直拉式單晶硅生長爐的關(guān)鍵技術(shù)探討.pdf

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1、機械設(shè)備53直拉式單晶硅生長爐的關(guān)鍵技術(shù)探討李國琴（山西長治潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)部山西長治046204）摘要：我國在直拉式單晶硅生長爐的設(shè)計和生產(chǎn)上還是缺乏一定的經(jīng)驗，從當前所使用的生長情況來看，基本都是向國外一些先進國家采購。本文通過對直拉式單晶硅進行簡單介紹后，對直拉式單晶硅的兩大關(guān)鍵技術(shù)———全自動控制系統(tǒng)和熱場進行分析，從而希望能夠為我國開發(fā)全自動的直拉式單晶硅做出一點理論參考。關(guān)鍵詞：直拉式單晶硅生長爐；關(guān)鍵技術(shù)；全自動控制單晶硅是目前微電子行業(yè)運用最廣泛的半導(dǎo)體材料，它是控制環(huán)設(shè)計和控制環(huán)鏈接技術(shù)。自動控制環(huán)采用PID控制酸和

2、由硅原子呈周期性排列而組成的單晶體。直拉法也可以成為CZ和PID控制算法。全自動控制壞根據(jù)工藝的不同也呈現(xiàn)不同的法，早在1950年就已經(jīng)開始運用到單晶硅上，這也成為了后來狀態(tài)在引晶工藝控制環(huán)控制不多，放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑這些影響單運用單直拉法生長單晶硅成為了可能。直拉法式單晶硅是從對晶體形成的步驟更多的都是閉環(huán)一起執(zhí)行某一項指令。不僅時原材料高溫溶解，再通過引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩過程，最終聲場出單晶間上的不同，控制環(huán)根據(jù)每一個工藝技術(shù)要求上也是不同的，比硅主體，最后進行生長爐內(nèi)冷卻加工形成單晶硅。單晶硅的形成如引晶采用相對于長度（150-30mm）

3、的籽晶來拉制?？刂评溄与x不開單晶硅生長爐，生長爐主要由爐體，晶體、氣氛及爐壓控技術(shù)室各個閉環(huán)直接的相互連接，通過拉速V的方法來控制晶制、電氣系統(tǒng)、熱場五部分組成，其中電器系統(tǒng)是單晶硅生長爐體直徑，并實現(xiàn)晶體生長速度的下降，從而來控制晶體生長額溫最為關(guān)鍵的部分，本文就電器系統(tǒng)的全自動控制系統(tǒng)和熱場進度，之后通過控制壞來控制生長速度，保證直徑的均等，從而影行關(guān)鍵技術(shù)探討。響生長速度。一、直拉式單晶硅全自動控制系統(tǒng)技術(shù)研究二、單晶硅生長爐的熱場單晶硅在生長爐的拉晶過程中必須依靠單晶晶向、氧碳含直拉式單晶硅生長爐收到了工業(yè)界的廣泛關(guān)注，尤其是對

4、量、型號和電阻率、位錯和缺陷、漩渦滑移、壽命、金屬含量、直徑熱場和溫度場的研究更是影響單晶硅品質(zhì)額重點。通過運用計偏差、徑向電阻率等技術(shù)指標來控制晶體的生長和品質(zhì)，品質(zhì)的算機模擬這一技術(shù)，設(shè)計出的熱場元件，更是使得溫度得以控好壞應(yīng)有全自動操作操控，減少人為的干擾，保證生長爐的穩(wěn)定制，晶體也就能夠避免缺陷。性和準確性。單晶硅品質(zhì)與各個參數(shù)之間的關(guān)系.（表1所示）直拉式單晶硅生長爐內(nèi)使用的熱場包括了加熱器、坩堝、支想要實現(xiàn)晶體生長的全自動控制首先應(yīng)該確保單晶硅生長座等等。每一個部分在熱場起到作用的不同，構(gòu)成它們的材質(zhì)、過程中應(yīng)該保證期全自動化

5、。全自動生長工藝包括抽真空、檢厚度、高度都不盡相同。直拉單晶硅生長爐的溫度隨著單晶硅的漏、壓力化、熔料、穩(wěn)定、熔接、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾、停爐生產(chǎn)產(chǎn)生變化，所以在生長過程中，需要靜態(tài)熱場和動態(tài)熱場雙[1]。單晶硅的生長需要一定的氧、碳含量，因為單晶硅生長爐需結(jié)合，形成穩(wěn)定的溫度分布，保證熱場溫度的改變，為晶體生長要有100小時的低壓溫，為了使得在這段時間漏氣不至于發(fā)生，所需要的實際溫度進行調(diào)節(jié)，從而形成高品質(zhì)的單晶硅。就采取了真空、檢漏和壓力化處理。如果其他參數(shù)都已經(jīng)滿足，根據(jù)熱場的梯度不同，晶體形成的軸向溫度梯度和徑向溫那么就可

6、以把全自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)到單晶生長的壓力。度梯度都是不同的，最關(guān)鍵影響到單晶硅結(jié)晶的是生長界面處晶體生長準備工藝完之后，熔態(tài)硅控制的工藝研究也是十的軸向和徑向溫度梯度。其中軸向溫度梯度包括晶體、熔體、環(huán)分必要的，在這一階段，熔體的狀態(tài)要保持一個合適的溫度以及境變化，徑向溫度梯度則包括了晶體、熔體和固液交界面。熔體條件以便使得晶體結(jié)晶并生長。這一階段不可忽視的就是熔料、的徑向溫度梯度都是》0，固液交界面則隨著晶體的生產(chǎn)而產(chǎn)生穩(wěn)定化、熔接這一至關(guān)重要的因素。熔料融化后成為液態(tài)硅，運不同的變化。用液溫度偏差來把握熔料是否已經(jīng)熔化完成。晶體生長對熱

7、場的基本要求我們可以概括為三個方面，其熔料熔化完畢后，單晶體就開始了全自動生長這一過程。硅中對于溫度的控制必須以生長界面為限制，生長界面附近的熔熔體經(jīng)過為了減小籽晶直徑這一引晶過程逐漸提高了籽晶的提體溫度低，而在外的溫度必須高于熔點。其次，晶體生長過程中，拉速度，從而產(chǎn)生無錯位的晶體。當晶體直徑逐漸縮小后，就開熔體的徑向和軸向溫度梯度隨著變化而變化，徑向逐漸減小，軸始了放肩過程，這一過程市委了能夠保證晶體在引晶中肩部形向逐漸變大。最后則是要增加軸向溫度梯度，有利于單晶硅生長狀平整，實現(xiàn)肩部生長。放肩后就進入了轉(zhuǎn)肩過程，轉(zhuǎn)肩是為了的速度。保

8、證晶體過分長大而提高了提拉速度，從而合理的進行轉(zhuǎn)肩參直拉式單晶硅生長技術(shù)最主要的是全自動控制系統(tǒng)和熱場數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)晶體的平穩(wěn)，以至于實現(xiàn)晶體的平穩(wěn)生長。晶體在系統(tǒng)，本文從各個工藝出發(fā)，對如何形