硅单晶制备精选文档.ppt

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1、硅单晶制备本讲稿第一页，共十二页单晶硅的制备单晶硅的制备硅石硅石粗硅粗硅高纯多晶硅高纯多晶硅单晶硅（成核单晶硅（成核+生长）生长）制备原理：类似于制备原理：类似于“结冰结冰”现象，当现象，当熔融体熔融体温度温度降低到某一温度时，许多细小晶粒在熔体中出现，然降低到某一温度时，许多细小晶粒在熔体中出现，然后逐渐长大，构成晶体材料后逐渐长大，构成晶体材料结晶条件：结晶条件：1、温度降低到结晶温度以下、温度降低到结晶温度以下“过冷过冷”2、必须有结晶中心（、必须有结晶中心（籽晶籽晶）本讲稿第二页，共十二页 晶体性质：熔点温度以上时，液态自由晶体性质：熔点温度以上时，液态自由能低于固态；熔点温度以下时，

2、固态自由能能低于固态；熔点温度以下时，固态自由能低于液态。低于液态。过冷状态熔融态多晶硅，固态自由能低，一旦过冷状态熔融态多晶硅，固态自由能低，一旦存在籽晶，就会沿着结晶中心固化结晶。若存在多存在籽晶，就会沿着结晶中心固化结晶。若存在多种结晶中心，则会产生多晶体。种结晶中心，则会产生多晶体。单晶硅制备控制重点：单晶硅制备控制重点：良好籽晶的选择良好籽晶的选择单晶硅的制备单晶硅的制备本讲稿第三页，共十二页单晶硅的制备方法当前制备单晶硅两种主要方法：当前制备单晶硅两种主要方法：直拉（拉晶）法（直拉（拉晶）法（Czochralski MethodCzochralski Method）悬浮区熔法（悬浮

3、区熔法（Float Zone MethodFloat Zone Method）两方法制备的单晶硅具有不同特性和器件应用领域，区熔法两方法制备的单晶硅具有不同特性和器件应用领域，区熔法制备单晶硅主要应用于制备单晶硅主要应用于大功率电器大功率电器领域；领域；直拉法主要应用于直拉法主要应用于微电子集成电路和太阳能电池微电子集成电路和太阳能电池方面，方面，是单晶硅制备的是单晶硅制备的主体技术主体技术。本讲稿第四页，共十二页基本原理：基本原理：多晶硅原料被装在一个坩埚内，坩埚上方有一可多晶硅原料被装在一个坩埚内，坩埚上方有一可旋转和升降的籽晶杆，杆下端有一夹头，用于夹住旋转和升降的籽晶杆，杆下端有一夹头

4、，用于夹住籽晶。原料被加热器熔化后，将籽晶放入熔体内，籽晶。原料被加热器熔化后，将籽晶放入熔体内，严格控制适当温度，使之达到饱和温度，边旋转边严格控制适当温度，使之达到饱和温度，边旋转边提拉，即可获得硅的单晶体。提拉，即可获得硅的单晶体。直拉法直拉法本讲稿第五页，共十二页直拉法单晶生长设备直拉法单晶生长设备本讲稿第六页，共十二页设备构成主体设备：单晶炉主体设备：单晶炉炉体炉体机械传动系统机械传动系统加热温控系统加热温控系统真空或惰性气体输送系统真空或惰性气体输送系统本讲稿第七页，共十二页单晶炉本讲稿第八页，共十二页直拉法操作步骤直拉法操作步骤具体操作步骤如下：具体操作步骤如下：1 1、清洁处理

5、、清洁处理 对炉腔、坩埚、籽晶、多晶硅料和掺杂合金材料进行严格清洁；清洁处理完毕后用高纯去离子水冲洗至中性后烘干备用；2 2、装炉、装炉 将粉碎后硅料装入石英坩埚内，把带掺杂合金分别装入坩埚和掺杂勺内，随后把清洁好的籽晶安装到籽晶轴夹头上，盖好籽晶罩；3 3、加热熔化、加热熔化 加热前打开炉腔内冷却水，当真空度或惰性气体含量达到要求时开始加热；合理控制加热速度，防止出现“搭桥搭桥”和和“跳硅跳硅”现象；待硅料全部熔化后，选择合适籽晶温度，准备下种拉晶。本讲稿第九页，共十二页4 4、拉晶、拉晶 1 1）下种：）下种：下降籽晶下降籽晶使之与熔融硅液面接触进行引晶；使之与熔融硅液面接触进行引晶；2 2）缩颈：）缩颈：略微升温，略微升温，起拉进行缩颈（或收颈）；起拉进行缩颈（或收颈）；3 3）放肩：）放肩：略微降温略微降温、降速，、降速，让晶体逐渐长大至所需直径；让晶体逐渐长大至所需直径；4 4）等径生长：）等径生长：放肩进入到所需直径前进行升温，放肩进入到所需直径前进行升温，等径生长；等径生长；5 5）收尾拉光：）收尾拉光：适当升高温度适当升高温度，加速使坩埚内液体全部拉光；，加速使坩埚内液体全部拉光；直拉法操作步骤直拉法操作步骤本讲稿第十页，共十二页拉晶过程示意本讲稿第十一页，共十二页悬浮区熔法简介优点：优点：可有效控制杂质含量可有效控制杂质含量本讲稿第十二页，共十二页