單晶硅制備直拉法課件.ppt

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1、直拉生長工藝直拉法又稱Cz法，目前，98%的電子元件都是用硅材料制作的，其中約85%是用直拉硅單晶制作的。直拉硅單晶由于具有較高的氧含量，機(jī)械強(qiáng)度比Fz硅單晶大，在制電子器件過程申不容易形變。由于它的生長是把硅熔融在石英坩堝中，而逐漸拉制出的，其直徑容易做得大。目前直徑300mm的硅單晶己商品化，直徑450mm的硅單晶已試制成功，直徑的增大，有利于降低電子元器件的單位成本。1、CZ基本原理在熔化的硅熔液中插入有一定晶向的籽晶，通過引細(xì)晶消除原生位錯，利用結(jié)晶前沿的過冷度驅(qū)動硅原子按順序排列在固液界面的硅固體上，形成單晶。固液界面過冷度2CZ基本工藝CZ過程需要惰性氣體保護(hù)！現(xiàn)有的CZ都

2、采用氬氣氣氛減壓拉晶。利用通入惰性氣體氬氣，結(jié)合真空泵的抽氣，形成一個減壓氣氛下的氬氣流動。氬氣流帶走高溫熔融硅揮發(fā)的氧化物，以防止氧化物顆粒掉進(jìn)硅熔液，進(jìn)而運(yùn)動到固液界面，破壞單晶原子排列的一致性。拉晶過程中的保護(hù)氣流2、利用熱場形成溫度梯度熱場是由高純石墨部件和保溫材料（碳?xì)郑┙M成。單晶熱場溫度分布石墨加熱器：產(chǎn)生熱量，熔化多晶硅原料，并保持熔融硅狀態(tài)；石墨部件：形成氬氣流道，并隔離開保溫材料；保溫材料：保持熱量，為硅熔液提供合適的溫度梯度。3單晶爐提供減壓氣氛保護(hù)、機(jī)械運(yùn)動和自動控制系統(tǒng)減壓氣氛保護(hù)：通過上爐筒、副室、爐蓋、主爐室和下爐室形成減壓氣氛保持系統(tǒng)。機(jī)械運(yùn)動：通過提拉頭

3、和坩堝運(yùn)動系統(tǒng)提供晶轉(zhuǎn)、晶升、堝轉(zhuǎn)、堝升系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)通過相機(jī)測徑、測溫孔測溫、自動柜控制組成單晶拉制自動控制系統(tǒng)。直拉生長工藝Cz法的基本設(shè)備cz法的基本設(shè)備有:爐體、晶體及坩堝的升降和傳動部分、電器控制部分和氣體制部分，此外還有熱場的配置。(1)爐體：爐體采用夾層水冷式的不銹鋼爐壁，上下爐室用隔離閥隔開，上爐室為生長完成后的晶棒停留室，下爐室為單晶生長室，其中配有熱場系統(tǒng)。1提拉頭：晶升、晶轉(zhuǎn)系統(tǒng)，磁流體系統(tǒng)等；2上爐筒：提供晶棒上升空間；3副室：提肩裝籽晶摻雜等的操作空間；4爐蓋：主爐室向副室的縮徑；5主爐室：提供熱場和硅熔液的空間；6下爐室：提供排氣口和電極穿孔等；單晶爐結(jié)

4、構(gòu)8上爐筒提升系統(tǒng)：液壓裝置，用于上爐筒提升；9梯子：攀登爐頂，檢查維修提拉頭等；10觀察窗：觀察爐內(nèi)的實際拉晶狀態(tài)；11測溫孔：測量對應(yīng)的保溫筒外的溫度；12排氣口：氬氣的出口，連接真空泵；13坩堝升降系統(tǒng)：坩堝升降旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)等；14冷卻水管組：提供冷卻水的分配。直拉生長工藝(2)晶體及坩堝的轉(zhuǎn)動及提升部分：晶升：通過籽晶提升系統(tǒng)把凝固的固體向上升，保持晶體一定的直徑。堝升：通過坩堝升降系統(tǒng)，把硅熔液的液面控制在一個位置晶轉(zhuǎn)和堝轉(zhuǎn)：抑制熔液的熱對流，為單晶生長提供穩(wěn)定熱系統(tǒng)。晶轉(zhuǎn)和堝轉(zhuǎn)的方向必須相反直拉生長工藝(3)控制部分：控制部分是用以晶體生長中控制各種參數(shù)的電控系統(tǒng)，直徑控制器通

5、過CCD讀取晶體直徑;并將讀數(shù)送至控制系統(tǒng)。(4)氣體控制部分：主要控制爐內(nèi)壓力和氣體流量，爐內(nèi)壓力-般為10-20torr(毫米汞柱，ltorr=133.322Pa),Ar流量一般為60-150slpm(標(biāo)升/分)。直徑自動控制如何得到直徑信號？彎月面與亮環(huán)自動控制中，一般用光學(xué)傳感器取得彎月面的輻射信號作為直徑信號。什么是彎月面？如左圖所示，在生長界面的周界附近，熔體自由表面呈空間曲面，稱彎月面。它可以反射坩堝壁等熱輻射，從而形成高亮度的光環(huán)。直拉生長工藝(5）熱場配置熱場包括石英坩堝、石墨坩堝、加熱器、保溫層等。石英坩堝內(nèi)層一般須涂一層高純度的SiO2，以減少普通石英中的雜質(zhì)對熔

6、硅的污染。由于石英在1420℃時會軟化，將石英坩堝置于石墨坩堝之中，由石墨坩堝支撐著。石墨坩堝單個三瓣堝和堝底三瓣堝組合后單個三瓣堝單個三瓣堝和堝底及中軸左圖為石墨加熱器三維圖。上圖為加熱器腳的連接方式。加熱器腳和石墨螺絲、石墨電極間需要墊石墨紙，目的是為了更加良性接觸，防止打火。加熱器1、硅的基本性質(zhì)金剛石晶胞結(jié)構(gòu)重要的原、輔料原生純多晶單晶邊皮和頭尾料狀純多晶堝底料硅片西門子法、改良西門子法和流化床法生產(chǎn)的純多晶，太陽能級純多晶要求純度99.9999%以上。單晶的頭尾；圓棒切成方棒而產(chǎn)生的邊角。單晶生產(chǎn)最后剩余在坩堝中的原料。雜質(zhì)較多。切片及以后的工序中產(chǎn)生的廢片。其它原料2、原料

7、3、籽晶按截面分為：圓形和方形；按晶向分為：〈111〉〈110〉〈100〉；按夾頭分為：大小頭和插銷。注意事項：籽晶嚴(yán)禁玷污和磕碰；晶向一定要符合要求；安裝時一定要裝正。插銷型籽晶：通過插銷固定籽晶。大小頭籽晶：通過大小頭處變徑固定籽晶。單晶爐拉晶籽晶4、石英坩堝主要檢查事項：1未熔物；2白點和白色附著物；3雜質(zhì)（包括黑點）；4劃傷和裂紋；5氣泡；6凹坑和凸起；7坩堝重量。兩個檢查步驟用單晶爐拉制單晶硅時，需要給單晶爐內(nèi)通入高純氬氣作為保護(hù)氣體