料要求功率） 和一定的埚位下使硅料熔化
-
中心位置
加热器温度最高点
中心位置
加热器温度最高点
• 在表面硅料全部熔化后，不可将坩埚的位置升的太高，须保证液面至导流 筒的距离有2- 3cm，防止石英坩埚底部硅料翻出时碰到导流筒使导流筒粘 硅。
异常处理
掉棒
产生原因 一、籽晶断
二、籽晶绳
1、籽晶熔接 2、籽晶氧化 3、籽晶夹具 1、籽晶绳氧化 2、籽晶绳毛刺
异常处理
该情况可能会直接导致石英埚破裂引发漏硅事件。 该情况发现应注意以下几点:
一、晶棒过长，停炉处理
角度放大。 • 当放肩直径接近加工要求的直径时，须多次测量，如放肩速度过快，
在直径比预定直径小10mm左右进入转肩状态。如放肩较慢，可在直径 比预定直径小5mm左右进入转肩状目标直径后提高拉速使之纵向生长 • 根据单晶炉性能，转肩可自动或手动，自动单晶炉将晶体生长控制程
等径
1、等径时，晶转、埚转、氩气流量、炉内压及 平均拉速值。 2、等径时，埚跟比随剩余重量变化而变化。
收尾
1、自动收尾时，晶升变化根据收率表来变化 还是根据指数表变化。
2、收尾时，启时拉速是当时的平均拉速还是 设定个拉速。
收尾斜率表，内设定了收尾时的晶升、埚转 、晶转、氩气流量及炉内压力。 2、温度变化根据长度
序启动到“转肩”状态即可。手动单晶炉将晶升速度开到2-3mm/min。 测量并观察晶体生长情况。 • 转肩时根据实际情况可适当提高或降低拉速，同时也可降 低或上升温 度设定点。但拉速不宜调整太快或太高，否则可能会造成转肩掉棱。
直拉硅单晶工艺简介
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a. 晶面 （由籽晶的晶面决定）
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b. 导电型 代表性掺杂物和导电型
P型掺杂 N型掺杂
c. 电阻率
B（硼） （铝镓铟） P（磷），Sb（锑），As（砷）
单晶在固化时出现掺杂剂的偏析现象，单晶头尾电阻率的变化趋势
降低比例视掺杂剂的分凝系数而定。（杂质浓度与电阻率反比）
例题1：需要拉制重掺硼单晶硅，装料量为60Kg，目标电阻率为5×10-3Ω·cm, 试计算需要掺入高纯硼多少克？
解：W=60000g d=2.33g/cm3 Cs=2.01×1019(从表中查出5×10-3Ω·cm对 应的杂质浓度值) M=10.81 （元素周期表 B） No=6.02×1023 Ko=0.8
(2)软件方面 1.在输入工艺数据后，能自动控制 各流程；
直径计测值
+
直径设定值
P I D 计算
引上速度设定值 出力
2.在单晶等晶过程中具备直径控制 、拉晶速度控制的功能。本控制的 程序块图表如图2所示
引上速度平均值
+ -
引上速度设定值
P I D 计算
温度设定值出力
图2 单晶直径控制和拉速控制程序模块
·电气部分
（1）硬件方面 1.在单晶旋转的同时能上拉 2.软轴驱动部、坩埚移动驱动部
的构造能耐高重量负荷 3.坩埚旋转的同时能够上下移动 4.耐减压、耐高温的构造 5.装置要密封，无漏气等 6.在停电、地震等非常情况有安
全对策功能
图1 单晶生长装置概略图
State Key Lab of Silicon Materials
B 0.8 P 0.35 d. 氧浓度
As 0.3
Sb 0.026
石英坩埚
硅溶液
单晶棒 1%
以氧化硅的形式从融液表面蒸发掉
99%
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Байду номын сангаас
e. 碳浓度 构成热场的石墨材料 2.4 再加料工艺 提高单晶的生产效率 再加料的注意事项：
硅多晶混入单晶中
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• 2. 区熔法 （FZ法） ：采用高频率线圈从外围来加热溶解多
晶棒，在与籽晶接触后移动线圈的方法制取单晶。
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2. 硅单晶的生长
2.1 硅单晶的生长装置
·机械部分
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直拉单晶硅的生长技术
赵建江 浙江大学硅材料国家重点实验室
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课程的主要内容
1.单晶的制造方法 1. 直拉法 （切克劳斯基法、CZ法）：利用旋转着的籽晶
从坩埚中的溶液提拉制备出单晶的方法
6） 转 肩 a.接近预定目标直径时，提高 拉速 (提至150mm/h） b.为保持液面的不变，转肩时或转肩 后应开启埚升
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7） 等径生长
a.达到目标直径时，能实现直径的自动控制
b.保持晶体的无位错生长 ·温度梯度（轴向、径向温度梯度不能过大） ·难熔固体颗粒、炉尘（坩埚中的熔体中的SiO挥发后，
8） 收 尾 （防止位错反延） a.逐步缩小晶体的直径直至最后缩小成为一点 ·提高拉速 ·升高温度 b.位错反延的距离大约等于生长界面的直径 c.影响单晶的成品率
9） 冷 却 停止石墨加热器的加热，使单晶冷却，此时单晶
处于急速冷却状态，需调整冷却速度，防止单晶产 生缺陷（内裂，冷却提速60-80mm，后可减至 200mm）
在炉膛气氛中冷却混结成的颗粒）、坩埚起皮后的脱落物等
方法：1.调整热场的结构和坩埚在热场中的初始位置，可改变晶体中的温度 梯度
2.调节保护气体的流量、压力，调整气体的流向，可以带走挥发物 SiO和有害杂质CO气体，防止炉尘掉落
c.无位错单晶的判断（111晶向、100晶向）
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2.5 硅晶体的掺杂
目标浓度 投料量 掺杂元素原子量
m
=
Cs Ko
W d
M No
分凝系数 硅的密度
阿伏伽德罗常数
投料量
目标浓度
m = W 合金
si
Csi
Ko C C 合金
si
分凝系数
掺杂母合金浓度
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2.2 拉晶工艺过程
图3 拉晶基本流程
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1） 拆 炉
准备拆炉用品：1.耐高温手套 2.酒精（无水乙醇） 3.无尘布 或绸布（可重复使用） 4.台车 5.穿好工作服，戴好口罩等
注意事项：1.清理干净（沉积的硅化 物及积硅） 2.检查石墨件的使用情况（裂纹，变形 ，螺丝松动等） 3.安装热场要均匀，对称 4.取光孔要对准
State Key Lab of Silicon Materials
2） 装料、熔料 a. 石英坩埚的检查及安装（是否有孔 、气泡、黑点、气泡群或划伤等） b. 多晶硅的安装注意点 c. 掺杂 （确认与工艺单上一致） 3） 籽晶与熔硅的熔接
a. 温度的稳定（装料量越大，所需时间越长） b. 籽晶的预热（减少籽晶与熔体的温度差，从而减少籽晶中产生 的热应力）
4） 引晶
a. 排除籽晶中的位错 b. 拉速1-5mm/min
直径3-5mm 长度80-150mm
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5） 放 肩 a.减慢提拉速度 （0.5mm） b.降低溶液温度 （140-160）
冷却时间 ·单晶直径 ·剩余埚底料
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2.3 拉晶条件和单晶特性 单晶生长参数
1.多晶装料量 2.杂质种类（掺杂） 3.杂质掺杂量 4.单晶旋转数 5.坩埚旋转数 6.初始坩埚位置 7.单晶生长速度 8.单晶冷却条件
相关单晶特性
1.导电型号（P型或N型） 2.电阻率 ( ρ ) 3.断面内电阻率变化率 ( Δ ρ ) 4.氧浓度 ( Oi ) 5.碳浓度 ( Cs ) 6.单晶缺陷 ( OSF, MD )