第九章 单晶硅制备-直拉法.ppt

直拉生长工艺1、CZ基本原理2CZ基本工艺2、利用热场形成温度梯度
热场是由高纯石墨部件和保温材料（碳毡）组成。

3单晶炉提供减压气氛保护、机械运动和自动控制系统

直拉生长工艺8上炉筒提升系统：
液压装置，用于上炉筒提升；
9梯子：
攀登炉顶，检查维修提拉头等；
10观察窗：
观察炉内的实际拉晶状态；
11测温孔：
测量对应的保温筒外的温度；
12排气口：
氩气的出口，连接真空泵；
13坩埚升降系统：
坩埚升降旋转系统等；
14冷却水管组：
提供冷却水的分配。直拉生长工艺直拉生长工艺直径自动控制直拉生长工艺石墨坩埚左图为石墨加热器三维图。

上图为加热器脚的连接方式。加热器脚和石墨螺丝、石墨电极间需要垫石墨纸，目的是为了更加良性接触，防止打火。1、硅的基本性质原生纯多晶3、籽晶4、石英坩埚用单晶炉拉制单晶硅时，需要给单晶炉内通入高纯氩气作为保护气体。如果氩气的纯度不高，含有水、氧等其他杂质，会影响单晶生产，严重时无法拉制单晶。
6、保温材料CZ各生产环节及注意事项直拉生长工艺直拉生长工艺直拉生长工艺4、装料直拉生长工艺1.melting⑤晶颈生长
硅料熔化完后，将加热功率降至引晶位置，坩埚也置于引晶位置，稳定之后将晶种降至与熔硅接触并充分熔接后，拉制细颈。
籽晶在加工过程中会产生损伤，这些损伤在拉晶中就会产生位错，在晶种熔接时也会产生位错
拉制细颈就是要让籽晶中的位错从细颈的表面滑移出来加以消除，而使单晶体为无位错。引晶的主要作用是为了消除位错。全自动单晶炉采用自动引晶。如果特殊情况需要手动引晶，则要求：细晶长度大于150mm，直径4mm左右，拉速2-5mm/min⑤晶颈生长
引晶埚位的确定：
对一个新的热场来说，一下就找准较理想的结晶埚位是较难的。
埚位偏低，热惰性大，温度反应慢，想放大许久放不出来，想缩小许久不见收；埚位偏高，热惰性小，不易控制；埚位适当，缩颈、放肩都好操作。
不同的热场或同一热场拉制不同品种的产品，埚位都可能不同。热场使用一段时间后，由于CO等的吸附，热场性能将会改变，埚位也应做一些调整。⑤晶颈生长
引晶温度的判断：
在1400℃熔硅与石英反应生成SiO，可借助其反应速率即SiO排放的速率来判断熔硅的温度。
具体来讲，就是观察坩埚壁处液面的起伏情况来判断熔硅的温度。
温度偏高，液体频繁地爬上埚壁又急剧下落，埚边液面起伏剧烈；
温度偏低，埚边液面较平静，起伏很微；
温度适当，埚边液面缓慢爬上埚壁又缓慢下落。温度偏高温度偏低温度合适⑤晶颈生长
在温度适当的情况下．稳定几分钟后就可将籽晶插入进行熔接。
液体温度偏高，籽晶与硅液一接触，马上出现光圈，亮而粗，液面掉起很高，光圈抖动，甚至熔断；
液体温度偏低，籽晶与硅液接触后，不出现光圈或许久后只出现一个不完整的光圈，甚至籽晶不仅不熔接，反而结晶长大；
液体温度适中，籽晶与硅液接触后，光圈慢慢出现，逐渐从后面围过来成一宽度适当的完整光圈，待稳定后·便可降温引晶了。⑤晶颈生长
晶颈直径的大小，要根据所生产的单晶的重量决定，其经验公式为
d=1.608×10-3DL1／2
d为晶颈直径；D为晶体直径；L为晶体长度，cm。
目前，投料量60~90kg，晶颈直径为4~6mm。
晶颈较理想的形状是：表面平滑，从上至下直径微收或等径，有利于位错的消除。⑥放肩
晶颈生长完后，降低温度和拉速，使晶体直径渐渐增大到所需的大小，称为放肩。
放肩角度必须适当，角度太小，影响生产效率，而且因晶冠部分较长，晶体实收率低。
一般采用平放肩(150°左右)，但角度又不能太大，太大容易造成熔体过冷，严重时将产生位错和位错增殖，甚至变为多晶。⑦等径生长
晶体放肩到接近所需直径(与所需直径差10mm左右)后，升温升拉速进行转肩生长。
转肩完后，调整拉速和温度，使晶体直径偏差维持在±2mm范围内等径生长。这部分就是产品部分，它的质量的好坏，决定着产品的品质。
热场的配置、拉晶的速率、晶体和坩埚的转速、气体的流量及方向等，对晶体的品质都有影响。这部分生长一般都在自动控制状态下进行，要维持无位错生长到底，就必须设定一个合理的控温曲线(实际上是功率控制曲线)。
适当地降低拉速将有利于维持晶体的无位错生长。
熔体的对流对固液界面的形状会造成直接的影响，而且还会影响杂质的分布。
总的说来，自然对流、晶体提升引起的对流不利于杂质的均匀分布；
晶体和坩埚的转动有利于杂质的均匀分布，但转速太快会产生紊流，既不利于无位错生长也不利于杂质的均匀分布
熔体对流⑧收尾
晶体等径生长完毕后，如果立刻将晶体与熔液分离，热应力将使晶体产生位错排和滑移线，并向晶体上部延伸，其延伸长度可达晶体直径的一倍以上。
为避免这种情况发生，必须将晶体的直径慢慢缩小，直到接近一尖点才与液面分离，这一过程称为收尾。收尾是提高产品实收率的重要步骤