单晶硅生长过程

4）放肩 引晶之后，须降低拉速和温度，使得晶体的直径渐渐放大到所需的大小。出 于经济方面的考虑，放肩的形状通常较平。在此步骤中，最重要的参数是直径
的放大速率（亦即放肩的角度）。放肩的形状和角度，将会影响晶棒头部的固
液界面形状及晶棒品质。如果降温太快，液面呈现过冷情况，肩的形状因直径 快速放大而变成方形，严重时易导致位错的产生而失去单晶的结构。
然后加热至熔化温度（1420℃）以上，将晶硅原料熔化。使用过大的功率来熔化晶
硅，虽然可以缩短熔化时间，但是可能造成石英坩埚壁的过度损伤，而降低石英坩 埚的寿命。反之若功率过小，则整个熔化过程耗时太久，产能下降。
3）引晶 当硅熔液的温度稳定之后,将<100>或<111>方向的籽晶慢慢浸入硅熔液中，由于 籽晶和硅熔液接触时的热应力，会使得籽晶产生位错，这些位错必须利用引晶 生长使之消失。为了能完全消除位错，一般的原则是让引晶长度约等于一个晶 棒直径的长度。
（4）控制系统：包括侦测感应器（sensor）和
电脑控制系统等。 右图为一典型的CZ生长炉的示意图。
2. CZ操作流程与原理
（1）加料 此步骤主要是将晶硅原料和搀杂剂放入石英坩埚内。搀杂剂的种类是按照导电类型
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N或P而定的，P型的搀杂剂一般为硼/镓，N型搀杂剂则一般为磷。
（2）熔化 当加完晶硅原料于石英坩埚内后，单晶炉必须关闭并抽真空使之维持在一定的压力范围。
CZ单晶生长法
1. CZ法晶体硅生长设备
CZ生长炉主要有四部分组成： （1）炉体：包括石英坩埚、石墨坩埚（用以支 撑石英坩埚）、加热和绝热元件、炉壁等。在炉 体内部这些影响热传导和温度分布的元件，一般 通称为热场。
（2）晶棒/坩埚拉升旋转机构：包括籽晶夹头、
吊线和拉升旋转元件。 （3）气压控制：包括Ar气体流量控制、真空系 统和压力控制阀。
（6）收尾
在长完晶身部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出 现位错和滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小， 直到成一个尖点而与液面分开。这个过程称为收尾。
单晶硅的生长及硅片加工
单晶硅按晶体伸长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。 直拉法、区熔法伸长单晶硅棒材，外延法伸长单晶硅薄膜。直拉法伸长的单晶 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。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。外延片主要用于集成 电路领域。
（5）等径生长 引晶和放肩之后，通过拉速和温度的不断调整，可使晶棒的直径维持在±2mm之
间，这段直径固定的部分称之为晶身。由于硅片即来自于晶身，所以此阶段的
参数控制是非常重要的。由于在晶棒生长过程中，液面会逐渐下降，加热功率 逐渐上升等因素，使得晶棒的散热速率随着晶棒长度的增加而递减。因此固液 界面处的温度梯度减小，使得晶棒的最大拉速随着晶棒长度而减小。