直拉单晶工艺常识
直拉单晶硅工艺技术黄有志
直拉单晶硅工艺技术黄有志直拉单晶硅工艺技术是制备单晶硅材料的一种重要方法。
该技术的发展，对于现代半导体产业的推动和发展具有重要意义。
黄有志博士是在该领域取得突破性进展的科学家之一。
以下是对其工艺技术的一些介绍。
直拉单晶硅工艺技术是制备高纯度、高晶质结构的单晶硅材料的关键技术之一。
它是将多晶硅材料通过高温熔融状态下拉制而成的。
在这个过程中，使用的原料是通常用石英砂进行还原制备的多晶硅材料，通过特定的工艺参数控制，使其在高温下逐渐冷却凝固，形成单晶硅材料。
直拉单晶硅工艺技术具有高效、高质量的特点。
首先，该工艺技术能够有效地提高单晶硅材料的纯度。
在熔融状态下，通过控制氧气处理时间和掺杂剂的加入，可以有效地去除杂质。
其次，该工艺技术能够制备出高质量的单晶硅材料。
通过控制拉伸速度和温度梯度，可以减少晶体结构的缺陷，提高晶体的完整性和结晶度。
最后，该工艺技术还具有高效率的特点。
相比于其他制备单晶硅材料的方法，直拉工艺技术可以大规模生产，并且成本低廉，适用于工业化生产。
黄有志博士在直拉单晶硅工艺技术的研究领域做出了突出的贡献。
他主要关注在工艺参数的优化和工艺过程的监控控制方面。
通过对熔融硅的温度、拉伸速度、氧气处理时间等参数的研究，他成功地优化了工艺参数，提高了单晶硅材料的质量和产量。
同时，他还研发了一套先进的监控系统，可以实时监测熔融硅的温度和拉伸速度等参数，确保工艺过程的稳定性和可控性。
黄有志博士的工艺技术在半导体产业中得到了广泛的应用。
单晶硅材料是半导体器件制备中不可或缺的基础材料，而直拉单晶硅工艺技术能够高效、高质量地制备出该材料，为半导体器件的生产提供了重要保障。
目前，黄有志博士的工艺技术已广泛应用于半导体材料制备企业中，并且取得了良好的经济效益和应用效果。
总之，直拉单晶硅工艺技术是制备高纯度、高质量的单晶硅材料的关键技术之一。
黄有志博士在该领域的研究和创新，为该技术的发展和应用做出了重要贡献。
他的工艺技术在半导体产业中得到了广泛应用，为半导体器件的制备提供了重要支持。
单晶小知识直拉法
固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。在引晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体。通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状。
生长过程中各阶段生长条件的差异
3，磁控直拉技术与直拉法相比所具有的优点在于：
减少了熔体中的温度波度。一般直拉法中固液界面附近熔体中的温度波动达10 C以上，而施加0.2 T的磁场，其温度波动小于1℃。这样可明显提高晶体中杂质分布的均匀性，晶体的径向电阻分布均匀性也可以得到提高；
降低了单晶中的缺陷密度；
减少了杂质的进入，提高了晶体的纯度。这是由于在磁场作用下，熔融硅与坩锅的作用减弱，使坩锅中的杂质较少进入熔体和晶体。将磁场强度与晶体转动、坩锅转动等工艺参数结合起来，可有效控制晶体中氧浓度的变化；
1，在直拉法中，氧含量及其分布是非常重要而又难于控制的参数，主要是熔体中的热对流加剧了熔融硅与石英坩锅的作用，即坩锅中的O2,、B、Al等杂质易于进入熔体和晶体。热对流还会引起熔体中的温度波动，导致晶体中形成杂质条纹和旋涡缺陷。
2，半导体熔体都是良导体，对熔体施加磁场，熔体会受到与其运动方向相反的洛伦兹力作用，可以阻碍熔体中的对流，这相当于增大了熔体中的粘滞性。在生产中通常采用水平磁场、垂直磁场等技术。
直拉法的引晶阶段的熔体高度最高，裸露坩埚壁的高度最小，在晶体生长过程直到收尾阶段，裸露坩埚壁的高度不断增大，这样造成生长条件不断变化（熔体的对流、热传输、固液界面形状等），即整个晶锭从头到尾经历不同的热历史：头部受热时间最长，尾部最短，这样会造成晶体轴向、径向杂质分布不均匀。
直拉法－技术改进
一，磁控直拉技术
直拉单晶硅
方式称为“自然对流”。自然对流的
程度大小可由格拉斯霍夫常数来判定：
熔体
Gr agT d 3
Vk 2
对于硅而言，α=1.43×10-4℃-1，vk=3 ×10-3cm2/sec，
因此，Gr=1.56 ×104△Td3。此外，Gr的临界值为105，
而根据估计实际的Gr值高达108。除非靠其它的对流方式
籽晶
单晶硅棒
石英坩埚 水冷炉壁 绝热石墨 加热器 石墨坩埚 石墨底盘 石墨轴承 电极
在熔体结晶过程中， 温度下降时，将产生由液态 转变成固态的相变化。为什 么温度下降，会导致相变化 的产生呢？这个问题的答案 可由热力学观点来解释。
一个平衡系统将有最低的自由能，假如一个系统的自由能 G高于最低值，它将设法降低G（即△G < 0）以达到平衡 状态。因此我们可以将△G < 0视为结晶的驱动力。
判断 Bo Ra d 2g
Ma
所以在表面上较大的长晶系统
主要受自然对流控制。而表面张力对流在低重力状态（例
如太空中）及小的长晶系统，才会凸现其重要性。
思考题
1、直拉单晶炉由几大部分组成？ 2、什么叫直拉单晶炉的热场 ？ 3、直拉单晶炉的合理热场条件是什么？ 4、直拉单晶硅的工艺步骤？ 5、直拉单晶硅通常选择那些晶体生长方向，为什么？ 6、直拉单晶硅中如何实现无位错生长？ 7、直拉单晶硅中熔体的对流分哪几种情况，分别用什么 常数来判断其对流的程度？
自然对流、晶轴旋转和坩埚旋转三种方式相互作用对熔体 流动的影响。
表面张力引起的对流
由液体的温度梯度，所造成的
表面张力的差异，而引起的对流形
态，称为表面张力对流。其对流程
度大小可由Marangoni常数来判断
《直拉单晶硅生长工艺流程和注意事项》
《直拉单晶硅生长工艺流程和注意事项》下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!直拉单晶硅生长工艺流程与注意事项详解直拉单晶硅，是半导体工业中最为常见的一种硅晶体生长方法，广泛应用于太阳能电池、集成电路等领域。
简述直拉单晶硅工艺流程及各步骤注意事项
简述直拉单晶硅工艺流程及各步骤注意事项下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!简述直拉单晶硅工艺流程及各步骤注意事项直拉单晶硅（Czochralski Process，简称CZ法）是半导体行业中广泛采用的硅晶体制备技术，主要用于制造集成电路和太阳能电池片。
直拉单晶工艺学
直拉单晶炉热场
静态热场——熔硅后引晶时的温度分布， 静态热场——熔硅后引晶时的温度分布， 由加热器、保温系统、坩埚位置等因素决 定。 动态热场——拉晶时的热场，由结晶潜热、 液面下降、固体表面积增加等因素决定。 常用温度梯度 温度梯度从数量上描述热系统的温度 温度梯度 分布情况。 温度梯度——指温度在某方向的变化率 指温度在某方向的变化率 温度梯度 一定距离内，某方向的温度相差越大， 单位距离内的温度变化越大，梯度就大。
图一
晶体熔化和凝固与时间关系对应曲线上出现“温度平台”是因为熔化过程中，晶体由固态向液 态变 化一过程需吸收一定的热量（熔化热），使晶体内原子有足够的能量冲破晶格束缚，破坏固态结构。 反之，凝固时过程会释放一定的结晶潜热。
图二
晶面和晶向
晶体中原子、分子或离子按一定周期性、对称性排列，把这些微粒 的重心作为一个几何点，叫做格点 格点。 格点 晶体中有无限多在空间按一定规律分布的格点，称为空间点阵 空间点阵。空 空间点阵 间点阵中，通过两个格点作一条直线，这一直线上一定含有无数格 点，这样的直线叫晶列 晶列，晶体外表的晶棱就是晶列。 晶列 通过不在同一晶列的三个格点作一平面，这平面上必包含无数格点， 这样的平面叫晶面 晶面。 晶面 晶面指数——选取x 晶面指数——选取x，y，z平行于晶胞的三条 棱标出一个晶面，标出晶面在x 棱标出一个晶面，标出晶面在x，y，z轴上的 截距，然后取截距的倒数，若倒数为分数， 则乘上它们的最小公倍数，便有h 则乘上它们的最小公倍数，便有h，k，l 的形式，而（h 的形式，而（h，k，l）即为晶面指数。 晶向——通过坐标原点作一直线平 晶向——通过坐标原点作一直线平 行于晶面 法线方向，根据晶胞棱长 决定此直线点坐标，把坐标化成整数， 用[ ]括起来表示。 ]括起来表示。 注：对于硅单晶生长，{100}晶面族的法向 注：对于硅单晶生长，{100}晶面族的法向 生长速度最快，{111}族最慢。（拉速） 生长速度最快，{111}族最慢。（拉速）
直拉法生产单晶硅
直拉法生产单晶硅
设备：直拉单晶炉
直拉单晶炉
直拉单晶炉
直拉单晶炉
直拉单晶炉主要由炉体、电气部分、加热系统、水冷 系统、真空系统和氩气装置六大部分组成。 一、炉体
炉体包括主架、主炉室、副炉室等部件 。
主架由底座、立柱组成，是炉子的支撑机构。
主炉室是炉体的心脏，有炉底 盘、下炉筒、上炉筒以及炉盖组 成，他们均为不锈钢焊接而成的 双层水冷结构，用于安装生长单 晶的热系统、石英坩埚及原料等。
直拉法的特点
设备和工艺简单，生产效率高，易于制造大直径 单晶硅。 易于控制单晶中的杂质浓度，可以制备低阻单晶。
生产温度高，硅料易被坩埚污染，使晶体的纯度 下降。
直拉法生产单晶硅
1、清 炉
冷却停加热6-8 小时后，打开炉 膛清理挥发物。
2、装料
3、抽空、通氩气 4、加热、熔硅
5、种晶 籽晶相当于在硅熔体中加入了一个定向晶核，使晶体按 晶核的晶向定向生长，制得所需晶向单晶。
先将籽晶降至液面数毫米处暂停片刻，使籽晶温度尽量 接近熔硅温度，然后将籽晶浸入熔硅，使头部熔解，接 着籽晶上升，生长单晶硅。
6、缩颈（引晶） 将籽晶快速提升，缩小结晶直径 目的：抑制位错从籽晶向晶体延伸
7、放肩 放慢生长速度，晶体硅直径增大
8、等径
等直径生长
9、收尾 单晶拉完时，由于热应力作用，尾部会产生大量位错，并 沿着单晶向上延伸，延伸的长度约等于一个直径。
三、加热系统
四、水冷系统
水冷系统包括总进水管道、分水器、各路冷却水管 道以及回水管道。由循环水系统来保证水循环正常运 行。 水冷系统的正常运行非常重要，必须随时保持各部 位冷却水路畅通，不得堵塞或停水，轻者会影响成晶 率，严重会烧坏炉体部件，造成巨大损失。
直拉单晶硅工艺技术
1.9晶体的长大
图1.16固液界面模型.
1.10生长界面结构模型
图1.17原子在光滑界面上所有可能的生长位置
1.19凸界面生长模型
1.20其他几种界面模型
第2章直拉单晶炉
图2.1汉虹CZ-2008型直拉单晶炉部件图
图2.2单晶炉的组成部分
图2.3单晶生长的地方
图2.4直拉单晶炉
图2.5籽晶旋转提升机构示意图
2016
讲师：吕传茂 系别：光伏材料
绪论
图1.1单晶硅的应用领域
几种单晶硅的制备方法
直拉法又称为切克劳斯基法，简称CZ法。CZ法的特点是在一 个直筒型的热系统汇总，用石墨电阻加热，将装在高纯度石英 坩埚中的多晶体熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同 时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放 大、转肩、等径生长、收尾等过程。
图1.2 直拉法装置示意图
区熔法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。 调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一 根单晶，晶向与籽晶的相同。区熔生长技术的基本特点是样品的熔化 部分是完全由固体部分支撑的，不需要坩埚。
图1.3 区熔法装置示意图
气相生长法，一般可用升华、化学气相输运等过程来生长 晶体。 外延法，它是指在一块单晶片上再生长一层单晶薄层,这 个薄层在结构上要与原来的晶体(称为基片)相匹配。外延 可分为同质外延和异质外延。像半导体材料的硅片再外延 一层硅是属同质外延；如果在白宝石基片上外延硅，那就 是异质外延了。
图2.6隔离阀
图2.7副炉室升降机构把手
图2.8旋转出的副炉室
图2.9坩埚驱动装置
图2.10真空系统及氩气充气系统
图2.11水冷系统
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
直拉单晶工艺常识
硅的固态密度：2.33克/㎝，液态密度2.54克/㎝，呈灰色金属光泽，性质较脆，切割时易断裂，比重较小，硬度较大，属于非金属，是极为重要的半导体元素，液态时其表面张力较大，从液态到固态时体积膨胀较多。
氧在硅晶体中的分布是不均匀的，一般头部含量高，尾部含量低，晶体中心部位含量高，边缘含量低。
碳在晶体中的分布是中心部位低，边缘部位高。
电阻率：单位面积材料对于两平行平面垂直通过电流的阻力，
晶向：一簇晶列的取向。
母合金：生产上常常将掺杂纯元素“稀释”成硅熔体叫做母合金。
偏度：晶体自然中轴线与晶向之间的夹角度数。
空穴：半导体价带结构中一种流动的空位，其作用就像一具具有正效质量的正电子荷一样。
迁移率：载流子在单位电场强度作用下的平均漂移速度。
载流子：固体中一种能传输电荷的载体，又称电载流。
少数载流子寿命：在光电作用下，非平衡少数载流子由产生到复合存在的平均时间。
杂质分凝：在结晶过程中，由于杂质偏析，出现杂质分配现象叫杂质分凝。
扩散：物质内部热运动导致原子或分子迁移的过程。
热对流：液体或气体流过固体表面时，由于固体对液体或气体分子有吸附与摩擦作用，于是从固态表面带发挥或给于固体以热，这种传递热的方式叫热对流。
热应力：是压缩力，也可以叫拉伸力，要看液体中心部位对边缘部分的相对收缩或膨胀而定，大小取决于晶体的温场分布。
温度梯度：只温度在某方向的变化率用DT/DR表示，指某点的温度T在R方向的变化率，在一定距离内某方向的温度相差越大，单位距离内温度变化越大，温度梯度也越大，反之越小。
对石英坩埚的质量要求：1.外观检查：无损伤，无裂纹，无明显划痕，无气泡，无杂质点，100%透明；2.耐高温：在1600℃下经16小时后不变形，不失透，经1500℃硅液作用下无白点；3.纯度：sio 299.99%-99.999%，其中硼含量小于10ppm；4.直径公差±1.5mm；5.高度公差±1mm。
对高纯石墨的要求：纯度高，强度大，结构致密均匀，无孔洞，无裂纹，耐磨。
装料结束加热前应检查的项目：水路是否畅通，电气是否正常，机械震动是否正常，取光口是否对好。
跳硅的含义及如何避免跳硅？
跳硅是指熔硅过程中熔硅在坩埚中沸腾并出现飞溅出来的现象；避免跳硅1.仔细挑选石英坩埚和多晶硅；2.熔硅时温度不能过高；3.流动气氛下熔硅；4.挂边和搭桥时要及时降温；5.增大氩气，降低温度，提高埚位。
拉晶过程中，埚转不稳什么原因？相应的解决方法？
答：1.坩埚轴卡滞现象（清除波纹管杂质）；2.楔形带松动（调整楔形带张力）；3.测速电机有问题（检查测速电机刷头或更换测速电机）；4.坩埚轴定位轴工作不良（清洁润滑轴或更换轴承）；5.
给定电位器接触不良（更换电位器）。
过流产生的原因及排除方法？
答：1.加热器打火；2.氩气不纯；3.加热电极与炉内绝缘差；4.高温挥发杂质过多；解决方法：清理所有石墨件，连接件；低温大氩气长时间煅烧；更换绝缘体，提高绝缘度，改变氩气纯度；电极对地电阻10欧。
籽晶升降不稳有抖动现象什么原因？解决方法？
答：1.卷丝轮与牵引套链接松动；2.钢丝绳有毛刺或折痕；3.减速机润滑不良；4.电刷器接触不良。
方法：加固卷丝轮与牵引套、更换钢丝绳、清洁润滑、清理调整电刷环。
硅电阻受那几个方面的影响？
答：1.熔体的杂质分凝。
2.杂质的挥发。
3.杂质的沾污
影响晶体成晶的条件？
答：1.锅位；2.料的纯度；3.水平；4.热场纵向、横向的温度的合适；5.真空泵及真空泵油；6.抽气孔及抽气管道是否堵塞；7.籽晶的位错；8.氩气的纯度；9.机械震动。
什么是位错？产生位错的原因？测量位错的方法主要有哪些？
答：位错就是晶体中由于原子错乱自己引起的具有伯斯矢量的一种线缺陷；原因：1.籽晶中原有的位错随着晶体在生长不断延伸的情况；2.热应力引起的塑性变形，杂质添加引起的晶格应变；3.空位在晶体中的扩散积聚以及液面波动、机械震动等，都会使正在生长中的晶体产生错位。
测量方法：腐蚀坑法、杂质沉淀法、X光法。
如何提高单晶硅纵向电阻率的均匀性？
答：提高头部拉速降低电阻率，降低尾部拉速提高尾部电阻率。
拉晶过程中旋转所起的作用？
答：旋转可以起到热对称作用；旋转有搅拌作用，可以控制熔体的流动，保持熔体合理的纵向和晶向温度梯度，促进杂质在熔体内的均匀扩散,调节生长界面的形状.。
什么是漏硅？前兆有那些？应如何处理？
答：漏硅是指拉晶过程中因坩埚破裂导致的硅液泄漏的现象；前兆：电流电压表不稳，炉内有黑烟，液面出现漩涡并逐渐下降；处理方法：开大氩气，降温停炉，升埚。
拉单晶过程中氩气所起的作用
(1)保护气体 (2)减压作用 (3)增强蒸发效应,降低分凝效应.
导流桶的作用
(1)保温 (2)使纵向梯度变平缓,使径向梯度变小 (3)使晶体缓
慢冷却 (4)控制气流流动方向.。