直拉法单晶硅生长原理及工艺

直拉法单晶硅生长原理及工艺

随着科技的不断进步，半导体材料在社会发展中的作用越来越重要。作为半导体材料中的重要组成部分，单晶硅的生长工艺和技术显得尤为重要。直拉法是一种常用的单晶硅生长方法，其生长原理和工艺技术的研究对于提高单晶硅材料的质量和性能具有重要意义。

直拉法单晶硅生长原理及工艺是一种在半导体工业中广泛应用的制

备单晶硅材料的技术。直拉法是通过在熔体中引入籽晶，通过控制温度和拉速等参数，使熔体中的原子按特定方向有序排列，形成单晶体。该方法具有生长速度快、晶体完整性好、易于实现自动化等优点。

直拉法单晶硅生长工艺流程包括装料、熔化、引晶、缩颈、放肩、等径生长、收尾和冷却等步骤。主要设备包括炉体、加热器、控制系统、坩埚、籽晶和抬升装置等。

在直拉法单晶硅生长过程中，诸多工艺参数都会对单晶硅的质量和性能产生影响。其中，熔化温度、拉速、原子比例等是几个关键工艺参数。

熔化温度直接影响硅熔体的纯净度和粘度。高温下，硅熔体的粘度降低，有利于硅原子的扩散和晶体生长。但过高的温度会导致硅熔体氧

化和元素挥发，影响晶体质量。

拉速是直拉法单晶硅生长过程中控制晶体生长速度的重要参数。拉速过慢会导致晶体生长时间长，热应力大，易产生缺陷；拉速过快则会导致熔体供应不足，形成小平面。因此，合理控制拉速是提高单晶硅质量的关键。

原子比例也是影响直拉法单晶硅生长的重要因素。在纯硅中加入一定比例的掺杂元素，可以改变硅晶体的电学性能。通过优化原子比例，可以提高单晶硅材料的导电性能和热稳定性。

为了生产出符合规格的单晶硅材料，必须对直拉法单晶硅生长过程进行严格的质量控制。要防止杂质沉淀。在生长过程中，应严格控制炉体温度和熔体中的杂质含量，定期进行炉体清洗和坩埚检查，确保生长环境的洁净度。

要控制缺陷密度。在单晶硅生长过程中，应优化工艺参数，尽量避免热应力和应力集中，减少晶体缺陷的产生。还可以采用适当的热处理工艺来修复晶体缺陷，提高单晶硅的质量。

直拉法单晶硅生长原理及工艺在半导体材料制备领域具有重要地位。本文详细介绍了直拉法单晶硅生长的基本概念、工艺流程、关键工艺

参数以及质量控制方法。目前，通过不断的研究和改进，直拉法单晶硅生长技术已经取得了显著的进展，生产出的单晶硅材料质量得到了显著提高。

然而，尽管直拉法单晶硅生长技术已经取得了很大的进步，但仍存在一些不足之处，如对工艺参数的精确控制、杂质的去除、缺陷的控制等方面的挑战。未来，还需要进一步深入研究直拉法单晶硅生长的原理和工艺，以解决现有问题，提高单晶硅材料的质量和性能，推动半导体技术的发展。

直拉单晶硅是一种重要的半导体材料，广泛应用于太阳能电池、集成电路、传感器等领域。随着科技的不断发展，对直拉单晶硅的性能和品质要求也不断提高。因此，研究直拉单晶硅的晶体生长及缺陷具有重要的现实意义。

在直拉单晶硅的研究中，晶体生长和缺陷研究是两个关键的方面。在晶体生长方面，需要研究不同生长条件对硅晶体生长速度、微观结构、缺陷密度等方面的影响，以优化晶体生长工艺，提高硅晶体的质量和性能。在缺陷研究方面，需要研究缺陷的类型、产生原因、分布规律等，以采取有效的措施降低缺陷密度，提高硅晶体的整体性能。

为了研究直拉单晶硅的晶体生长及缺陷，首先需要对硅晶体生长过程

进行实验设计。实验中需要严格控制温度、压力、掺杂剂等参数，以获得高质量的硅晶体。同时，需要对硅晶体的缺陷进行深入研究，包括缺陷的类型、产生原因、分布规律等。在此基础上，可以采用理论分析的方法对实验结果进行模拟和预测，以便更好地理解直拉单晶硅的晶体生长及缺陷。

实验结果表明，直拉单晶硅的晶体生长速度受到温度、压力、掺杂剂等多种因素的影响。在晶体生长过程中，需要控制好这些参数，以获得高质量的硅晶体。实验结果还显示，直拉单晶硅中存在的主要缺陷包括位错、间隙和杂质等。这些缺陷的产生与晶体生长条件、掺杂剂的选择和热处理过程等因素有关。

通过对实验结果的分析，可以发现直拉单晶硅的晶体生长及缺陷研究存在一些问题。在晶体生长方面，需要进一步深入研究不同生长条件对硅晶体生长速度的影响机制，以便更好地控制晶体生长过程。在缺陷研究方面，需要进一步了解缺陷的产生原因和分布规律，以便采取更有效的措施降低缺陷密度。还需要加强理论模拟和预测的研究，以便更好地理解直拉单晶硅的晶体生长及缺陷。

直拉单晶硅的晶体生长及缺陷研究是一项重要的课题。通过对晶体生长和缺陷的深入研究，可以优化直拉单晶硅的生产工艺，提高硅晶体

的质量和性能，从而为太阳能电池、集成电路、传感器等领域的发展提供更好的材料基础。在未来的研究中，需要进一步加强直拉单晶硅的晶体生长和缺陷研究，以促进其在各个领域更广泛的应用。

随着全球对可再生能源需求的不断增长，太阳能电池板作为一种重要的可再生能源转换设备，正逐渐受到人们的和重视。其中，单晶硅太阳能电池作为一种新型的太阳能电池板，具有更高的光电转换效率和更长的使用寿命，因此具有广泛的应用前景。本文将对单晶硅太阳能电池的生产工艺进行详细的研究和介绍。

单晶硅太阳能电池是一种利用单晶硅片制备而成的太阳能电池。与多晶硅太阳能电池相比，单晶硅太阳能电池具有更高的光电转换效率和更长的使用寿命，因此被广泛应用于光伏发电站、太阳能热水器等领域。在制备工艺方面，单晶硅太阳能电池需要使用高纯度的单晶硅材料，并通过复杂的生产工艺加工而成。

单晶硅太阳能电池的制备工艺主要包括以下几个步骤：

高纯度硅材料制备：制备单晶硅太阳能电池需要使用高纯度的硅材料，可以通过化学还原、蒸馏提纯等方法进行制备。

单晶硅生长：单晶硅生长是制备单晶硅太阳能电池的关键步骤，需要

使用高纯度硅材料在熔融状态下进行缓慢冷却，形成单晶硅晶体。

硅片切割：将单晶硅晶体切割成一定尺寸的硅片，作为单晶硅太阳能电池的基本单元。

表面处理与电极制备：在硅片表面进行处理，制备出正负电极，以便于收集太阳能电池产生的电能。

封装与测试：将单晶硅太阳能电池进行封装和测试，以确保其性能和稳定性达到使用要求。

单晶硅太阳能电池的生产过程主要包括以下几个步骤：

原料准备：准备好高纯度的单晶硅材料、玻璃、铝合金等原料。

配料与熔铸：将高纯度单晶硅材料按照一定比例加入到熔炼炉中，在高温下熔化成液体，然后倒入铸模中冷却凝固成硅锭。

切片与清洗：用切割机将硅锭切成一定厚度的硅片，然后进行表面清洗和抛光处理，以去除表面的机械损伤和杂质。

扩散与结膜：在硅片上涂覆一层氮化硅膜，并在高温下进行扩散处理，使氮化硅膜与硅片表面形成一层合金层，以保护硅片并提高光电转换效率。

丝网印刷与烧结：在硅片表面印制电极图案，然后进行烧结处理，使电极材料与硅片表面形成合金层，以收集太阳能电池产生的电能。

测试与分选：对生产出来的单晶硅太阳能电池进行性能测试和分选，以筛选出符合规格要求的电池板。

包装与运输：将合格的电池板进行包装，然后运输到目的地。

单晶硅太阳能电池作为一种新型的太阳能电池板，具有较高的光电转换效率和较长的使用寿命，因此具有广泛的应用前景。通过对单晶硅太阳能电池生产工艺的研究和介绍，我们可以看出其制备过程需要经过多个复杂步骤，且每个步骤都需要严格的质量控制和技术要求。因此，在实际生产过程中，需要严格控制各个生产环节的质量和技术参数，以确保最终产品的质量和稳定性达到使用要求。随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，未来的单晶硅太阳能电池将不断进行技术升级和创新，以实现更高效、更稳定、更可靠的性能表现。

直拉法单晶硅生长原理及工艺

直拉法单晶硅生长原理及工艺 随着科技的不断进步，半导体材料在社会发展中的作用越来越重要。作为半导体材料中的重要组成部分，单晶硅的生长工艺和技术显得尤为重要。直拉法是一种常用的单晶硅生长方法，其生长原理和工艺技术的研究对于提高单晶硅材料的质量和性能具有重要意义。 直拉法单晶硅生长原理及工艺是一种在半导体工业中广泛应用的制 备单晶硅材料的技术。直拉法是通过在熔体中引入籽晶，通过控制温度和拉速等参数，使熔体中的原子按特定方向有序排列，形成单晶体。该方法具有生长速度快、晶体完整性好、易于实现自动化等优点。 直拉法单晶硅生长工艺流程包括装料、熔化、引晶、缩颈、放肩、等径生长、收尾和冷却等步骤。主要设备包括炉体、加热器、控制系统、坩埚、籽晶和抬升装置等。 在直拉法单晶硅生长过程中，诸多工艺参数都会对单晶硅的质量和性能产生影响。其中，熔化温度、拉速、原子比例等是几个关键工艺参数。 熔化温度直接影响硅熔体的纯净度和粘度。高温下，硅熔体的粘度降低，有利于硅原子的扩散和晶体生长。但过高的温度会导致硅熔体氧

化和元素挥发，影响晶体质量。 拉速是直拉法单晶硅生长过程中控制晶体生长速度的重要参数。拉速过慢会导致晶体生长时间长，热应力大，易产生缺陷；拉速过快则会导致熔体供应不足，形成小平面。因此，合理控制拉速是提高单晶硅质量的关键。 原子比例也是影响直拉法单晶硅生长的重要因素。在纯硅中加入一定比例的掺杂元素，可以改变硅晶体的电学性能。通过优化原子比例，可以提高单晶硅材料的导电性能和热稳定性。 为了生产出符合规格的单晶硅材料，必须对直拉法单晶硅生长过程进行严格的质量控制。要防止杂质沉淀。在生长过程中，应严格控制炉体温度和熔体中的杂质含量，定期进行炉体清洗和坩埚检查，确保生长环境的洁净度。 要控制缺陷密度。在单晶硅生长过程中，应优化工艺参数，尽量避免热应力和应力集中，减少晶体缺陷的产生。还可以采用适当的热处理工艺来修复晶体缺陷，提高单晶硅的质量。 直拉法单晶硅生长原理及工艺在半导体材料制备领域具有重要地位。本文详细介绍了直拉法单晶硅生长的基本概念、工艺流程、关键工艺

有关单晶拉制工艺

一、晶体与非晶体 ●晶体具有一定熔点 ) (晶体) （非晶体） 由图晶体在bc段熔化时温度不变，此时的温度就是晶体的熔点。 ●晶体各向异性 晶体在不同方向上导热性质、力学性质、电学性质等各物理、化学性质不同，是 因为晶体各晶面格点密度的不同。 二、晶面和晶向 ●晶面指数—选取x，y，z平行于晶胞的三条棱标出一个晶面，标出晶面在x，y，z 轴上的截距，然后取截距的倒数，若倒数为分数，则乘上它们的最小公倍数，便 有h，k，l的形式，而（h，k，l）即为晶面指数。 z z z x (111)面（110）面（100）面 ●晶向—通过坐标原点作一直线平行于晶面法线方向，根据晶胞棱长决定此直线点 坐标，把坐标化成整数，用[ ]括起来表示。 注：对于硅单晶生长，{100}晶面族的法向生长速度最快，{111}族最慢。（拉速）

三、晶体的熔化和凝固 ●晶体熔化和凝固与时间关系对应曲线上出现“温度平台”是因为熔化过程中，晶 体由固态向液态变化一过程需吸收一定的热量（熔化热），使晶体内原子有足够的 能量冲破晶格束缚，破坏固态结构。反之，凝固时过程会释放一定的结晶潜热。 四、结晶过程的宏观特性 ●曲线表明凝固时必须有一定的过冷度ΔT结晶才能进行。即结晶只能在过冷熔体中 进行。 ●所谓“过冷度”，指实际结晶温度与其熔点的差值，ΔT=液体实际凝固温度—熔点 温度。 ●结晶潜热的释放和逸散是影响结晶过程的重要因素： a.结晶潜热的释放和逸散相等，结晶温度保持恒定，液体完全结晶后温度才下降。 b.表示由于熔体冷却略快或其他原因结晶在较大的过冷度下进行，结晶较快，释放 的结晶潜热大于热的逸散，温度逐渐回升，一直到二者相等，此后，结晶在恒 温下进行，一直到结晶过程结束温度才开始下降。 c.结晶在很大的过冷度下进行，结晶潜热的释放始终小于热的逸散，结晶在连续降 温过程中进行。 五、晶核的自发形成 ●判断结晶能否自发形成就看固态自由能Z固和液态自由能Z液的变化关系。哪一 物态自由能小，过程将趋于该物态。自由能越小，相应物态越稳定。 Z固

直拉单晶硅的制备工艺

直拉单晶硅的制备工艺 内容提要：单晶硅根据硅生长方向的不同分为区熔单晶硅，外延单晶硅和直拉单晶硅。直拉单晶硅的制备工艺一般包括多晶硅的装料和熔化，种晶，缩颈，放肩，等径和收尾。目前，单晶硅的直拉生长法已经是单晶硅制备的主要技术，也是太阳电池用单晶硅的主要制备方法。关键词：直拉单晶硅，制备工艺 一，直拉单晶硅的相关知识 硅单晶是一种半导体材料。直拉单晶硅工艺学是研究用直拉方法获得硅单晶的一门科学，它研究的主要内容：硅单晶生长的一般原理，直拉硅单晶生长工艺过程，改善直拉硅单晶性能的工艺方法。 直拉单晶硅工艺学象其他科学一样，随着社会的需要和生产的发展逐渐发展起来。十九世纪，人们发现某些矿物，如硫化锌、氧化铜具有单向导电性能，并用它做成整流器件，显示出独特的优点，使半导体材料得到初步应用。后来，人们经过深入研究，制造出多种半导体材料。1918年，切克劳斯基（J Czochralski）发表了用直拉法从熔体中生长单晶的论文，为用直拉法生长半导体材料奠定了理论基础，从此，直拉法飞速发展，成为从熔体中获得单晶一种常用的重要方法。目前一些重要的半导体材料，如硅单晶，锗单晶，红宝石等大部分是用直拉法生长的。直拉锗单晶首先登上大规模工业生产的舞台，它工艺简单，生产效率高，成本低，发展迅速；但是，锗单晶有不可克服的缺点：热稳定性差，电学性能较低，原料来源少，应用和生产都受到一定限制。六十年代，人们发展了半导体材料硅单晶，它一登上半

导体材料舞台，就显示了独特优点：硬度大，电学热稳定性好，能在较高和较低温度下稳定工作，原料来源丰富。地球上25.8%是硅，是地球上锗的四万倍，真是取之不尽，用之不竭。因此，硅单晶制备工艺发展非常迅速，产量成倍增加，1964 年所有资本主义国家生产的单为晶硅50-60 吨，70年为300-350 吨，76年就达到1200吨。其中60%以上是用直拉法生产的。 随着单晶硅生长技术的发展，单晶硅生长设备也相应发展起来，以直拉单晶硅为例，最初的直拉炉只能装百十克多晶硅，石英坩埚直径为40毫米到60毫米，拉制单晶长度只有几厘米，十几厘米，现在直拉单晶炉装多晶硅达40 斤，石英坩埚直径达350毫米，单晶直径可达150毫米，单晶长度近2米，单晶炉籽晶轴由硬构件发展成软构件，由手工操作发展成自动操作，并进一步发展成计算机操作，单晶炉几乎每三年更新一次。大规模和超大规模集成电路的发展，给电子工业带来一场新的革命，也给半导体材料单晶硅带来新的课题。大规模和超大规模集成电路在部分用直拉单晶硅制造，制造集成电路的硅片上，各种电路密度大集成度高，要求单晶硅有良好的均匀性和高度的完美性。以4k 位集成电路为例，在4×4 毫米或4×6 毫米的硅片上，做四万多个元件，还要制出各元件之间的连线，经过几十道工序，很多次热处理。元件的高密度，复杂的制备工艺，要保证每个元件性能稳定，除制作集成电路工艺成熟外，对硅单晶材料质量要求很高：硅单晶要有合适的电阻率和良好的电阻率均匀性，完美的晶体结构，良好的电学性能。因此，硅单晶生长技术要更成熟、更精细、

单晶硅生长原理及工艺

单晶硅生长原理及工艺 摘要：介绍了直拉法生长单晶硅的基本原理及工艺条件。通过控制不同的工艺参数（晶体转速：2.5、10、20rpm； 坩埚转速： 1.25、5、10），成功生长出了三根150×1000mm 优质单晶硅棒。分别对这三种单晶硅样品进行 了电阻率、氧含量、碳含量、少子寿命测试，结果表明，当晶体转速为10rpm，坩埚转速为5rpm，所生长出的单 晶硅质量最佳。最后分析了氧杂质和碳杂质的引入机制及减少杂质的措施。 关键词：单晶硅；直拉法生长；性能测试；氧杂质；碳杂质 中图分类号：O782 文献标识码：A 文章编号：1672 －9870（2009）04 －0569 －05 收稿日期：2009 07 25 基金项目：中国兵器科学研究院资助项目（42001070404） 作者简介：刘立新（1962 ），男，助理研究员，E-mail：lxliu2007@https://www.doczj.com/doc/1519303399.html,。 刘立新1，罗平1，李春1，林海1，张学建1，2，张莹1 （1.长春理工大学材料科学与工程学院，长春130022；2.吉林建筑工程学院，长春130021） Growth Principle and Technique of Single Crystal Silicon LIU Lixin1，LUO Ping1，LI Chun1，LIN Hai1，ZHANG Xuejian1，2，ZHANG Ying1 （1.Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022； 2. Jilin Architectural and civil Engineering institute，Changchun 130021） Abstract：This paper introduces the basic principle and process conditions of single crystal silicon growth by Cz method. Through controlling different process parameters (crystal rotation speed: 2.5，10，20rpm; crucible rotation speed: -1.25， -5，-10)，three high quality single crystal silicon rods with the size of 150×1000mm were grown successfully. Performance measurements of three single crystal silicon samples were performed including resistivity，oxygen and carbon content， minority carrier lifetime，respectively. The results show that as-grown single crystal silicon has the optimal quality when crystal rotation speed is 10rpm，and crucible rotation speed is -5rpm. Finally，the introducing mechanism of oxygen and carbon impurities，and the way to reduce the impurities were discussed. Key words：single crystal silicon；growth by Cz method；performance measurements；oxygen impurities；carbon impurities 单晶硅属于立方晶系，金刚石结构，是一种性 能优良的半导体材料。自上世纪40 年代起开始使 用多晶硅至今，硅材料的生长技术已趋于完善，并 广泛的应用于红外光谱频率光学元件、红外及射 线探测器、集成电路、太阳能电池等［1］。此外，硅 没有毒性，且它的原材料石英(SiO2)构成了大约60% 的地壳成分，其原料供给可得到充分保障。硅材料

直拉单晶硅工艺技术

直拉单晶硅工艺技术 直拉单晶硅工艺技术是一种生产单晶硅材料的工艺方法，它能够高效地制备高纯度、高质量的单晶硅。在电子、光伏等领域有着广泛的应用。下面我将介绍一下直拉单晶硅工艺技术的基本原理和步骤。 直拉单晶硅工艺技术基本原理是利用熔融态下的硅液形成的“剪切层”和拉伸过程中形成的“湍流鞍点”来减小晶体发生成核的机会，实现快速生长大尺寸单晶硅。 直拉单晶硅工艺技术的步骤如下： 1、硅原料准备：选择高纯度的硅原料，通常采用电石炉法或氯气法制备。 2、硅液制备：将硅原料放入特殊的熔化炉中，在高温下将硅原料熔化成液态硅。 3、净化处理：通过添加掺杂剂和进行化学处理等方式，对硅液进行净化，去除杂质和不纯物质。 4、晶体成核：将净化后的硅液脱氧，并添加少量的晶种，形成晶体的初步成核。 5、晶体生长：将晶种固定在拉伸机上，通过控制温度和拉拔速度，使晶体逐渐生长。

6、晶体拉伸：在晶体生长过程中，通过拉伸机的拉拔和旋转，将晶体朝着一个方向上不断拉长，直到达到目标长度。 7、光洁处理：将拉伸后的晶体进行光洁处理，使其表面变得 光滑。 8、切割整理：将拉伸后的晶体切割成适当大小的小晶体，用 于制造半导体晶体管等器件。 直拉单晶硅工艺技术的优点在于能够生长大尺寸的单晶硅，提高了生产效率和晶体质量。同时，它还具有晶体控制性好、成本低等特点，为单晶硅领域的发展提供了重要的技术支持。 然而，直拉单晶硅工艺技术也存在一些问题。首先，大尺寸单晶的生产周期较长，需要耗费大量的能源和物资。其次，工艺要求严格，操作技术要求高，一旦出现操作失误，就会导致晶体质量下降。 总而言之，直拉单晶硅工艺技术是一种优质、高效的制备单晶硅材料的方法。通过不断的技术创新和工艺改进，相信直拉单晶硅工艺技术能够继续优化，提高生产效率和质量，为电子、光伏等领域的应用提供更好的支持。

单晶生产过程

单晶硅的生产过程 一、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。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。 单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。 单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、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Φ3 ~8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Φ3~6英寸。外延片主要用于集成电路领域。 由于成本和性能的原因，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。 单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域，当今全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中95%以上的半导体器件及99%以上的集成电路用硅。 二、硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。 日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为2.5、3、4、5英寸硅锭和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。 目前，全世界单晶硅的产能为1万吨/年，年消耗量约为6000吨～7000吨。未来几年中，世界单晶硅材料发展将呈现以下发展趋势。 单晶硅产品向300mm过渡，大直径化趋势明显： 随着半导体材料技术的发展，对硅片的规格和质量也提出更高的要求，适合微细加工的大直径硅片在市场中的需求比例将日益加大。目前，硅片主流产品是200mm，逐渐向300 mm过渡，研制水平达到400mm～450mm。据统计，200mm硅片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其余占20%左右。根据最新的《国际半导体技术指南（ITRS）》，3 00mm硅片之后下一代产品的直径为450mm；450mm硅片是未来22纳米线宽64G集成电路的衬底材料，将直接影响计算机的速度、成本，并决定计算机中央处理单元的集成度。 Gartner发布的对硅片需求的5年预测表明，全球300mm硅片将从2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韩等国家都已经在1999年开始逐步扩大300mm硅片产量。据不完全统计，全球目前已建、在建和计划建的300mm硅器件生产线约有40余条，主要分布在美国和我国台湾等，仅我国台湾就有20多条生产线，其次是日、韩、新及欧洲。 世界半导体设备及材料协会（SEMI）的调查显示，2004年和2005年，在所有的硅片生产设备中，投资在300mm生产线上的比例将分别为55%和62%，投资额也分别达到1 30.3亿美元和184.1亿美元，发展十分迅猛。而在1996年时，这一比重还仅仅是零

硅的基础知识和太阳能单晶拉制基础知识及操作

硅的基础知识和太阳能单晶拉制基础知识及操作 ------余新明----- 硅的基础知识 硅在元素周期表中的序号是14，相对原子量为28，密度2.32-2.34克/厘米。常温下是固体，熔点是1410~1414度，沸点则要2355度。 硅是IV族元素，外层有四个电子，所以，外层有五个电子的V 族元素就被称为施主元素，因为多余的那个好象是做善事一样可以共大家使用，产生导电性。而外层只有三个电子的III族元素，则被成为受主元素，因为外面少一个电子，好象有一个空穴一样，所以周围的硅原子所带有的外层的电子老是要来填满它，这样，那个空穴就好象也会到处跑，像个正电子一样，电子和空穴就被统称为载流子。 最常被用来作为施主杂质的元素是磷，主要原因是它无毒而且比较容易得到，进行掺杂也比较容易。最常被用来作为受主杂质的元素是硼，主要原因也和磷一样，但它比磷还有一个更加明显的优点，就是，它在硅中的分凝系数很接近于1。----这是什么意思呢？ 掺杂时，要将硅和杂质一起熔化，然后拉单晶。而单晶是从上到下逐渐生长的，所有的杂质元素在硅晶体的生长时，在硅的晶体和液体的界面上（固液界面），在固体和液体中的浓度是不同的，其在固体中的浓度与在液体中的浓度之比，就称为分凝系数。分凝系数越接近与1，则在固体和液体中的比例一样，这样所拉出的单晶的杂质浓度就越均匀。而分凝系数越接近于零，则在固体和液体的比例差别越大，这样，先拉出来的单晶的头部，杂质就会很少，而到单晶的底部，杂质浓度就会很大。 硼在固液界面静止情况下的分凝系数为0.8，在固液界面运动的时候，会超过0.9，所以，拉制的单晶里，从头到尾，所掺杂的硼的浓度很均匀。而磷的分凝系数为0.36，在实际拉晶时，分凝系数可以超过0.5，虽然小了些，但在V族元素里，已经是分凝系数最大的元素了 硅单晶的主要技术参数硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。 导电类型导电类型由掺入的施主或受主杂质决定。P型单晶多掺硼，N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。 电阻率与均匀度拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶的电阻率。由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。它直接影响器件参数的一致性和成品率。 非平衡载流子寿命光照或电注入产生的附加电子和空穴瞬即复合而消失，它们平均存在的时间称为非平衡载流子的寿命。非平衡载流子寿命同器件放大倍数、反向电流和开关特性等均有关系。寿命值又间接地反映硅单晶的纯度，存在重金属杂质会使寿命值大大降低。 晶向与晶向偏离度常用的单晶晶向多为 (111)和(100)。晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度称为晶向偏离度。 晶体缺陷生产电子器件用的硅单晶除对位错密度有一定限制外，不允许有小角度晶界、位错排、星形结构等缺陷存在。位错密度低于 200/厘米2者称为无位错单晶，无位错硅单晶占产量的大多数。在无位错硅单晶中还存在杂质原子、空位团、自间隙原子团、氧碳或其他杂质的沉淀物等微缺陷。微缺陷集合成圈状或螺旋状者称为旋涡缺陷。热加工过程中，硅单晶微缺陷间的相互作用及变化直接影响集成电路的成败。 太阳能单晶拉制基础知识及操作

直拉法单晶生长

直拉法单晶生长 半导体晶体生长最主要的方法。利用籽晶坩埚熔体中提拉单晶的技术，由切克劳斯基(J．Czochralski)于1918年首次用此法生长金属晶体，故又称切克劳斯基法，简称CZ法。美国人蒂尔(G．K．Teal)和里特尔(J．B．Little)于1950年用此法拉出锗单晶，蒂尔和布勒直zh(E．Buekler)于1952年用此法拉出硅单晶。t原理与工艺过程单晶生长的过程如图所示，即建立相应的温度场，在固一液界面形成一定过冷度，在籽晶上进行结晶。工艺可分以下几个阶段：(1)熔料。将坩埚内多晶料全部熔化；(2)引晶。将籽晶放下经烘烤后，使之接触熔体，籽晶向上提拉，控制温度使熔体在籽晶上结晶；(3)缩颈。目的在于减少或消除位错，获得无位错单晶。(4)放肩。使单晶长大到所需要的直径尺寸。(5)等径。单晶保持圆柱形生长。(6)收尾。将单晶直径逐渐缩小，最后呈锥形，以避免位错反延伸。 1一电极；2硅熔体；3等径生长；4一观察孔；5一放肩；6缩颈；7图像传感器；8一卷轴旋转系统；9提拉绳；10至真空泵；11一光学系统；12一石英坩埚；13石墨托；14一石墨加热器；15保温罩 熔体的流动 在Cz晶体生长过程中，熔体流动状态非常复杂，由于熔体不透明，难以直接观察；因此，常常用数字模拟，实验模拟，以及用x光照射来了解熔体流动。熔体流动图像有5种基本类型的对流，它们是：(1)温度梯度产生的浮力而引起

的自然热对流；(2)熔体表面张力梯度引起的马兰哥尼对流；(3)提升晶体引起的强迫对流；(4)晶体旋转引起的强迫对流；(5)坩埚旋转引起的强迫对流。在这5种对流中以热对流和晶转强迫对流最为重要。 热对流的速度场完全取决于格拉斯霍夫数。 式中g为重力加速度，β为熔体的热膨胀系数，L为特征长度(坩埚半径或熔体深度)，△T 为熔体在特征长度上的温差，v为熔体的 L 运动粘滞系数。在坩埚底部受热的情况下，则用瑞利数。 代替格拉斯霍夫数，其中K 是熔体的热导率。晶体旋 L 转引起的强制对流常用雷诺数Re来表示。 式中w 为晶体转速，r为晶体半径。在晶体生长过程中，随 s 着熔体高度降低，晶体导热和散热条件以及与坩埚相对位置不断发生改变。这导致熔体的液流状态和热场的温度分布也随之发生变化。因此在单晶生长时需要选择和及时调整晶体工艺参数，保证单晶继续正常生长和获得性能均匀的高质量单晶是非常重要的。 杂质的分布 为获得一定导电类型和电阻率的单晶体，多以元素或母合金状态作为掺杂剂直接加入坩埚。直拉法晶体生长属正常凝固，因此杂质在晶体中的轴向分布遵循Pfann关系式式中K为杂质的有效分凝系数，c。为熔体中杂质的初始浓度，g是凝固分数。径向分布较轴向分布复杂，径向不均匀性来自(111)小面效应和非稳态分凝。当生长界面上出现(111)小面时，在小面区和非小面区晶体生长速率有很大差别，另外，非稳态分凝常由生长速率和边界层厚度的变化引起。从BPS关系，有效分凝系数可表示为： 可以看到，生长速率ν和边界层厚度δ的变化都会引起有效分凝系数K eff 的变化，从而造成晶体中杂质浓度的起伏。当温度场的对称轴与晶体生长轴不重 合时，瞬时生长速率其中这里G是生长界面邻近的轴向温度悌度，△T是界面上一点当晶体旋转一周时的温度变化，Vo 是宏观平均生长速率，w是晶体转速。这种温度场不对称造成杂质呈旋转条纹状分布。熔体热对流将引起杂质呈非旋转条纹分布。它与旋转条纹不同，其间距无规则，振幅与间距都小于旋转条纹。这种条纹叠加在旋转条纹之上。 由于集成电路的飞速发展，要求单晶直径不断趋向大形化。当前直径200mm 硅单晶已工业化生产并成为主流产品。直径300mm硅单晶已研制成功，直径400mm 的硅单晶也已开始研制。直拉(CZ)法单晶生长技术相对容易掌握且生产率高，现已成为硅、锗及化908合物半导体单晶的主要生长方法之一。

直拉单晶硅工艺流程

直拉单晶硅工艺流程 直拉单晶硅工艺流程 直拉单晶硅是一种用于制备硅片的工艺流程，常用于太阳能电池板制造。下面将介绍直拉单晶硅的工艺流程。 首先，制备源硅材料。该工艺流程需要用到高纯度的硅材料，通常采用电石法或气相法制备。电石法中，将优质的石英矿石与煤、木炭等还原剂混合，在电弧炉中高温还原制备气体硅烷。气相法则通过加热二氯硅烷等有机硅物质，制备出高纯度的单晶硅。 接下来，准备单晶硅材料。将制备好的高纯度硅材料溶解在溶剂中，形成单晶硅溶液。然后将溶液倒入特制的石英坩埚中，并在高温下进行晶体生长。在晶体生长过程中，控制好温度和浓度，使得硅原子有序排列，最终形成单晶硅。 然后，进行单晶硅块切割。将生长好的单晶硅块取出，经过去刺槽和打磨处理，将边界去除，得到整齐的单晶硅块。接下来，使用线锯将单晶硅块切割成厚度约为200至300微米的硅片。 接下来是表面处理。将切割好的硅片进行去氧化处理，去除表面的氧化层。然后使用化学或机械方法对硅片表面进行抛光处理，使其表面光洁度达到要求。 随后是掺杂过程。通过扩散、离子注入或气相外延等方法，在硅片上注入掺杂剂，以改变硅片的电学性质。例如，在太阳能

电池板制造中，通常将硼或磷等掺杂剂注入硅片，形成PN结构。 最后是光刻和化学蚀刻。光刻是将光引进硅片中，通过掩膜技术在硅片上形成微观结构。然后使用化学蚀刻液将不需要的部分腐蚀掉。通过光刻和化学蚀刻的反复过程，可以制备出太阳能电池板的各种结构和电路。 总结起来，直拉单晶硅的工艺流程包括制备源硅材料、单晶硅生长、切割、表面处理、掺杂、光刻和化学蚀刻等步骤。这个工艺流程是制备太阳能电池板所必须的，通过不断探索和改进工艺，可以提高单晶硅的质量和效率，推动太阳能电池板的发展。

毕业设计(论文)-直拉单晶硅的制备

毕业设计（论文）-直拉单晶硅的制备 题目：直拉法制备单晶硅的研究 摘要：单晶硅是目前最广泛应用于光电子器件和太阳能电池领域的材料之一。本研究主要通过直拉法制备单晶硅，并对其制备过程中的影响因素进行研究和优化。使用不同的原料、控制拉丝速度和控制拉丝温度等参数进行实验，并通过光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等手段进行表征和分析。 关键词：单晶硅、直拉法、控制参数、光电子器件、太阳能电池 1. 引言 随着科技的快速发展，光电子器件和太阳能电池作为可再生能源领域的重要组成部分，对高纯度、大尺寸、无缺陷的单晶硅的需求越来越大。直拉法是一种广泛应用于制备单晶硅的方法，通过控制拉丝过程中的参数，可以获得高质量的单晶硅。 2. 直拉法的工作原理 直拉法制备单晶硅的过程主要包括原料准备、熔化、拉丝和固化等阶段。在拉丝过程中，通过初始晶种的引入和拉丝速度的控制，可以实现单晶硅的制备。 3. 影响直拉法制备单晶硅的因素 3.1 原料选择：原料的纯度和成分对单晶硅的质量有着重要影响，不同的原料对单晶硅的生长速率和晶体结构有不同的影响。 3.2 拉丝速度：拉丝速度对于单晶硅的形成和生长起到至关重 要的作用，过快或过慢的拉丝速度都会影响单晶硅的质量。

3.3 拉丝温度：拉丝温度对单晶硅晶体的质量和纯度有很大影响，需在合适的温度范围内进行控制。 4. 实验设计和结果分析 4.1 实验材料和设备的选择：选用高纯度硅片作为原料，使用 恒温炉和拉丝机进行实验。 4.2 实验步骤：控制不同拉丝速度和拉丝温度下的直拉法实验。 4.3 结果分析：通过光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍 射仪等手段对实验结果进行表征和分析。 5. 结论 本研究通过直拉法制备单晶硅的实验，得出了原料选择、拉丝速度和拉丝温度对制备单晶硅的影响，并优化了制备过程中的参数，从而获得了高质量的单晶硅。

拉晶生产实习内容简介

拉晶生产实习内容简介 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ⅢA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ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。 在直拉法生长硅单晶的过程中，硅单晶生长的成功与否以及质量的高低是由热场的温度分布决定的。温度分布合适的热场，不仅硅单晶生长顺利，而且品质较高；如果热场的温度分布不是很合理，生长硅单晶的过程中容易产生各种缺陷，影响质量，情况严重的出现变晶现象生长不出来单晶。因此，对单晶炉热场进行系统的分析，有助于优化晶体生长的工艺流程，提高晶体的成品质量。 拉晶的过程是引晶→缩颈→放肩→转肩→等径→收尾，所以需要实习的内容也是在这六个过程中。实习的过程都有很多需要注意的地方。 引晶开始时，应先引10mm左右直径较粗的细颈，可作为下次接触使用，这样避免籽晶的浪费。缩颈是拉制无位错单晶的基础，虽然理论上可以计算出位错排除体外的细颈长度（L=Dctg 0 )，但实验表明，理论计算的缩颈长度还不能确保无位错单晶的生长。缩颈达到预定的长度后，缓慢降低拉速进行放肩。将肩放到合适直径（6英寸单晶为150mm左右）时，将拉速缓慢提高，进行转肩。当晶体长度达到预定长度，或断棱需要收尾时，退自控，缓慢停止蜗升进行收尾。

这就是拉晶生产实习的具体内容，但是需要生产人员在实习过程中具体问题具体分析，以达到理论与实践的结合，使实习过程更加顺畅。

CCz连续直拉单晶简介

CCZ技术简介 要得到优质晶体，在晶体生长系统中必须建立合理的温度分布，在单晶炉的炉膛内存在不同的介质，如熔体、晶体以及品体周围的气氛等。不同的介质具有不同的温度，就是在同一介质内，温度也不是均匀分布的，炉膛内的温度是随空间位置而变化的。晶体生长过程中最理想的是炉内温场不随时间而变化；即温度分布与时间无关，这样的温场称稳态温场。而实际生长过程中，炉膛中的温场随时间而变化，也就是炉内的温度是空间和时间的函数，这样的温场称为非稳温场。 根据晶体生长方式不同，当前制备单晶硅技术主要分为悬浮区熔法（FZ法）和直拉法（CZ法）两种，直拉法相对来说成本更低，生长速率较快，更适合大尺寸单晶硅棒的拉制，目前我国90%以上的太阳能级单晶硅通过直拉法进行生产，预计今后仍将大比例沿用。 Fz区熔硅

CZ直拉法的原理是将高纯度的多晶硅原料放置在石英坩埚中加热熔化，再将单晶硅籽晶插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长，并随着籽晶的提拉晶体逐渐生长形成晶棒。 CZ是从熔体中生长晶体的一种常用方法，属于保守系统，它要求晶体一致共熔，其主要优点在于它是一种直观的技术，可以在短时间内生长出大而无位错的单晶。 优点： 1. 便于精密控制生长条件，可以较快速度获得优质大单晶； 2. 可以使用定向籽晶，选择不同取向的籽晶可以得到不同取向的单晶体； 3. 可以方便地采用“回熔”和“缩颈”工艺，以降低晶体中的位错密度，提高晶体的完整性； 4. 可以在晶体生长过程中直接观察生长情况，为控制晶体外形提供了有利条件； 缺点： 1. 一般要用坩埚作容器，导致熔体有不同程度的污染；保温材料和发热体材料杂质也属于这类污染； 2. 当熔体中含有易挥发物时，则存在控制组分的困难； 3. 不适合生长冷却过程中存在固态相变的材料； 4．分凝系数导致溶质分布不均匀或组分不均匀； 5. 随着生长过程的进行，坩埚中熔体液面会不断下降，坩埚内壁逐渐地裸露出来。由于埚壁的温度很高，因而对晶体、熔体中的温场影响很大，甚至发生界面翻转。 6.分凝系数是动态的； 最初的直拉法是分批直拉法（BatchCzochralski），一个坩埚只能拉制一根晶棒，并且在拉制完以后坩埚因冷却破裂而无法重复使用。目前单晶硅工业生产多采用RCZ多次拉晶技术（RechargedCzocharlski），是在分批直拉法的基础上给设备增加加料装置改进而来。RCZ法在每次拉制完硅晶棒以后使坩埚保持高温，并通过加料装置将多晶硅颗粒原料加入到坩埚内剩余的硅熔液中熔化，用于下次晶棒拉制。由于RCZ法不会像分批直拉法那样因冷却坩埚而导致坩埚破裂，使得坩埚的多次利用成为可能。当前，业界主流应用的全部为RCz多次拉晶技术。

硅单晶生长知识

CZ法,直拉法又称为切克劳斯基法 1918年由切克劳斯基(Czochralski )建立起来的一种晶体生长方法，简称CZ法。CZ法的特点是在一个直筒型的热系统汇总，用石墨电阻加热，将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体外表进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，一支硅单晶就生长出来了。 图U £(拉乐品碎和相应生氏部位的示證圉

区熔法又称FZ法，即悬浮区熔法。 区熔法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接 单晶籽晶。调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。[ 区熔法分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。前者主要用于锗、GaAs等材料的提纯和单晶生长。后者主要用于硅，这是由于硅熔体的温度高，化学性能活泼，容易受到异物的玷污，难 以找到适合的舟皿，不能采用水平区熔法。 Floating Zone Method Poly Si Rod Heating Coils Movenient Heating Coils

磴场直拉法 magnetic field applied Czochralski method 複据施加磁场的方向，MCZ法可分为两种:磁场方向垂宜于品体生长轴的，称为橫向磁场〔HMCZ〕;磁场方向平行于晶体生长帕的，那么称为纵向盛场〔VMCZ〕。 根据目前的实际应月效果来看，谊者多应用丁•硅单品生长方面，后者多用丁化合物半导体单品生长方面.作为磁体发生装置大致可分为常规瞪体和趙导磁体两种.前者在技术上比拟简单.操作方便，但磁体的体积和耗电量葫比拟大;后者的磁体体积和耗电虽都比拟小，但一次投资大，技术比拟艮杂旦操作不如前者简单和方便.当前肯规磁体和超导磁体均枚采用. MCZ法.与宜拉法柜比，除穗体外，所用的主体设备〔如罩品炉等〕并无大的差异. MCZ法的根本原理为:在熔体施加磁场后，运动的导电熔体体元受到洛伦兹力作用.洛伦之力为F-qVXB式中q为熔体体元具有的电荷，V为体元的运动速度，B为碗感应强度矢虽:•，由洛伦兹定律可知，穿过磁力线运动的导电熔体内幫便产生与移动方旬和礴场方向相垂宜的电流。此电淀与姦力线相互作用，使导电熔体受到与移动方向相反的作用力，使熔体流动受到揽制。也可将洛伦兹力抑制热对流的效应理解为磁场增加了熔体的动粘度.在磁沆体动力学中，常用哙特曼数\1来表征这个效应。材2 —〔立X即加逆场时动粘曳与不加磁场时动粘婆之比°式中月为磋导率，H为磁场强度，占为电导率，p为熔体童度…为粘滞系数，DM丈于I时就意味着加磁场时的熔体动粘交占优势.培加熔体的磁动粘度，眈提高了表征热左浣开始产生的临界琏利数RcRc之7rz〔召万〕

单晶硅生产工艺

单晶硅生产工艺 单晶硅生产工艺 一、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。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。 单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。 单晶硅圆片按其直径分为 6 英寸、8 英寸、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Φ3~8 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Φ3~6 英寸。外延片主要用于集成电路领域。 由于成本和性能的原因，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。 单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域，当今全球超过 2000 亿美元的电子通信半导体市场中95%以上的半导体 器件及 99%以上的集成电路用硅。 二、硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。 日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为 2.5、3、4、5 英寸硅锭和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于 1998 年成功地制造出了 12 英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。 目前，全世界单晶硅的产能为 1 万吨/年，年消耗量约为 6000 吨～7000 吨。未来几年中，世界单晶硅材料发展将呈现以下发展趋势。 单晶硅产品向 300mm 过渡，大直径化趋势明显： 随着半导体材料技术的发展，对硅片的规格和质量也提出更高的要求，适合微细加工的大直径硅片在市场中的需求比例将日益加大。目前，硅片主流产品是 200mm，逐渐向 300mm 过渡，研制水平达到 400mm～450mm。据统计，200mm 硅片的全球用量占 60%左右，

直拉单晶硅的制备-掺杂讲课讲稿

直拉单晶硅的制备-掺 杂

直拉单晶硅的制备 硅、锗等单晶制备，就是要实现由多晶到单晶的转变，即原子由液相的随机排列直接转变为有序阵列；由不对称结构转变为对称结构。但这种转变不是整体效应，而是通过固液界面的移动而逐渐完成的。为实现上述转化过程，多晶硅就要经过由固态到熔融态，然后又由熔融态硅到固态晶体硅的转变。这就是从熔体硅中生长单晶硅所遵循的途径。从熔体中生长硅单晶的方法，目前应用最广泛的主要有两种：有坩埚直拉法和无坩埚悬浮区熔法。在讨论这两种制备方法之前，还应讨论在制备单晶过程中必不可少的一些准备工序。包括掺杂剂的选择、坩埚的选择、籽晶的制备等，分别介绍如下： 一、掺杂 在制备硅、锗单晶时，通常要加入一定数量杂质元素（即掺杂）。加入的杂质元素决定了被掺杂半导体的导电类型、电阻率、少子寿命等电学性能。掺杂元素的选择必须以掺杂过程方便为准，又能获得良好的电学性能和良好晶体完整性为前提。 1掺杂元素的选择 （1）根据导电类型和电阻率的要求选择掺杂元素制备N型硅、锗单晶，必须选择V族元素（如P、As、Sb、Bi）;制备P型硅、锗单晶必须选择川族元素（如B、Al、Ga In、Ti）。杂质元素在硅、锗晶体中含量的多少决定了硅、锗单晶的电阻率。电阻率不仅与杂质浓度有关，而且与载流子的迁移率有关。当杂质浓度较大时，杂质对载流子的散射作用，可使载流子的迁移率大大降低，从而影响材料的导电能力。考虑到以上因素，从理论上计算了电阻率与杂质浓度的关系曲线，如图9-5所示。 在生产工艺上按电阻率的高低分档。掺杂有三档：轻掺杂（适用于大功率整流级单 晶）、中掺杂（适用于晶体管级单晶）、重掺杂（适用于外延衬底级单晶）。 （2）根据杂质元素在硅、锗中溶解度选择掺杂元素各种杂质元素在硅、锗中溶解度相差颇大。例如，采用大溶解度的杂质，可以达到重掺杂的目的，又不会使杂质元素在晶体中析出影响晶体性能。