半导体材料与工艺之多晶硅锭定向凝固生长方法.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0.8-1.0mm/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