熔体生长法-直拉法-1.ppt

熔体生长法—正常凝固法—奇克劳斯基法 硅单晶生长为例(奇克劳斯基法，即提拉法) 主要内容 硅的基本情况 高纯硅的制备 直拉法生产硅单晶 晶锭的处理 制备三氯氢硅 工业上常用方法：干燥氯化氢气体和硅粉(粗硅或工业硅)反应，制得三氯氢硅 工业硅→酸洗→粉碎→选符合粒度要求硅粉(80-120目)→送入干燥炉→热氮气流干燥→送入沸腾炉 炉底通入适量的干燥HCl(直接合成)，进行三氯氢硅合成 酸洗：依次用盐酸，王水(浓盐酸：浓硝酸=3：1)，混合酸(HF+H2SO4)处理，最后用蒸馏水洗至中性，烘干后得到含量为99.9%的工业粗硅 上方液体，易挥发组分汽化→液相转入气相；下方蒸汽放出潜热→冷凝为液体 充分多的塔板→气体沿塔上升→不易挥发组分从气相向液相转移→最上一块板出来的蒸汽是易挥发组分→冷凝后得纯度较高的镏出液 液相从塔顶到塔底→易挥发组分的浓度下降，难挥发组分浓度增大→最后全是难挥发组分液体 从而达到分离提纯混合液体的目的 精镏后SiHCl3→送入挥发器 氢气分二路，一路进还原炉；另一路通入SiHCl3液体中，使SiHCl3挥发，与直接进入的氢气汇合→经喷头进入还原炉 氢与SiHCl3的混合气体→连续的进入还原炉→还原反应，在载体上→沉积出多晶硅 尾气中的SiHCl3需回收→尾气从还原炉底部排出→ 经热交换器预冷→进入尾气回收器→冷凝回收 再经气液分离器→液化的SiHCl3与氢气分离→回收的SiHCl3 →返回挥发器或精镏再处理 未冷凝的氢气→经过热交换器→送去净化处理→净化后作还原剂 升高还原温度→还原反应有利；升高温度→生成粗大，光亮硅粒；温度低，结晶粒度小，呈暗灰色。 温度不可过高→不利于硅向载体沉积；使三氯化硼和三氯化磷还原→增大硼，磷污染；硅活性大→受材质污染增大 要控制氢量，氢量太大→浪费，降低产率；氢量太小→三氯氢硅还原不充分(氢：三氯氢硅=10：1)；不利于P,B挥发析出 高纯多晶硅纯度→用其残留硼，磷含量表示→称为基硼量，基磷量 我国高纯硅：基硼量≤5×10-11，基磷量≤10-10 清洁处理目的： 多晶材料，掺杂用的中间合金，石英坩锅，籽晶等，都需要除去表面附着物和氧化物，得到清洁而光亮的表面 基本步骤是腐蚀，清洗和干燥 熔化： 多晶硅在真空或氩气中进行，真空熔化常出现的问题是搭桥和硅跳 搭桥→坩锅上部的硅块和下部的熔硅脱离，应立即降温，使其凝固后，重新熔化 硅跳→多晶硅有氧化夹层或严重不纯，熔化后温度过高，搭桥等，使硅在坩锅内跳动或溅出坩锅外，造成全套石墨器具损坏 润晶：熔体温度→稍高于熔点，籽晶→烘烤几分钟→籽晶与熔体熔接 缩颈：为了消除高温熔液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，将籽晶拉细一段（l:100mm;d:3-5mm） 放肩：把晶体放粗到要求的直径(如：400mm) 转肩：提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角(1800) 等径生长阶段：通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径的单晶柱体（自动进行→之前的过程人工操作） 拉光：待大部分硅熔液完成结晶，将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体 早期：通过观察孔→观察晶体直径及其它情况→凭经验判断生长速度→调整功率及其他参数→控制生长；技术人员水平的高低及熟练程度→放肩及整个晶体的生长质量→有影响 晶体成像法：望远镜在观察孔中目测观察 称重法：晶体或熔体的重量变化信号取出，与设定拉晶速度比较，取其偏差信号作为控制信号，控制晶体生长 弯月面法： 固液交界面处的弯月形界面对坩埚壁亮光的反射，在熔体硅与硅晶体的交界面处形成一个明亮的光环，亮度很高 当晶体变粗时，光圈直径变大，反之则变小 通过检测弯月面的尺寸，确定硅晶体的尺寸，控制晶体生长速度 并基于这个原理发展出——晶体直径自动控制技术 拉出的晶棒，外径不一致，需予以机械加工修边，直至最后所需直径，称为滚圆 定出基准面?，磨出该平面，大直径的硅锭，不磨基准面 传统用内圆切割机，用金刚石，碳化硅和氧化铝刀片 200mm直径的硅片→完成厚度约725μm 切割的厚度850 μm →刀刃厚约400 μm 加上籽晶和单晶尾部损失 只有50％晶锭成为圆片 现在用多线切割机 原理：一根高速运动的钢线带动附着的切割刃料，对半导体摩擦，达到切割。钢线通过十几个导线轮→在主线辊上形成一张线网→待加工工件通过工作台的上升下降进给→可一次同时切割数百片，得到的硅片的厚度可达180um 特点：效率高，产能高，精度高 研磨? 行星式磨片机，硅片在磨盘上公转，还自转 氧化铝+水+丙三醇中，去掉50μm硅，平整度约2μm 用极细氧化铝进一步整修，得到均匀的圆片 倒角 用金刚石倒角设备在圆片边缘研磨出圆弧，防止后续工艺中硅片开裂 化学腐蚀抛光 氢