单晶硅的 制备.ppt

直拉法工作原理： 1、在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。 2、把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。 3、若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。 4、当结晶加快时，晶体直径会变粗，提高升速可以使直径变细，增加温度能抑制结晶速度。反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速和降温去控制。 CZ法的生长工艺流程： 直拉单晶炉设备简介 1、石墨坩埚是用于支撑石英坩埚的，他可以多次使用。 2、其寿命取决于：石墨的材质、承受的重量、在晶体生长过程中的受热程度以及石墨坩埚的形状等因素。 3、石墨坩埚的底部比较厚，以起到较好的绝热效果，从而使熔体的温度从底部到表面逐渐降低。 MCZ法的优点： 1. 磁致粘滞性控制了流体的运动，大大地减少了机械振动等原因造成的熔硅掖面的抖?动，也减少了熔体的温度波动; 2. 控制了溶硅与石英柑祸壁的反应速率，增大氧官集层的厚度，以达到控制含氧量的目的。与常规CZ单晶相比，最低氧浓度可降低一个数量级; 3. 有效地咸少或消除杂质的微分凝效应，使各种杂质分布均匀，减少生长条纹; 4. 减少了由氧引起的各种缺陷; 5. 由于含氧量可控，晶体的屈服强度可控制在某一范月内，. 从而减小了片子的翘曲; 6. 尤其是硼等杂质沽污少，可使直拉硅单晶的电阻率得到大幅度的提高； 7. 氧分布均匀，满足了 LSI 和VLSI的要求。 区域熔炼分类： 水平区熔法 悬浮区熔法 水平区熔法 在熔炼过程中，锭料水平放置，称为水平区熔 硅在水平区熔法上的两个主要的问题： 1、硅在熔融状态下有很强的化学活性，几乎没有不与其发生反应的容器，即使高纯石英舟或坩埚，也要和熔融硅发生化学反应，使单晶的纯度受到限制。因此，目前不用水平区熔法制取纯度更高的单晶硅。 2、硼、磷的分凝系数接近 1 ，仅用区熔提纯不能除去，这也一直是限制物理法提纯硅材料的一个关键问题 悬浮区熔法 锭料竖直放置且不用容器，称为悬浮区熔 由于在熔化和生长硅晶体过程中，不使用石英坩埚等容器，又称为无坩埚区熔法 区熔可在保护气氛（如氩、氢）中进行，也可以在真空中进行，且可反复提纯（尤其在真空中蒸发速度更快） 区域提纯应具备条件： ⑴ 产生一个熔区所需的热源，先多利用感应线圈进行加热。由一高频炉产生高频电流，通过同轴引线，由环绕在硅棒周围的加热线圈输出，从而产生高频电磁场进行感应加热。 ⑵ 硅在高温下有很强的化学活泼性，因而在熔区过程中必须使硅棒和熔区处于非常清洁的环境中，尽量避免一切的污染源，才能比较准确的控制晶体中的微量杂质和获得高纯度的产品，故在工作室内采用高真空（在气体区熔中用纯度为5~6 个“9 ”的惰性气体，如氩气）作为保护气氛。 ⑶ 为使得熔区移动和单晶形状对称，需要一套传动机构来带动线圈（或者硅棒），转动籽晶和调节熔区形状。 ⑷ 原料硅棒电阻率多数是大于 0.1?· ㎝，高频电磁场在硅棒上产生的感应电流很小，不能直接达到熔化。必须依靠预热使硅棒达到700℃左右，此时硅棒本征电阻率大约为 0.10.1?· ㎝，感应电流大大增加，足以维持继续增高加热区域的温度，达到产生一个熔区。因此需备有预热物件，否则不能产生熔区。 ⑸ 为了方便获得单晶，应在硅棒下端放置一个小单晶作为籽晶 半导体晶体生长方法之一，简称MCZ法，是在直拉法(CZ法)单晶生长的基础上对坩埚内的熔体施加-强磁场，使熔体的热对流受到抑制。因而除磁体外，主体设备如单晶炉等并无大的差别。 磁控直拉技术 NdFeB永磁体结构示意图 其基本原理为，在熔体施加磁场后，则运动的导电熔体体元受到洛伦兹力f的作用。 加上磁场后，改变了整个熔体的流动状态及杂质的输运条件并使单晶可以在温度波动范围小、生长界面处于非常平稳的状态下生长 磁控直拉技术主要用于制造电荷耦合（CCD）器件和一些功率器件的硅单晶。也可用于GaAs、GaSb等化合物半导体单晶的生长。 连续生长技术 为了提高生产率，节约石英坩埚（在晶体生产成本中占相当比例），发展了连续直拉生长技术，主要是重新装料和连续加料两种技术 。 1.重新装料直拉生长技术：可节约大量时间（生长完毕后的降温、开炉、装炉等），一个坩埚可用多次。 2. 连续加料直拉生长技术：除了具有重新装料的优点外，还可保持整个生长过程中熔体的体积恒定，提高基本稳定的生长条件，因而可得到电阻率纵向分布均匀的单晶。 连续加料直拉生长技术有两种加料法：连续固体送料和连续液