单晶硅基础精.ppt

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1、单晶硅基础第1页，本讲稿共17页前言FZ-区熔，用高频加热悬浮生长，能生产高阻、高纯、高寿命的高质量单晶，主要用于探测器，大功率可控整流元件，包括能使转换率超过20%以上的太阳能单晶。晶体生长技术，它涉及到热力学、物理化学、流体动力学、结晶学和晶体缺陷理论，由于微电子技术的飞速发展，作为基础材料的硅单晶制备技术也在迅速发展。第2页，本讲稿共17页单晶概述 直拉单晶制造法（直拉单晶制造法（CzochralskiCzochralski，CZCZ法）是把原料多硅晶法）是把原料多硅晶块放入高纯石英坩埚中，并在单晶炉中加热融化块放入高纯石英坩埚中，并在单晶炉中加热融化 ，再将一根，再将一根直径直径12m

2、m12mm的棒状籽晶（晶种）浸入融液中。在合适的温度的棒状籽晶（晶种）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。界面上形成规则的结晶，成为单晶体。第3页，本讲稿共17页单晶概述 当晶慢慢旋转并向上提升，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，就可以周而复始地形成结晶，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。第4页，本讲稿共17页单晶概述 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

3、结晶速度。反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速和降温去控制。拉晶初始，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。停炉后取出单晶棒，一个工艺过程结束。第5页，本讲稿共17页单晶工艺流程单晶工晶工艺流程流程简述述第6页，本讲稿共17页单晶工艺流程简介 （）加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的或型而定。杂质种类有硼、磷、锑、砷，目前国内太阳能行业仅掺硼形成P型半导体。第7页，本讲稿共17页单晶工艺流程简介 （）熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必

4、须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开加热电源，加热至熔化温度（）以上，将多晶硅原料熔化。第8页，本讲稿共17页单晶工艺流程简介（）引晶生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中引晶生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能排出晶体表面，产生低位错的晶体。第9页，本讲稿共17页单晶工艺流程简介（）放肩生长：长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。第10页，本讲稿共17页单晶工艺流程简介（）等径生长：长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在

5、正负之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分。第11页，本讲稿共17页单晶工艺流程简介（）尾部生长：在生长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。第12页，本讲稿共17页单晶工艺流程简介1 熔化 2 稳定 3 引晶 4 缩径 5 放肩 6 等径第13页，本讲稿共17页单晶石墨热场简介石墨石墨热场石墨加石墨加热器器第14页，本讲稿共17页单晶石墨热场简介第15页，本讲稿共17页单晶生长模似动画单晶生长模似动画单晶生长模似动画第16页，本讲稿共17页THE END 谢谢！谢谢！第17页，本讲稿共17页