硅单晶的原理和成长工序(课堂PPT)

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硅单晶的制备课件PPT

硅单晶的制备课件PPT
详细描述
真空电弧熔炼法是一种利用高温电弧产生的高能量将硅原料熔化,并在真空条件下结晶 成单晶硅的方法。该方法可以在较低的温度和压力下进行,因此可以减少杂质的挥发和 引入。同时,真空电弧熔炼法还可以通过控制熔炼参数和结晶条件,提高单晶硅的纯度
和质量。
04
单晶硅的缺陷与杂质
单晶硅的缺陷
微缺陷
微缺陷是指晶体中微小的局部结构缺 陷,如空位、间隙原子等。这些缺陷 可能会影响单晶硅的电学和光学性能 。
05
单晶硅的应用领域
微电子领域
01
02
03
集成电路
硅单晶是集成电路的主要 材料,用于制造各种电子 器件,如微处理器、存储 器、逻辑门等。
微电子机械系统
硅单晶在微电子机械系统 (MEMS)中也有广泛应 用,如传感器、执行器等。
集成电路封装
硅单晶还可以用于集成电 路的封装,以提高其可靠 性和稳定性。
技术进步推动发展
单晶硅制备技术的不断进步和创 新,将为行业发展提供有力支撑, 推动单晶硅行业持续发展。
环保要求促进绿色
发展
随着环保要求的提高,绿色生产 成为单晶硅行业的发展趋势,将 促进企业加强环保投入和技术创 新,推动行业可持续发展。
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感谢您的观看
其他领域
医学领域
硅单晶可以用于制造医疗设备,如医学成像设备、手 术器械等。
航空航天领域
硅单晶具有高强度、高硬度和耐高温等特点,因此可用 于制造航空航天器零部件。
06
单晶硅的未来发展与挑 战
单晶硅的发展趋势
高效能化
随着光伏、半导体等领域的快速 发展,对单晶硅材料性能要求越 来越高,高效能化成为发展趋势。

硅加工工艺PPT课件

硅加工工艺PPT课件
43
硅加工工艺
3.曝光
• 曝光就是对涂有光刻胶且进行了前烘之后 的硅片进行选择性的光照,曝光部分的光 刻胶将改变其在显影液中的溶解性,经显 影后在光刻胶膜上得到和“掩膜”相对应 的图形。
44
硅加工工艺
4.显影
• 显影是把曝光后的硅片放在显影液里,将应去 除的光刻胶膜溶除干净,以获得腐蚀时所需要 的抗蚀剂膜保护图形。
多晶

SiO2
SiO2
Si P-
58
硅加工工艺
6)离子注入,栅条、裸露的衬底以及厚氧化层都被 注入
多晶

SiO2
SiO2
Si P-
7)栅和厚氧化层屏蔽了各自下面的硅,只有栅条两
边裸露的硅被注入,这就确保了栅条与源-漏区的对
准。
多晶 硅
SiO2
SiO2
Si P-
59
硅加工工艺
由于栅的屏蔽作用,N型杂质不能进入栅的下面, 在栅的两边形成了独立的两块N型区域,这被称为硅 栅自对准。
13
硅加工工艺
离子注入的基本原理
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硅加工工艺
离子注入设备
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硅加工工艺
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硅加工工艺
17
硅加工工艺
2.3 生长外延层
• 外延生长用来生长薄层单晶材料,即薄膜 • 外延生长:按照原来的晶向在单晶衬底上,
生长另一层合乎要求的单晶层的方法。 • 生长的这层单晶叫外延层。(厚度为几微米)
18
硅加工工艺
8)在退火的时候,源-漏区会由于扩散而稍稍进入到 栅下一点点,重叠很小。在退火的同时,还可以在表 面生长另一层二氧化硅。
SiO2
多晶 硅
Si P-
SiO2

半导体材料课件熔体晶体生长 硅、锗单晶生长

半导体材料课件熔体晶体生长 硅、锗单晶生长

≈ θm
1− hr 2 / 2ra
⎜⎛1 ⎝

1 2
hra
⎟⎞ ⎠
⎡ exp⎢−
⎢⎣
⎜⎜⎝⎛
2h ra
⎟⎟⎠⎞1/
2
z
⎤ ⎥ ⎥⎦
吉林大学电子科学与工程学院 半导体材料
3-2 熔体的晶体生长
晶体中温度梯度沿轴向z和沿径向r的分量为
( ) ∂θ
∂z

−θm
⎜⎜⎝⎛
2h ra
⎟⎟⎠⎞1/
2
1− hr 2 / 2ra
⎝ dZ ⎠L
Runyan对一个硅单晶生长系统进行了估算:
fmax=2.96cm/min。
实际测得 fmax=2.53 cm/min。
理论与实验值大体是相符的。 QF = fAdH~ = QC - QL
③ 生长速度f 一定时,A=(QC-QL)/fdH
QC→大 或 QL →小, A →大 (非稳定生长→建立新 的稳态 )
相对温度θ(r.φ.z)=T(r.φ.z)-T0;
T0:环境温度,T:体系温度。
晶体中热场是圆柱对称,与圆周角
φ无关;θ只是半径r和高度z的函
数,热传导方程为
∂ 2θ
∂r 2
+1 r
∂θ
∂r
+
∂ 2θ
∂z 2
=0
吉林大学电子科学与工程学院 半导体材料
l
3-2 熔体的晶体生长
三个边界条件:
l
⑴ 固-液界面上,界面温度为熔点Tm,
3-2 熔体的晶体生长
AK
L
⎜⎛ ⎝
dT dZ
⎟⎞ ⎠L
+
fAd
H~
=

半导体第三讲 下 单晶硅生长技术36页PPT

半导体第三讲 下 单晶硅生长技术36页PPT
半导体第三讲 下 单晶硅生长技术
36、“不可能”这个字(法语是一个字 ),只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气,不要看破要突 破,不 要嫉妒 要欣赏 ,不要 托延要 积极, 不要心 动要行 动。 38、勤奋,机会,乐观是成功的三要 素。(注 意:传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素,但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出,乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言,没有不变的承 诺,踏 上旅途 ,义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人, 决不会 坚韧勤 勉。
Hale Waihona Puke 66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做,明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生,以及整个命运 的,只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭

单晶硅的制备PPT课件

单晶硅的制备PPT课件
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单晶工艺流程简介
(3)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(4-6mm)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 。
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单晶工艺流程简介
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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、最终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 质分布不均匀等。
实际生产中,晶体的转动速度一般比坩锅快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个相对稳定的区域, 有利于晶体稳定生长。
冶金级硅(反应后蒸馏纯 化三氯硅烷) Si + 3Hcl → SiHcl3 +H2 ↑
MGS 98℅
三氯硅烷还原成硅 2SiHcl3 +2H2 →2 Si + 6Hcl
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直拉法(cz法)制备单晶硅
直拉法即切克劳斯基 法(Czochralski简称 Cz法)
它是通过电阻加热, 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 同时旋转引出晶体。
用太 空 中 单 晶 硅 的 应
单 晶 硅 太 阳 能 电 池 板
第2页/共54页
AMD 处 理 器
其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。 由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势,近三十年来,太阳能 利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展, 成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。

单晶硅制备直拉法ppt课件

单晶硅制备直拉法ppt课件
拉晶过程中的保护气流
3
2、利用热场形成温度梯度
热场是由高纯石墨部件和保温材料(碳毡)组成。
石墨加热器:产生热量,熔化多 晶硅原料, 并保持熔融硅状态;
单晶热场温度分布
石墨部件:形成氩气流道,并隔 离开保温材料;
保温材料:保持热量,为硅熔液提供合
4
适的温度梯度。
3 单晶炉提供减压气氛保护、机械运动和自动控制系统
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直拉生长工艺
⑤晶颈生长 引晶温度的判断: 在1400℃熔硅与石英反应生成SiO,可借助其反应速率
即SiO排放的速率来判断熔硅的温度。 具体来讲,就是观察坩埚壁处液面的起伏情况来判断
熔硅的温度。 温度偏高,液体频繁地爬上埚壁又急剧下落,埚边液
面起伏剧烈; 温度偏低,埚边液面较平静,起伏很微; 温度适当,埚边液面缓慢爬上埚壁又缓慢下落。
减压气氛保护: 通过上炉筒、副室、炉 盖、主炉
室和下炉室形成减压气氛 保持系统。 机械运动:
通过提拉头和坩埚运动系统提供晶 转、晶升、埚转、埚升系统。 自动控制系统
通过相机测径、测温孔测温、自动柜控制 组成单晶拉制自动控制系统。
5
6
7
8
直拉生长工艺
Cz法的基本设备 cz法的基本设备有:炉体、晶体及坩埚的升降和传动部分、 电器控制部分和气体制部分,此外还有热场的配置。
下到上逐一对中,对中时决不可使加热器变形。
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4、 装料
装料基本步骤
底部铺碎料
大块料铺一层
用边角或小块料填缝
装一些大一点的料
最上面的料和坩埚 点接触,防止挂边
严禁出现大块料 挤坩埚情况
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直拉生长工艺
③抽空
装完炉后,将炉子封闭,启动机械真空泵抽空。

单晶硅PPT学习课件PPT学习教案

单晶硅PPT学习课件PPT学习教案
体积
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12
1.2 硅晶向、晶面和堆积模型
晶向
晶格中原子可看作是处在一 系列方向相同的平行直线系 上,这种直线系称为晶列。 标记晶列方向用晶向, 记为 [m1m2m3] 。用< m1m2m3>表 示等价的晶向.
一晶格中任一格点作为原点,取过原点的三个晶列x,y,z为坐标系 的坐标轴,沿坐标轴方向的单位矢量( x,y,z )称为基矢,任意格 点位置可由下面矢量给出:
金刚石
金刚石
5.43 2.33 11.7 30 1417 10-7(1050℃) 0.70 1.50 0.90 2.5×10-6
5.66 5.32 16.3
8 937 10-7(880℃) 0.31 0.6 0.36 5.8×10-6
2.8×1019 1.0×1019
1.0×1019
6.0×1018
26
刃位错和螺位错
位错主要有刃位错和螺 位错:位错线与滑移矢 量垂直称刃位错;位错 线与滑移矢量平行,称 为螺位错。
硅晶体的双层密排面间 原于价键密度最小,结 合最弱,滑移常沿{111} 面发生,位错线也就常 在{111}晶面之间。该面 称为滑移面。
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27
刃形位错的运动
攀移
原位
31
1.3 硅中杂质
半导体材料多以掺杂混 合物状态出现,杂质有 故意掺入的和无意掺入 的。
故意掺入Si中的杂质有 ⅢA、VA族,金。故意掺 入杂质具有电活性,能 改变硅晶体的电学特性。
无意掺入Si中的杂质有 氧,碳等。
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1.45*1010
32
Si中杂质类型
间隙式杂质 主要是ⅠA和ⅧA族元素,有:Na、 K、Li、H等,它们通常无电活性,在硅中以间 隙方式扩散,扩散速率快。 替位式杂质 主要是ⅢA和ⅤA族元素,具有电 活性,在硅中有较高的固浓度。以替位方式扩散 为主,也存在间隙-替位式扩散,扩散速率慢, 称为慢扩散杂质。 间隙—替位式杂质 大多数过渡元素:Au、Fe、 Cu、Pt、Ni、Ag等。都以间隙-替位方式扩散, 约比替位扩散快五六个数量级,最终位于间隙和 替位这两种位置,位于间隙的杂质无电活性,位 于替位的杂质具有电活性。

《半导体材料》第4讲:硅单晶的制备培训课件

《半导体材料》第4讲:硅单晶的制备培训课件
➢ 拉晶开始,先引出一段直径为3~5mm,有一定长度的细 颈,以消除结晶位错,这个过程叫做缩颈(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。
直拉法工艺流程
炉体、籽晶、 硅多晶,掺杂 剂,石英坩埚
将细晶体的直径放粗 至所要求的直径
放肩
清洁处理
晶体将 围绕螺旋位错露
头点旋转生长。螺旋式的 台阶并不随着原子面网一 层层生长而消失,从而使 螺旋式生长持续下去。
螺旋状生长与层状生长不同 的是台阶并不直线式地 等 速前进扫过晶面,而是围绕 着螺旋位错的轴线螺旋状前 进。随着晶体的不断长大, 最终表现在晶面上形成能提 供生长条件信息的各种各样 的螺旋纹。
过饱和度要达到25%以才能生长,而且生长不一 定会连续
➢ 实际上,某些生长体系,过饱和度仅为2%时, 晶体就能顺利生长
➢ 螺旋生长理论(Frank F.C. 1949):在 晶体生长界面上螺旋 位错露头点所出现的凹角及其延伸所形成的二面凹角可作为 晶体生长的台阶源,促进光滑界面上的生长。
➢ 可解释层生长理论所不能解释的现象,即晶体在很低温的 过饱和度下能够生长的实际现象。
高的材料,如单晶钨等
➢ 在区熔炉炉室內﹐將硅棒用上下夹头保持垂直﹐ 有固定晶向的籽晶在下面﹐在真空或氩氯条件下 ﹐用高频线圈加热(2~3兆赫)﹐使硅棒局部熔化﹐ 依靠硅的表面张力及高频线圈的磁力﹐可以保持 一個稳定的悬浮熔区﹐熔区緩慢上升﹐达到制成 单晶或提纯的目的。
区熔工艺流程
使用高频线圈加热硅棒,熔融硅在 其表面张力作用下形成一个半球
3-2 硅、锗单晶的生长
一、获得单晶的条件 1、在金属熔体中只能形成一个晶核。可以引入籽晶或自发形

硅单晶的原理和成长工序(课堂PPT)

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。
.
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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10
谢谢
.
11
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。

单晶硅的制备 (2)课件

单晶硅的制备 (2)课件

(2)结晶的宏观特征和动力 过冷度(△T):结晶需要晶核,一定的过冷度,才能形成晶核。 在温度等于熔点(Tm)时,溶解与凝固达到平衡,很难结晶。 当温度高于熔点时:液态自由能GL,大于固态自由能GS, (液态向 固态转化时,自由能增大,反应不能进行,不能结晶) △G= GL- GS>0, 当温度低于熔点时: △G= Gs- GL<0,液态向固态转化,自由能降 低,结晶能自发进行。
注意:回收的一些不合格硅片和硅棒下脚料等,由于经过了
扩散,沉积,刻蚀,焊接等工艺过程,表面会含有金属杂 质,使用前,应仔细分类,分选,喷砂,清洗,符合太阳 能硅片制作的原料要求。(高纯硅原料价格500美金/Kg时 代,这些废料也非常珍贵) 原料还包括:惨杂料和母合金(含有掺杂剂的硅合金)
籽晶:
单晶硅[111],或[100],偶尔用[110]晶向的籽晶 [111]:三条晶棱,互为120度夹角 [100]:四条晶棱,互为90度的夹角 尺寸规格:8mm*8mm*100mm,或10mm*10mm*120mm(装料 多少而定),也可以适当延长长度 籽晶切割后,还需清洗,重新定向,晶向偏离程度一般要小 于0.5度。在夹头方向标识型号和方向 比如N型[100】,P型[100],N型[111],P型[111],一般用符号表 示。 钼丝(熔点2600℃):用于捆绑籽晶和捆绑石墨毡保温套, 0.3-0.5mm直径。使用前一般用NaOH 清洗。钼棒(籽晶夹 头)和钼片(热屏,保温材料)也要在使用前清洗干净。 氩气:保护气体,带走挥发份,带走潜热,利于单晶生长, 高纯氩气。一般超过5N
区熔单晶硅的掺杂方法 ①装填法:在多晶硅棒接近 圆锥的部位,钻一小孔, 放入分凝系数小的杂质( Ga:0.008; In:0.0004),依靠分凝效应 ,是杂质在单晶硅轴向均 匀分布。(分凝系数:固 相与液相中的溶解度的比 值) ②气相掺杂:以Ar气体为载 气和稀释气体,直接将PH3 (N型)或B2H6(P型)吹 入硅熔融区域内,达到掺 杂目的。气相掺杂的区熔 单晶硅电阻率比较均匀, 能满足一般功率器件和整 流器的要求,成本比中子 嬗变掺杂单晶硅成本低很 多,是制备N型区熔单晶 硅的一种较好的掺杂方法 。工业上常用。

单晶硅生产技术.ppt

单晶硅生产技术.ppt

3.发展
(1)原因:
①甲午战争以后列强激烈争夺在华铁路的 ②修路成为中国人 (2)成果:1909年 权收归国有。 4.制约因素 政潮迭起,军阀混战,社会经济凋敝,铁路建设始终未入 修筑权 。
救亡图存 的强烈愿望。
京张铁路 建成通车;民国以后,各条商路修筑
正轨。
二、水运与航空
1.水运
(1)1872年,
学习目标
掌握:热系统的安装与对中、热场的调整 理解:温度梯度与单晶生长 了解:动态热场

3.1热系统
包括加热器、保温罩、保温盖、托碗(石墨 坩埚)、电极、热屏等。
直拉单晶炉的热系统材质 1):高纯石墨 指标:灰分、抗压强度、硫含量、抗折强度、 体积密度、电阻率、真密度、气孔率、纯度。 2):碳/碳复合材料
依据材料概括晚清中国交通方式的特点,并分析其成因。
提示:特点:新旧交通工具并存(或:传统的帆船、独轮车, 近代的小火轮、火车同时使用)。 原因:近代西方列强的侵略加剧了中国的贫困,阻碍社会发 展;西方工业文明的冲击与示范;中国民族工业的兴起与发展;
政府及各阶层人士的提倡与推动。
[串点成面· 握全局]
轮船招商局 正式成立,标志着中国新式航运业的诞生。
(2)1900年前后,民间兴办的各种轮船航运公司近百家,几乎都是
在列强排挤中艰难求生。
2.航空 (1)起步:1918年,附设在福建马尾造船厂的海军飞机工程处开始 研制 。 (2)发展: 1918年,北洋政府在交通部下设“ 水上飞机
”;此后十年间,航空事业获得较快发展。
一、近代交通业发展的原因、特点及影响 1.原因 (1)先进的中国人为救国救民,积极兴办近代交通业,促
进中国社会发展。
(2)列强侵华的需要。为扩大在华利益,加强控制、镇压

单晶制程工艺流程PPT课件

单晶制程工艺流程PPT课件
3
硅的电学性质
• 一是导电性介于导体和绝缘体之间,其电阻率约在10-4-1010Ω.cm范围内 • 二是电导率和导电型号对杂质和外界因素(光,热,磁等)高度敏感 • 无缺陷半导体的导电性很差,称为本征半导体。当掺入极微量的电活性杂质,其电导率
将会显著增加,例如,向硅中掺入亿分之一的硼,其电阻率就降为原来的千分之一。
• 硅的化学性质比较活泼,在高温下能与氧气等多种元素化合,不溶于水、硫酸,硝酸、盐酸及 王水,却易溶于氢氟酸和硝酸的混合液,用于造制合金如硅铁、硅钢等,
• 如在拉晶时与石英坩埚(Sio2)反应: • Si+ Sio2=2Sio(所以会增加硅中氧的浓度) • 结晶型的硅是暗黑蓝色的,很脆,是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下,除氟化氢
4. P型半导体:在超高纯半导体材料中掺入某种杂质元素如硼(B),使得空穴浓度大于电子浓度, 则称为其p型半导体,(此时的空穴称为多数载流子,电子称为少数载流子)
5. .相应地,这些杂质被称为n型掺杂剂(施主杂质)或p型掺杂剂(受主杂质)
5
硅的化学性质
• 硅属元素周期表第三周IVA族,原子序数14,原子量28.085。原子价主要为4价,其次为2价,因 而硅的化合物有二价化合物和四价化合物
2
硅的物理性质
• 晶体硅为钢灰色,无定形硅为黑色,密度2.4g/cm3,熔点1420℃,沸点2355℃,晶体 硅属于原子晶体,硬而有光泽,有半导体性质。硅的化学性质比较活泼,在高温下能 与氧气等多种元素化合,不溶于水、硝酸和盐酸,溶于氢氟酸和碱液,用于造制合金 如硅铁、硅钢等,单晶硅是一种重要的半导体材料,用于制造大功率晶体管、整流器 、太阳能电池等。硅在自然界分布极广,地壳中约含27.6%, 结晶型的硅是暗黑蓝色的,很脆,是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下, 除氟化氢以外,很难与其他物质发生反应。

半导体第三讲下单晶硅生长技术课件

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.

直拉硅单晶工艺简介PPT.
直拉硅单晶工艺简介
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
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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

直拉硅单晶生长工艺流程与原理PPT课件

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)

chap.6 硅的晶体生长

chap.6  硅的晶体生长
晶核的产生:
结晶过程由两个环节构成:晶核的产生和晶体的长大。
2019/12/2
晶核有两类: -熔体本身形成的晶核,即自发晶核; -人为加入熔体的晶核,如拉单晶时使用的籽晶。 熔体形成自发晶核首先要形成“晶胚”,然后在一定 过冷度下形成稳定的晶核。 当熔体处于稳定状态下是一个稳定的液相,由于热运 动的涨落,总有一定几率的使熔体中部分原子聚集在 一起,形成一些仅有几个原子范围规则排列的极2019/12/2
加热器
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石墨中保温筒
石墨热场
2019/12/2
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热场对晶体生长的影响 -对晶体生长速度的影响 晶体生长速度受到两个过程的限制:一是熔 体硅中硅原子在结晶界面上按晶格位置排列 的速度;二是结晶界面处结晶潜热的释放速 度和熔硅热量的传递速度。由于前者速度很 快,因而生长速度取决于后者。 拉晶时热流传递路径如图:
95炉技术规格: 拉制晶棒直径 6"、8"或非标 最大装料量: 135kg 适用热场规格: 20";22" 适用石英坩埚规格: 20";22" 最大长晶长度: 2010mm 籽晶轴行程: 3200mm 籽晶提升速度(低): 0~10mm/min 籽晶提升速度(高): 800mm/min 籽晶旋转速度: 0~40rpm 坩埚升降速度(低): 0.000~0.500mm/min 坩埚升降速度(高): 100mm/min 坩埚轴最大承重: <230kg 坩埚转速: 0~20rpm 坩埚升降轴行程: >380mm 设备最大高度: 7300mm 冷却水流量: 280-320L/min 冷却水温度: 最宜15-30度(合适30以下不结冰) 极限真空度: <3mT 真空漏率: <0.4mT/min 籽晶绳材质: 钨质 中炉筒内径: 950mm

集成电路工艺之硅的晶体结构(共49张PPT)

集成电路工艺之硅的晶体结构(共49张PPT)
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多晶半导体-单晶
❖直拉法(Czochralski 法)单晶生长 ▪ 从融体(即其材料是以液态的形式存在)中生 长单晶硅的技术 ▪ 绝大多数单晶硅的主流生产技术
v悬浮区熔法单晶生长 n用来生产高纯度的硅单晶 下一页
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直拉法
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柴可拉斯基拉晶仪
直拉法
❖ 直拉法是熔融态物质的结晶的过程 ❖ 直拉法
▪ 需要的材料:电子级纯度的硅,将石英还原提纯 至99.999999999%
▪ 生长系统:抽真空的腔室内放置坩埚(熔融石 英),腔室内充保护性气氛(氩气),将坩埚加 热至1500 ℃ 左右,籽晶(直径0.5cm,10cm 长)降下来与熔料相接触
▪ 随着籽晶的提拉,生成柱状晶锭(直径可达 300mm以上,长度一般1~2m)
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硅的悬浮区熔工艺
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硅的悬浮区熔工艺
❖ 在操作过程中,利用射频加热器使一小区域的多 晶棒熔融。射频加热器自底部籽晶往上扫过整个 多晶棒,由此熔融带也会扫过整个多晶棒。当悬 浮熔区上移时,在再结晶处长出单晶且以籽晶方 向延伸生长。
❖ 该方法可生产比直拉法更高阻值的物质,主要用 于需要高阻率材料的器件,如高功率、高压等器 件。 返回
线缺陷:刃位错、螺位错 第一章 硅的晶体结构与单晶生长
2 晶向、晶面和堆积模型
❖ 1.3 硅晶体中的缺陷 硅原子半径: rsi= =1.
面内原子结合力强,化学腐蚀比较困难和缓慢,所以腐蚀后容易暴露在表面上
简单立方 体心立方
面心立方
替位式固溶体 杂质占据格点位置
❖ 1.4 硅中的杂质 金刚石晶格是由两套面心立方晶格套构而成,故其{111}晶面是原子密排面。

单晶硅材料ppt课件

单晶硅材料ppt课件

烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植,但 对于大 面积烧 伤病人 来讲, 健康皮 肤很有 限,请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
硅材料还具有一些特殊的物理化学性能,如 硅材料熔化时体积缩小,固化是体积增大。硅材 料的硬度大,但脆性大,易破碎;作为脆性材料, 硅材料的抗拉应力远远大于抗剪切应力,在室温 下没有延展性;在热处理温度大于750℃时,硅 材料由脆性材料转变为塑性材料,早外加应力的 作用下,产生滑移位错,形成塑性变形。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植,但 对于大 面积烧 伤病人 来讲, 健康皮 肤很有 限,请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
单晶硅是硅材料的重要形式,包括区熔单晶 硅和直拉单晶硅。
石英砂(SiO2)
焦炭反应
金属级硅(99%左右)
三 硅氯 烷氢 热硅 分氢 解还 法原
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植,但 对于大 面积烧 伤病人 来讲, 健康皮 肤很有 限,请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
*迁移率是指载流子在单位电场作
用下的平均漂移速度,即载流子 在电场作用下运动速度的量度, 运动的越快,迁移率越大;运动 得慢,迁移率下。
*迁移率和载流子浓度一起决定
4.1 硅的基本性质 4.2 太阳电池用硅材料 4.3 高纯多晶硅的制备 4.4 太阳能级多晶硅的制备 4.5 区熔单晶硅 4.6 直拉单晶硅 4.7 硅晶片加工
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植,但 对于大 面积烧 伤病人 来讲, 健康皮 肤很有 限,请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
每个硅原子外层的4个未配对的电子,分别与 相邻的硅原子的一个未配对的自旋方向相反的 价电子组成共价键,共价键的键角是109°28′, 其结构如图4.2所示。

制造芯片的硅晶体的原理和过程方法26页PPT

制造芯片的硅晶体的原理和过程方法26页PPT
56、死去何所道,托体同山阿。 57、春秋多佳日,登高赋新诗。 58、种豆南山下,草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ,带月 荷锄归 。道狭 草木长 ,夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ,但使 愿无违 。 59、相见无杂言,但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕,亭亭月将圆。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路,那么,任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远,吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应,言行相称。——韩非
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引晶
▪ 虽然籽晶都是采用无位错硅单晶制备的[16~19], 但是当籽晶插入熔体时,由于受到籽晶与熔硅的温 度差所造成的热应力和表面张力的作用会产生位错。 因此,在熔接之后应用引细颈工艺,可以使位错消 失,建立起无位错生长状态。细颈工艺通常采用高 拉速将晶体直径缩小到大约3mm。在这种条件下, 冷却过程中热应力很小,不会产生新的位错,所以 细颈应尽可能细长,一般直径之比应达到1:10。
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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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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。
▪ 另一方面,多晶中夹杂的难熔固体颗粒、炉尘(坩埚中的熔体中的SiO 挥发后,在炉膛气氛中冷却,混结成的颗粒)、坩埚起皮后的脱落物等, 当它们运动至生长界面处都会引起位错的产生(常常称为断苞),其原因 一是作为非均匀成核的结晶核,一是成为位错源。调整热场的结构和坩 埚在热场中的初始位置,可以改变晶体中的温度梯度。调节保护气体的 流量、压力,调整气体的流向,可以带走挥发物SiO和有害杂质CO气体, 防止炉尘掉落,有利于无位错单晶的生长,同时也有改变晶体中的温度 梯度的作用。
CZ生长原理及工艺流程
小莫
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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。
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收尾
▪ 收尾的作用是防止位错反延。在拉晶过程中,当无位错生长 状态中断或拉晶完成而使晶体突然脱离液面时,已经生长的 无位错晶体受到热冲击,其热应力往往超过硅的临界应力。 这时会产生位错,并将反延至其温度尚处于范性形变最低温 度的晶体中去(图4.20),形成位错排,星形结构。
▪ 一般来说,位错反延的距离大约等于生长界面的直径。因此, 在拉晶结束时,应逐步缩小晶体的直径直至最后缩小成为一 点,这一过程称为收尾。收尾可通过提高拉速,也可通过升 高温度的方法来实现,更多的是将两种方法结合起来,收尾 时应控制好收尾的速度,以防晶体过早地脱离液面。目前先 进的单晶炉可以实现从引晶到收尾的整个过程
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放肩
▪ 引细颈阶段完成后必须将直径放大到目标 直径,当细颈生长至足够长度,并且达到一 定的提拉速率,即可降低拉速进行放肩。目 前的拉晶工艺几乎都采用平放肩工艺,即肩 部夹角接近180°,这种方法降低了晶锭头部 的原料损失。
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转肩
▪ 晶体生长从直径放大阶段转到等径生长阶段时,需要进行 转肩,当放肩直径接近预定目标时,提高拉速,晶体逐渐进 入等径生长。为保持液面位置不变,转肩时或转肩后应开始 启动埚升,一般以适当的埚升并使之随晶升变化。放肩时, 直径增大很快,几乎不出现弯月面光环,转肩过程中,弯月 面光环渐渐出现,宽度增大,亮度变大,拉晶操作人员应能 根据弯月面光环的宽度和亮度,准确地判断直径的变化,并 及时调整拉速,保证转肩平滑,晶体直径均匀并达到目标值。 从原理上说也可以采用升高熔体的温度来实现转肩,但升温 会增强熔体中的热对流,降低熔体的稳定性,容易出现位错 (断苞),所以,目前的工艺都采取提高拉速的快转肩工艺。
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等径生长2
▪ 无位错状态的判断因晶体的晶向而异,一般可通过晶锭外侧 面上的生长条纹(通常称为苞丝)、小平面(通常称为扁棱和棱 线)来判断。生长晶向对准时,三个小平面应大小相等,相 互间成l20°夹角。但实际生长时往往由于生长方向的偏离, 造成小平面有大有小,有的甚至消失。<100>方向生长时, 有四条棱线,没有苞丝。无位错生长时,在整根晶体上四条 棱线应连续,只要有一条棱线消失或出现不连续,说明出现 了位错(断苞)。
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等径生长1
▪ 当晶体基本实现等径生长并达到目标直径时,就可实行直径保持晶体的 无位错生长。晶体内总是存在着热应力,实践表明,晶体在生长过程中 等温面不可能保持绝对的平面,而只要等温面不是平面就存在着径向温 度梯度,形成热应力,因而也必然会产生热应力。当这些热应力超过了 硅的临界应力时晶体中将产生位错。因此,必须控制径向温度梯度和轴 向温度梯度不能过大,使热应力不超过硅的临界应力,满足这样的条件 才能保持无位错生长。
▪ 出现位错后的处理视情况不同处理方法也不同,当晶锭长 度不长时,应进行回熔,然后重新拉晶;当晶锭超过一定的 长度,而坩埚中还有不少熔料时,可将晶锭提起,冷却后取 出,然后再拉出下一根晶锭;当坩埚中的熔体所剩不多时, 或者将晶体提起,或者继续拉下去,断苞部分作为回炉料。 拉晶人员应调整拉晶工艺参数,尽可能避免出现位错。
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