年产2000万硅片单晶技术文件

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一、技术水平及主要性能指标:
1、硅棒的制作原理是在FT-CZ2208AE型单晶炉是根据Czochralski(CZ Method)原理,在惰
性气体腔体中通过石墨 电阻加热器以高温将石英坩埚内半导体材料(多晶硅)熔化、稳定,
再通过籽晶与熔硅的接 触,籍籽晶提升及旋转机构、坩埚提升及旋转机构、直径测定控制系
统、温度测定控制系统 等关键部件的精密配合,用于制备太阳能级,亦可以用于电路级单晶的
设备系统

2、硅棒制作工艺:装料→熔料→恒温→引晶→放肩→转肩→等径生长→收尾→停炉冷却
3、硅棒的制作周期在50小时左右,应急控制部分(plc、pc、籽晶快速升降马达)
UPS规格:3.000VA/2100W/AV220单相、单次持续时间10分钟以上,具体单晶生长条件详
见下表:

单晶炉温度 1650℃
周围湿度 15-36℃
洁净度 一般环境
到达真空度 3pa以下
结晶拉制环境 2.7KPa(20Torr)
漏泄量 40mTorr/Hr以下
冷却水温度 15-25℃
冷却水压力:
进水水压 3-3.5KG平方厘米
进出水压力差 2KG/平方厘米

氩气
流量 150L/min
压力 >0.2Mpa

真空泵
极限真空度 0.067pa
排气能力 >150L/s

4、单晶硅棒主要性能指标下表:
尺寸 6寸、6.5寸、8寸
电阻率 1-3Ω*cm
少子寿命 ≥10us
碳含量 ≤18ppma
氧含量 ≤10ppma
二、核心技术:
1、参杂要求:制作单晶硅晶棒的原材料是多晶硅(也叫高纯硅)。另外生产单晶硅棒时还需要
加入掺杂物。掺杂物的种类分为P型和N型,N型掺杂物的种类一般为磷。依据半导体原件
应用上的各种不同的电性要求,掺杂物的种类和浓度均有不同。多晶硅原料和掺杂物加入石英
坩埚内,抽真空并通入氩气。然后开始加热至熔化温度(1420℃)以上,多晶硅原料熔化。
当硅溶液的温度稳定以后,将晶种慢慢浸入溶液的表面中,是熔融硅按照晶种规格的方向生长
晶体,即单晶硅。

2、晶棒的上升速度和旋转转速:当单晶硅刚开始沿着晶种生长之初,须降低晶棒的拉速与硅
溶液的温度,使得晶体的直径慢慢增大到所需的尺寸。然后旋转机构不断上升,熔融的硅材料
依次在晶棒的末端结晶,最终生成单晶硅棒。

旋转机构的旋转有两个作用:一是使晶棒成圆柱形,一是保持晶棒内的掺杂物分布均匀。旋
转机构的转速越低越有利于单晶的生长,旋转机构的转速越高则晶棒内的掺杂物越均匀。旋转
机构的转速需优化到既能达到集成电路产品对掺杂均匀性的要求,又要保证足够的生产产能,
以控制生产成本。

3、加热功率的调整:由于晶棒生长的过程中,液面会逐渐下降溶液量变少,加热功率也逐渐
的降低,以保持溶液的温度稳定。另外,晶棒的不断加长,晶棒的散热速率也在不断的变化,
因此,晶棒的拉速与熔融硅的温度应不断的调整,这对于维持晶棒的直径精度在±2MM之间至
关重要。因此不同工艺,有的单晶炉可以连续的加入多晶硅原料,因此可以加工出更长的晶棒。

4、原材料纯度:除了石英坩埚、石墨元件、氩气等可能带入杂质外,多晶硅元材料的纯度及
其使用量对杂质的含量及浓度起主要的作用。在晶棒生长的过程中,杂质在固相中的浓度低于
在液相中的浓度。于是在固液界面处,过剩的杂质逐渐在液相中积累,浓度渐渐上升而高于其
它溶液中的浓度。这种现象称作偏析。高浓度杂质的溶液固化温度低于定浓度溶液的固化温度。
如炉内溶液的时间温度低于固化温度,固液界面将会出现不稳定现象,这种现象称作过冷。过
冷现象容易导致多晶硅的生长。因此,单晶硅棒生产所需要的原材料的纯度非常高。
5、晶棒内热应力的控制:当石英坩埚内的熔融硅将近用完时,如果立刻将晶棒与液面分开,
晶棒内的热应力将使晶棒内的硅原子排列出现滑移和错位。为了避免这一问题,必须将晶棒的
直径慢慢缩小,直到变成一圆锥型尖端后再与液面分离,然后长完的晶棒上升至副室冷却一段
时间内取出。这一过程,俗称-收尾。至此,高纯硅的多晶硅原料被加工称单晶硅硅棒。