直拉法单晶制造技术

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1、直拉法单晶制造技术直拉单晶制造法（Czochralski，CZ 法）是把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热融化，再将一根直径只有10mm的棒状晶种（称籽晶）浸入融液中。在合适的温度下， 融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。 当结晶加快时， 晶体直径会变粗，提高升速可以使直径变细，增加温度能抑制结晶速度。反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低

2、拉速和降温去控制。拉晶开始，先引出一定长度，直径为35mm的细颈，以消除结晶位错，这个过程叫做 引晶 。然后放大单晶体直径至工艺要求，进入 等径 阶段， 直至大部分硅融液都结晶成单晶锭，只剩下少量剩料。控制直径，保证晶体等径生长是单晶制造的重要环节。硅的熔点约为1450，拉晶过程始终保持在高温负压的环境中进行。直径检测必须隔着观察窗在拉晶炉体外部非接触式实现。 拉晶过程中， 固态晶体与液态融液的交界处会形成一个明亮的光环，亮度很高， 称为光圈。它其实是固液交界面处的弯月面对坩埚壁亮光的反射。 当晶体变粗时， 光圈直径变大，反之则变小。通过对光圈直径变化的检测，可以反映出单晶直径的变化情况。自动

3、直径检测就是基于这个原理发展起来的。* 熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的A 族元素，如硼可提高其导电的程度， 而形成p型硅半导体；如掺入微量的A族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n 型硅半导体。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅主要用于制作半导体元件。单晶硅圆片按其直径分为6 英寸、 8 英寸、

4、 12 英寸（ 300 毫米）及18 英寸（ 450 毫米）等。直径越大的圆片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ） 、区熔法（ FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在38 英寸。 区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品。目前晶体直径可控制在36 英寸。 外延片主要用于集成电路领域。由于成本和性

5、能的原因，直拉法（CZ ）单晶硅材料应用最广。在IC 工业中所用的材料主要是 CZ 抛光片和外延片。存储器电路通常使用CZ 抛光片，因成本较低。逻辑电路一般使用价格较高的外延片，因其在 IC 制造中有更好的适用性并具有消除Latch up 的能力。* 直拉条straight brace 直拉条架straight-braced frame 单晶硅mono-crystalline silicon; silicon single crystal; single-crystal silicon 单晶硅棒silicon single crystal rod 单晶硅抛光剂polishing agent for mono-crystalline silicon 单晶硅研磨材料lapping material for mono-crystalline silicon 区熔zone melt 区熔法装置zone melting apparatus 区熔技术zone-melting technique 区熔空段法zone-void process 区熔模拟计算机zone-melting analog computer 区熔色谱法zone melting chromatography 区熔提纯zone-refine 区熔提纯法floating zone refining method