半导体材料与工艺之多晶硅锭定向凝固生长方法方案.ppt

多晶硅锭定向凝固生长方法实现多晶硅定向凝固生长的四种方法：
布里曼法
热交换法
电磁铸锭法
浇铸法8.5.1铸锭浇注法8.5.1铸锭浇注法8.5.1铸锭浇注法8.5.1铸锭浇注法8.5.1铸锭浇注法8.5.1铸锭浇注法8.5.2定向凝固法

定向凝固柱状晶生长示意图

多晶硅锭的柱状晶结构一般来说，纯金属通过定向凝固，可获得平面前沿，即随着凝固进行，整个平面向前推进，但随着溶质浓度的提高，由平面前沿转到柱状。
对于金属，由于各表面自由能一样，生长的柱状晶取向直，无分叉。
而硅由于是小平面相，不同晶面自由能不相同，表面自由能最低的晶面会优先生长，特别是由于杂质的存在，晶面吸附杂质改变了表面自由能，所以多晶硅柱状晶生长方向不如金属的直，且伴有分叉。

8.5.2定向凝固法布里曼法（BridgemanMethod）
这是一种经典的较早的定向凝固方法。
特点：
坩埚和热源在凝固开始时作相对位移，分液相区和凝固区，液相区和凝固区用隔热板隔开。
液固界面交界处的温度梯度必须>0，即dT/dx>0，温度梯度接近于常数。
长晶速度受工作台下移速度及冷却水流量控制，长晶速度接近于常数，长晶速度可以调节。
硅锭高度主要受设备及坩埚高度限制。
生长速度约分。
缺点：炉子结构比热交换法复杂，坩埚需升降且下降速度必须平稳，其次坩埚底部需水冷。

坩埚
热源
硅液
隔热板
热开关
工作台

冷却水

固相

固液界面
液相
布里曼法示意图热交换法
是目前国内生产厂家主要使用的一种炉型。
特点：
坩埚和热源在熔化及凝固整个过程中均无相对位移。一般在坩埚底部置一热开关，熔化时热开关关闭，起隔热作用；凝固开始时热开关打开，以增强坩埚底部散热强度。长晶速度受坩埚底部散热强度控制，如用水冷，则受冷却水流量（及进出水温差）所控制。由于定向凝固只能是单方向热流（散热），径向（即坩埚侧向）不能散热，也即径向温度梯度趋于0，而坩埚和热源又静止不动，因此随着凝固的进行，热源也即热场温度（大于熔点温度）会逐步向上推移，同时又必须保证无径向热流，所以温场的控制与调节难度要大。
液固界面逐步向上推移，液固界面处温度梯度必须是正值，即大于0。但随着界面逐步向上推移，温度梯度逐步降低直至趋于0。
热交换法的长晶速度及温度梯度为变数。而且锭子高度受限制，要扩大容量只能是增加硅锭截面积。
最大优点是炉子结构简单。

热源
坩埚
液固界面
散热装置

HEM法示意图

保温框
热源
坩埚
液固界面

石墨块

隔热板
（防止不锈钢炉底过热）

炉型1示意图定向凝固法8.5.3电磁感应加热连续铸造(EMCP)8.5.3电磁感应加热连续铸造(EMCP)电磁感应加热连续铸造(EMCP)原理图
1.线圈
2.坩埚
3.石墨感应器
4.颗粒硅
5.氩气
6.水
7.真空泵
8.绝热套
9.石墨底托电磁感应加热连续铸造(EMCP)8.5.3电磁感应加热连续铸造(EMCP)8.5.3电磁感应加热连续铸造(EMCP)Rawsilicon
"Eleven-nines"(purity99.999999999%)siliconisusedasarawmaterialElectromagneticcastingmethod3.Squaremulti-crystallinesiliconingots
Theingotmanufacturedbytheelectromagneticcastingmethodisthelargestsiliconcrystalforsolarcellsintheworldwithalengthof7,000mm冷坩埚连续定向熔铸多晶硅照片8.5.4多晶硅铸锭多晶硅片加工的具体流程8.5.4多晶硅铸锭单晶和多晶制备方法的优劣比较坩埚喷涂坩埚喷涂坩埚喷涂台多晶硅铸锭过程中出现的粘埚现象在坩埚内壁涂Si3N4膜层。采用这种坩埚可以十分有效地降低来自坩埚杂质的玷污。Kishore等研究了使用Si3N4涂层后氧、碳浓度的变化，发现多晶硅中的氧、碳浓度都降低了。同时，使用Si3N4涂层后熔液和坩埚内壁不粘结，这样既可以降低应力又能够多次使用坩埚，从而降低了成本。8.5.4多晶硅铸锭8.5.4多晶硅铸锭8.5.4多晶硅铸锭8.5.4多晶硅铸锭装料时，先把粒子状、粉末状或片状的硅料轻轻铺好底部，原因是避免刮破氮化硅涂层
多晶装料所需物料：各种硅料、母合金、烧结好的石英坩埚。
装料过程注意防尘，不接触金属，轻拿轻放，不碰坏喷涂层。
环境要求：空气湿度≤50%；环境温度20℃～28℃。
装料工艺流程：
硅料核计→检查坩埚涂层→装料→装石墨护板→紧固护板
8.5.4多晶硅铸锭8.5.4多晶硅铸锭GT-DSS450的特点与优点
底部装料令操作更加简单安全
标准化夹层模块