直拉硅单晶生长工艺流程与原理共38页
直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望
直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望
王正省;任永生;马文会;吕国强;曾毅;詹曙;陈辉;王哲
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)9
【摘要】碳达峰、碳中和理念提出后,太阳能作为一种可再生绿色能源备受关注。
单晶硅作为主要的光伏材料,其质量决定着太阳能电池效率的高低,为了降低成本和提高产能,人们对单晶硅提出越来越高的要求。
直拉法(CZ法)是单晶硅的主要制备方法,其生产效率高,可实现自动化,直拉单晶硅市场占比超过90%,目前正朝着大尺寸、N型、薄片化、低氧低碳的方向发展。
然而随着晶棒尺寸增大,热场变化更加复杂,现有CZ工艺难以满足市场需求。
未来降低度电成本仍是晶硅光伏发展的驱动力,应通过技术革新、产业标准化、成本控制等手段推动光伏产业发展。
本文介绍了CZ法生长单晶硅的基本原理和生长工艺,分别对缺陷控制、热场优化、氧含量控制等进行了分析,在总结工艺现状和单晶生长特点的基础上对直拉法生长单晶硅的发展方向进行了展望。
【总页数】13页(P1-13)
【作者】王正省;任永生;马文会;吕国强;曾毅;詹曙;陈辉;王哲
【作者单位】昆明理工大学冶金与能源工程学院;东京大学材料工程学院-8656;合肥工业大学计算机与信息学院;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】O782
【相关文献】
1.直拉法单晶硅生长的数值模拟和控制参数优化
2.直拉法生长单晶硅熔体流动实验模拟(下)
3.直拉法生长单晶硅熔体流动实验模拟(上)
4.直拉法单晶硅生长原理及工艺分析
5.氮掺杂工艺以及退火处理对直拉法单晶硅的影响
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单晶小知识直拉法
固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。在引晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体。通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状。
生长过程中各阶段生长条件的差异
3，磁控直拉技术与直拉法相比所具有的优点在于：
减少了熔体中的温度波度。一般直拉法中固液界面附近熔体中的温度波动达10 C以上，而施加0.2 T的磁场，其温度波动小于1℃。这样可明显提高晶体中杂质分布的均匀性，晶体的径向电阻分布均匀性也可以得到提高；
降低了单晶中的缺陷密度；
减少了杂质的进入，提高了晶体的纯度。这是由于在磁场作用下，熔融硅与坩锅的作用减弱，使坩锅中的杂质较少进入熔体和晶体。将磁场强度与晶体转动、坩锅转动等工艺参数结合起来，可有效控制晶体中氧浓度的变化；
1，在直拉法中，氧含量及其分布是非常重要而又难于控制的参数，主要是熔体中的热对流加剧了熔融硅与石英坩锅的作用，即坩锅中的O2,、B、Al等杂质易于进入熔体和晶体。热对流还会引起熔体中的温度波动，导致晶体中形成杂质条纹和旋涡缺陷。
2，半导体熔体都是良导体，对熔体施加磁场，熔体会受到与其运动方向相反的洛伦兹力作用，可以阻碍熔体中的对流，这相当于增大了熔体中的粘滞性。在生产中通常采用水平磁场、垂直磁场等技术。
直拉法的引晶阶段的熔体高度最高，裸露坩埚壁的高度最小，在晶体生长过程直到收尾阶段，裸露坩埚壁的高度不断增大，这样造成生长条件不断变化（熔体的对流、热传输、固液界面形状等），即整个晶锭从头到尾经历不同的热历史：头部受热时间最长，尾部最短，这样会造成晶体轴向、径向杂质分布不均匀。
直拉法－技术改进
一，磁控直拉技术
直拉硅单晶生长工艺流程与原理
隔离阀室 （翻板阀 室）
炉盖
主炉室 控制柜 坩埚提升 旋转机构
单晶炉的主要组成部分
1、炉体（基座、炉室、炉盖、液压系统） 2、晶体升降及旋转机构 3、坩埚升降及旋转机构 4、氩气和真空系统 5、加热系统（加热电源、热场） 6、冷却系统 7、控制系统
炉体
炉体（炉体由基座、炉室、炉盖及液压系统组成） 1、基座配合水平调整和防震设施为晶体提供良好的生长环境； 2、主炉室是晶棒生长的地方；副炉室是晶棒冷却的地方； 3、通过炉盖观察窗（主视窗、CCD窗）监控晶体生长全过程； 4、液压系统控制炉室打开与复位。 炉体调试重点： 1、炉子达到密闭性要求、极限真空和漏率合格； 2、调整调平垫块使炉底板达到水平度要求； 3、拧紧地脚螺栓； 4、液压系统运行平稳，限位调整，定位销检查。
单晶炉底座及地基和震源的隔离
外界震源包含： 1、真空泵运行振动 （措施：真空泵下用弹簧座主动隔震真空泵远离炉子）
2、基础所处土壤表层振动
（措施：基础四周挖减震槽隔离） 3、基础所处土壤深层振动 （措施：1、混凝土基础座在实土层2、混凝土基础不宜过高）
二、直拉单晶炉的基本结构
晶体提升 旋转机构 副炉室
免挂边、气泡、搭桥等。。
需要考量的因素： 1、装料一般原则；
2、掺杂剂类型及掺杂方法。
抽空——检漏——调压
1、将单晶炉密闭后抽真空，并使用氩气冲洗2-3次，
最后抽极限真空，关闭所有阀门检测炉压上升速度，
判断炉子泄漏率。一般冷炉泄漏率小于3帕/10分钟，
热炉泄漏率小于1-3帕/10钟认为合格。
2、炉子泄漏率合格之后开启真空阀和氩气阀，设定氩
1、静态热场 熔硅后引晶时的温度分布，由加热器、保温系统、坩埚位置等因素决定 。 2、动态热场
直拉单晶硅工艺技术PPT课件
这种周期性规律是晶体结构中最基本的特征。有固定熔点， 各向异性。
Intensity/a.u.
◆ :CuAlO2 ▲:CuO ◆ 1200℃
◆ ▲
◆ ▲◆
1190℃
◆
◆ ▲
◆ ▲◆
1180℃
◆
◆ ▲
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1170℃
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1160℃
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◆ 1150℃ ◆ ▲◆ ▲◆
20 30 40
◆◆◆
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50 60 70 80
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图1.5 食盐的空间点阵结构图
图1.6 不同烧结温度下通过陶瓷 的XRD图谱
紫锂辉石(Kunzite)
常林钻石 重158.786克拉 图1.7 常见的晶体
1.12晶体的几种晶面
同一个格点可以形成方向不同的晶列，每一个晶列定义了 一个方向，称为晶向。
图1.13 立方晶系中的几个晶面及晶向
1.5晶体的熔化和凝固
晶体的分类： 1.离子晶体 2.分子晶体 3.原子晶体 4.金属晶体
图1.14晶体加热或冷却的理想曲线
1.6结晶过程的宏观特征
1.15冷却曲线
1.7晶核的形成
熔体里存在晶胚，晶胚长到一定的尺寸时，形成晶核。 过冷度越大，临界半径越小。非自发成核要容易多了。
1.8二维晶核的形成
一定数量的液体原子同时落在平滑界面上的临近位置，形 成一个具有单原子厚度并有一定宽度的平面原子集团。
硅单晶的原理和成长工序(课堂PPT)
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ห้องสมุดไป่ตู้
2
装料、熔料
▪ 装料、熔料阶段是CZ生长过程的第一个阶 段，这一阶段看起来似乎很简单，但是这一 阶段操作正确与否往往关系到生长过程的成 败。大多数造成重大损失的事故(如坩埚破裂) 都发生在或起源于这一阶段。
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3
籽晶与熔硅的接触
▪ 当硅料全部熔化后，调整加热功率以控制熔体的温度。一般情况下， 有两个传感器分别监测熔体表面和加热器保温罩石墨圆筒的温度，在热 场和拉晶工艺改变不大的情况下，上一炉的温度读数可作为参考来设定 引晶温度。按工艺要求调整气体的流量、压力、坩埚位置、晶转、埚转。 硅料全部熔化后熔体必须有一定的稳定时间达到熔体温度和熔体的流动 的稳定。装料量越大，则所需时间越长。待熔体稳定后，降下籽晶至离 液面3～5mm距离，使粒晶预热，以减少籽经与熔硅的温度差，从而减 少籽晶与熔硅接触时在籽晶中产生的热应力。预热后，下降籽晶至熔体 的表面，让它们充分接触，这一过程称为熔接。在熔接过程中要注意观 察所发生的现象来判断熔硅表面的温度是否合适，在合适的温度下，熔 接后在界面处会逐渐产生由固液气三相交接处的弯月面所导致的光环(通 常称为“光圈”)，并逐渐由光环的一部分变成完整的圆形光环，温度过 高会使籽晶熔断，温度过低，将不会出现弯月面光环，甚至长出多晶。 熟练的操作人员，能根据弯月面光环的宽度及明亮程度来判断熔体的温 度是否合适。
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谢谢
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CZ生长原理及工艺流程
小莫
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1
单晶生长原理
▪ CZ法的基本原理，多晶体硅料经加热熔化，待温度 合适后，经过将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转 肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶锭的拉制。 炉内的传热、传质、流体力学、化学反应等过程都 直接影响到单晶的生长与生长成的单晶的质量，拉 晶过程中可直接控制的参数有温度场、籽晶的晶向、 坩埚和生长成的单晶的旋转与升降速率，炉内保护 气体的种类、流向、流速、压力等。CZ法生长的具 体工艺过程包括装料与熔料、熔接、细颈、放肩、 转肩、等径生长和收尾这样几个阶段。
直拉单晶硅工艺流程
直拉单晶硅工艺流程1. 原料准备直拉单晶硅工艺的第一步是原料准备。
通常使用的原料是高纯度的二氧化硅粉末。
这些二氧化硅粉末需要经过精细的加工和净化，以确保最终制备出的单晶硅质量优良。
2. 熔炼接下来是熔炼过程。
将经过净化的二氧化硅粉末与掺杂剂（通常是磷或硼）混合，然后放入石英坩埚中，在高温高压的环境下进行熔炼。
熔炼过程中，二氧化硅和掺杂剂会发生化学反应，形成多晶硅。
3. 晶棒拉制在熔炼完成后，需要进行晶棒拉制。
这一步是直拉单晶硅工艺的核心步骤。
首先，将熔融的多晶硅放入拉棒机中，然后慢慢地将晶棒拉出。
在拉制的过程中，需要控制温度和拉速，以确保晶棒的质量和直径的均匀性。
4. 晶棒切割拉制完成后，晶棒需要进行切割。
通常使用线锯或者线切割机对晶棒进行切割，将其切成薄片，即所谓的晶圆。
晶圆的直径和厚度可以根据具体的需要进行调整。
5. 晶圆抛光切割完成后，晶圆表面会有一定的粗糙度，需要进行抛光。
晶圆抛光是为了去除表面的缺陷和提高表面的光洁度，以便后续的加工和制备。
6. 接触式氧化晶圆抛光完成后，需要进行接触式氧化。
这一步是为了在晶圆表面形成一层氧化层，以改善晶圆的电学性能和机械性能。
7. 晶圆清洗最后，晶圆需要进行清洗。
清洗过程中，会使用一系列的溶剂和超声波设备，将晶圆表面的杂质和污垢清洗干净，以确保晶圆的纯净度和光洁度。
通过以上步骤，直拉单晶硅工艺就完成了。
最终得到的单晶硅晶圆可以用于制备太阳能电池、集成电路和光电器件等各种应用。
直拉单晶硅工艺流程虽然复杂，但可以制备出质量优良的单晶硅，为半导体产业的发展提供了重要的支持。
直拉法单晶硅的工艺流程
直拉法单晶硅的工艺流程
直拉法生长单晶硅的主要工艺流程为:准备→开炉→生长→停炉。
准备阶段先清洗和腐蚀多晶硅,去除表面的污物和氧化层,放人坩埚内。
K4T51163QG-HCE6再准备籽晶,籽晶作为晶核,必须挑选晶格完整性好的单晶,其晶向应与将要拉制的单晶锭的晶向一致,籽晶表面应无氧化层、无划伤。
最后将籽晶卡在拉杆卡具上。
开炉阶段是先开启真空设各将单晶生长室的真空度抽吸至高真空,一般在102Pa以上,通入惰性气体(如氩)及所需的掺杂气体,至一定真空度。
然后,打开加热器升温,同时打开水冷装置,通入冷却循环水。
硅的熔点是1417℃,待多晶硅完全熔融,坩埚温度升至约14⒛℃。
生长过程可分解为5个步骤:引晶→缩颈→放肩→等径生长→收尾。
引晶又称为下种,是将籽晶与熔体很好地接触。
缩颈是在籽晶与生长的单晶锭之问先收缩出晶颈,晶颈最细部分直径只有2~3mm。
放肩是将晶颈放大至所拉制晶锭的直径尺寸,再等径生长硅锭.直至耗尽坩埚内的熔体硅。
最后收尾结束单晶生长。
晶体生长中,控制拉杆提拉速度和转速、坩埚温度及坩埚反向转速是很重要的,硅锭的直径和生长速度与上述囚素有关。
在坩埚温度、坩埚反向转速一定时,主要通过控制拉杆提拉速度来控制硅锭的生长。
即籽晶熔接好后先快速提拉进行缩颈,再渐渐放慢提拉度进行放肩至所需直径,最后等速拉出等径硅锭。
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@。
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 SiliconLIU 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. Performancemeasurements 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 qualitywhen crystal rotation speed is 10rpm，and crucible rotation speed is -5rpm. Finally，the introducing mechanism of oxygenand 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。
直拉法单晶硅工艺过程和技术改进
直拉法单晶硅工艺过程和技术改进直拉法单晶硅工艺过程和技术改进直拉法单晶硅工艺过程－引晶：经过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并并且旋转引出晶体；－缩颈：生长一定长度的缩小的细长颈的晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；－放肩：将晶体操纵到所需直径；－等径生长：依照熔体和单晶炉事情，操纵晶体等径生长到所需长度；－收尾：直径逐渐缩小，离开熔体；－落温：落底温度，取出晶体，待后续加工直拉法－几个基本咨询题最大生长速度晶体生长最大速度与晶体中的纵向温度梯度、晶体的热导率、晶体密度等有关。
提高晶体中的温度梯度，能够提高晶体生长速度；但温度梯度太大，将在晶体中产生较大的热应力，会导致位错等晶体缺陷的形成，甚至会使晶体产生裂纹。
为了落低位错密度，晶体实际生长速度往往低于最大生长速度。
熔体中的对流相互相反旋转的晶体（顺时针）和坩埚所产生的强制对流是由离心力和向心力、最后由熔体表面张力梯度所驱动的。
所生长的晶体的直径越大（坩锅越大），对流就越强烈，会造成熔体中温度波动和晶体局部回熔，从而导致晶体中的杂质分布别均匀等。
实际生产中，晶体的转动速度普通比坩锅快1-3倍，晶体和坩锅彼此的相互反向运动导致熔体中心区与外围区发生相对运动，有利于在固液界面下方形成一具相对稳定的区域，有利于晶体稳定生长。
生长界面形状（固液界面）固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要妨碍，正常事情下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。
在引晶、放肩时期，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体。
经过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就能够调整固液界面形状。
生长过程中各时期生长条件的差异直拉法的引晶时期的熔体高度最高，裸露坩埚壁的高度最小，在晶体生长过程直到收尾时期，裸露坩埚壁的高度别断增大，如此造成生长条件别断变化（熔体的对流、热传输、固液界面形状等），即整个晶锭从头到尾记忆别同的热历史：头部受热时刻最长，尾部最短，如此会造成晶体轴向、径向杂质分布别均匀。
半导体第三讲下单晶硅生长技术课件
•2024/1/15
•半导体第三讲下单晶硅生长技术
ß 垂直磁场对动量及热量的分布具有双重效 应。垂直磁场强度过大（Ha=1000/2000）， 不利于晶体生长。
ß 对无磁场、垂直磁场、勾形磁场作用下熔 体内的传输特性进行比较后发现，随着勾 形磁场强度的增加，熔体内子午面上的流 动减弱，并且紊流强度也相应降低。
显增大。研究还发现, 氧沉淀消融处理后，
后续退火的温度越高, 氧沉淀的再生长越快。
•2024/1/15
•半导体第三讲下单晶硅生长技术
ß 对1000 ℃、1100℃退火后的掺氮直拉硅中 氧沉淀的尺寸分布进行的研究表明，随着 退火时间的延长，小尺寸的氧沉淀逐渐减 少，而大尺寸的氧沉淀逐渐增多。氮浓度 越高或退火温度越高, 氧沉淀的熟化过程进 行得越快。
ß 因此适当控制氧析出物的含量对制备性能 优良的单晶硅材料有重大意义
•2024/1/15
•半导体第三讲下单晶硅生长技术
ß
研究发现，快速热处理( R T P)是一种
快速消融氧沉淀的有效方式, 比常规炉退火
消融氧沉淀更加显著。硅片经R TP 消融处
理后, 在氧沉淀再生长退火过程中，硅的体
微缺陷(BMD)密度显著增加, BMD的尺寸明
•2024/1/15
•半导体第三讲下单晶硅生长技术
ß 通过一定的工艺, 在硅片体内形成高密度的 氧沉淀, 而在硅片表面形成一定深度的无缺 陷洁净区，该区域将用于制造器件, 这就是 “内吸杂”工艺。
ß 如果氧浓度太低, 就没有 “内吸杂”作用, 反之如果氧浓度太高, 会使晶片在高温制程 中产生挠曲。
拉晶试验，结果发现平均 拉速可从0.6mm/min提高 到0.9mm/min，提升了 50%。
直拉硅单晶工艺简介PPT.
化料
• 在一定的功率（在规定的时间内从低到高慢慢提升，直到化料要求功率） 和一定的埚位下使硅料熔化
-
中心位置
加热器温度最高点
中心位置
加热器温度最高点
• 在表面硅料全部熔化后，不可将坩埚的位置升的太高，须保证液面至导流 筒的距离有2- 3cm，防止石英坩埚底部硅料翻出时碰到导流筒使导流筒粘 硅。
异常处理
掉棒
产生原因 一、籽晶断
二、籽晶绳
1、籽晶熔接 2、籽晶氧化 3、籽晶夹具 1、籽晶绳氧化 2、籽晶绳毛刺
异常处理
该情况可能会直接导致石英埚破裂引发漏硅事件。 该情况发现应注意以下几点:
一、晶棒过长，停炉处理
角度放大。 • 当放肩直径接近加工要求的直径时，须多次测量，如放肩速度过快，
在直径比预定直径小10mm左右进入转肩状态。如放肩较慢，可在直径 比预定直径小5mm左右进入转肩状目标直径后提高拉速使之纵向生长 • 根据单晶炉性能，转肩可自动或手动，自动单晶炉将晶体生长控制程
等径
1、等径时，晶转、埚转、氩气流量、炉内压及 平均拉速值。 2、等径时，埚跟比随剩余重量变化而变化。
收尾
1、自动收尾时，晶升变化根据收率表来变化 还是根据指数表变化。
2、收尾时，启时拉速是当时的平均拉速还是 设定个拉速。
收尾斜率表，内设定了收尾时的晶升、埚转 、晶转、氩气流量及炉内压力。 2、温度变化根据长度
序启动到“转肩”状态即可。手动单晶炉将晶升速度开到2-3mm/min。 测量并观察晶体生长情况。 • 转肩时根据实际情况可适当提高或降低拉速，同时也可降 低或上升温 度设定点。但拉速不宜调整太快或太高，否则可能会造成转肩掉棱。
直拉硅单晶工艺简介
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。
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。
直拉硅单晶生长工艺流程与原理PPT课件
直拉单晶炉下轴（坩埚轴）对环境的要求
1、坩埚通过一根约1m长的硬轴（石墨）支撑并 旋转上升，熔液盛在石英坩埚内；
2、石墨埚杆通过螺丝固定在单晶炉下轴上； （硬轴固定在坩埚提升机构上） 3、坩埚提升机构导轨和丝杠要平顺； 4、带动的硬轴旋转要平稳； 5、冷炉时硬轴上端放一盆水，坩埚提升机构运
行时水面无明显波纹（机械调试时的一个方 法）；
单晶炉底座及地基和震源的隔离
外界震源包含： 1、真空泵运行振动 （措施：真空泵下用弹簧座主动隔震真空泵远离炉子） 2、基础所处土壤表层振动 （措施：基础四周挖减震槽隔离） 3、基础所处土壤深层振动 （措施：1、混凝土基础座在实土层2、混凝土基础不宜过高）
二、直拉单晶炉的基本结构
副炉室
隔离阀室 （翻板阀
低压大电流流过加热器产生高温，热量通过辐射加 热石墨坩埚，由石墨坩埚加热石英坩埚和多晶硅料， 达到熔化和结晶所需的温度。调节加热器功率以控 制熔体温度；
直拉单晶炉主炉室及内部热系统概图
单晶炉热场不同系统温度分布对比
直拉单晶炉在气氛下拉晶
1、真空泵不断的对炉子抽气，形成真空； 2、炉子各部件之间都有密封件，其中旋转部件之间 采用磁流体密封； 3、每炉生长之前通过用真空泵对炉子抽极限真空， （抽真空）关闭抽空阀门，测量炉内压力升高速度来 判定炉子是否达到密闭要求；（检漏）
室）
主炉室 坩埚提升 旋转机构
晶体提升 旋转机构
炉盖
控制柜
单晶炉的主要组成部分
1、炉体（基座、炉室、炉盖、液压系统） 2、晶体升降及旋转机构 3、坩埚升降及旋转机构 4、氩气和真空系统 5、加热系统（加热电源、热场） 6、冷却系统 7、控制系统
炉体
炉体（炉体由基座、炉室、炉盖及液压系统组成）
单晶硅生长制备工艺
2、装料
装料前核对多晶、坩埚，确保与随工单的要求相符。装 料时戴上口罩时大小搭配，大料可砸开再装。埚底需摆些碎料， 然后摆放特大块料，中等大小和碎料可放上部，尖锐的大 块料尖端不能对准石英坩埚。料要放置稳妥，防止化料时 料掉出来，影响拉晶。 检查上保温盖、各密封环有无硅渣，用吸尘器吸掉。 再次用酒精擦拭一遍各密封环。 闭合副炉室前仔细确认籽晶无氧化和损伤，确认籽晶 已被籽晶夹头固定牢靠，确认籽晶夹头和软轴无损伤也无 严重老化。 闭合副炉室时，应特别注意慢慢推动副炉室，并用戴 有高纯手套的手扶住籽晶，以免籽晶碰撞炉壁。
3、抽空捡漏
闭合好炉子后，开启真空泵按扭，再打 开真空球阀。 如果抽真空不理想，可稍充氩气后再次 抽空。 真空要求为40分钟抽到4 真空要求为40分钟抽到4帕以下，然后 依次关闭真空球阀，真空泵按扭，开始检 漏，检漏要求5分钟漏气率不超过1 漏，检漏要求5分钟漏气率不超过1帕。
4、化料
检查各项数据应处于初始值，确认水路畅通、 水压达工艺要求。 充5分钟氩气后启动加热电源，分三次1小时内 分钟氩气后启动加热电源，分三次1 加到化料功率,最高功率不能超过85kw。 加到化料功率,最高功率不能超过85kw。 85kw 在化料过程中应注意观察炉内情况，若料有所 下降，应及早打开埚转，并根据炉内的料位及时 调整埚位，以防止异常情况发生。 料化完时，需及时降温，以免熔体温度过高， 造成溅硅。
6、放肩
将拉速至0.4mm/min左右，若引晶温度 将拉速至0.4mm/min左右，若引晶温度 较低，放肩过快，可适当提高晶升 放肩时，根据生长情况，适当调整温度 和拉速，放肩要平滑。
7、转肩
转肩拉速不宜过大，一般不超过 2.5mm/min。在刚转肩时进行计长清零。 2.5mm/min。在刚转肩时进行计长清零。 当直径控制住，缓慢降低拉速，跟进埚升 到工艺要求。直径稳定住压好光圈信号 （1/3），便可投自动控制。 1/3），便可投自动控制。 V埚=(Φ单晶棒/ Φ坩埚内)2×V晶升
直拉单晶硅生长工艺流程及注意事项
直拉单晶硅生长工艺流程及注意事项下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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直拉单晶工艺流程简介2011.3
稳温
• 籽晶与液面充分熔接 • 高温熔接低温引；拉速提起缓升温 • 稳温最高原则就是：温度一定要在相当长的时间内相当稳 定。可以通过液面温度图像来确定是否可以进入下一阶段 。 • 熔接的时候需要熔透，光圈要收进去，稍微降温开始引晶 ； • 因热场大，温度反应慢，当拉速提到较高值时，就要开始 升温， 为放肩做准备。细颈长度达到要求，且直径均匀拉速已降 下，可开始降拉速放肩
控制理念：通过控制测量值与设定值的差，控制输出
KAYEX加热器温度渐变
加热器温度渐变说明 在RAMP RATE中我们输入加热器温度增加/ 减少的速度。然后程序会自动增加或减少我 们在加热器温度控制环中的设定值。主要用 于扩肩时的降温处理。 （我们不能通过降低加热器功率来达到降温 的目的）
热场温升控制界面
最后切换到“MANUAL”进行控制。
KAYEX直径控制环
直径控制环说明
A DIAMETER 显示实际直径
B SET POINT 当直径控制环开启时可以输入设定值
C SEED LIFT 当直径控制环开启时显示实际晶升速 度，关闭后可以输入数值 D TUNE 选择后就会显示 PID参数
LIMITS
E ON/OFF
缩颈排除位错示意图 接触液面时产 生的位错线
晶种
放肩
放肩：适当降低温度与拉速，使晶体慢慢 放大至目标直径大小。
分析影响肩部生长的因素：
温度的影响 拉速的影响
转肩、等径
转肩:在扩肩直径快要达到目标直径时提高拉速，随着拉速的 提高，扩肩速度越来越慢。当扩肩速度为零时，即转肩过程完成. 合适的转肩直径和拉速的合理调节是转肩成功的关键. 等径：放肩到目标直径大小后，通过拉速、温度的控 制，将晶体直径控制在目标直径范围内。 等径时要看什么： 1、是否断苞 2、直径确认 3、拉速，加热温度是否变化异常
直拉单晶硅生长原理及其工艺技术 (2)
图1-6多晶硅
图1-4 晶体熔化曲线
250 200 温度T 150 系列1 100 50 0 a b 时间t c d
温度T
250 200 150 系列1 100 502 单晶和多晶 1.2.1 单晶 在晶体中，晶体的各个部分，从上到下，从里到外，所有原子，分子或离子都是有规律的排 列，组成一个空间点阵。这种排列具有周期性和对称性，他们的结晶学方向都是相同的。根据这种 周期性和对称性，总可以找到一个最小的结构单元，而它周围的结构，其实就是将它重复排列的结 果，最终组成了整个晶体，这个结构单元称为晶胞，它能体现晶体的基本性质，它是组成晶体的最 小单元。也可以理解为同一晶胞在三维空间里不断的重复平移就组成了晶体，这样的晶体称为单晶 体，还可以说，该物质的质点按同一取向排列，由一个核心(晶核)生长而成的晶体就是单晶。 单晶体有大有小，小到一个晶胞、一个晶粒，大到几百千克。之所以把他称为单晶体是因 为组成的物质是相同的，组成它的所有晶胞的晶向是相同的。因此有的还具有规则的外表面和棱线。 1.2.2 多晶 一个物体包含有多个晶体（晶粒），这些晶体杂乱无章的聚集在一起，具有多种晶向，晶 体之间的原子排列发生了变异，从而产生了界限，称为晶界。从单独一个晶体看，具有单晶体的性 质，但从整个物体看，去没有单晶的性质，各项异性的特征消失，这个物体虽然是晶体，但不具备 周期性和对称性，也不具备同一个晶向，这种物体称为多晶体，它是由大量结晶学方向不相同的晶 体组成的。 因为多晶中各个晶粒的取向不同。在外力的作用下，一些晶粒的滑移面处于有利地位，当 受到较大的切应力时，位错开始滑移。而相邻晶粒处于不利位向，不能开始滑移则变成晶粒中的位 错不能越过晶粒晶界，而是塞秸在晶界附近，这个晶粒的变形便受到约束。所以，多晶的变形要困 难些。单晶的塑性形变相对容易些，在外力的作用下容易沿着解离面剖开。图1-6是单晶硅和多晶 硅的实物图.