PDF《单晶硅生长原理及工艺》

10 -真空泵;

11 -坩埚上升旋转机构;

12 -控制 系统;

13 -直径控制传感器;

14 -氩气;

15 -硅熔体 图2直拉法生长单晶硅设备实物图与示意图 Fig.2 The graph of device and principle for single crystal silicon by Cz method 2.1.2 引晶 选取籽晶尺寸为 8*120mm 方向为[6] . 籽晶制备后,对其进行化学抛光,可去除表面损 伤,避免表面损伤层中的位错延伸到生长的直拉单 晶硅中;

同时,化学抛光可以减少由籽晶带来的金 属污染. 在硅晶体生长时,首先将定向籽晶固定在旋转 的籽晶杆上,然后将籽晶缓缓下降,距液面 10mm 处暂停片刻,使籽晶温度尽量接近熔硅温度,以减 少可能的热冲击;

接着将籽晶轻轻浸入熔硅,使头 部首先少量溶解,然后和熔硅形成固液界面;

随后,籽晶逐步上升,与籽晶相连并离开固液界面的 硅温度降低,形成单晶硅. 2.1.3 缩颈 去除了表面机械损伤的无位错籽晶,虽然本身 不会在新生长的晶体硅中引入位错,但是在籽晶刚 碰到液面时,由于热振动可能在晶体中产生位错, 这些位错甚至能够延伸到整个晶体,而缩颈技术可 以减少位错的产生[7-9] .引晶完成后,籽晶快速向 上提拉,晶体生长速度加快,新结晶的单晶硅直径 将比籽晶的直径小,可以达到 3mm 左右,其长度 约为此时晶体直径的

6 ~

10 倍,旋转速率为

2 ~ 10rpm. 2.1.4 放肩 在缩颈完成后,晶体的生长速度大大放慢,此 时晶体硅的直径急速增加,从籽晶的直径增大到所 需的直径,形成一个近 180°的夹角.在此步骤中, 最重要的参数值是直径的增加速率.放肩的形状与 角度将会影响晶体头部的固液面形状及晶体品质. 如果降温太快,液面出现过冷情况,肩部形状因直 径快速增大而变成方形,最严重时导致位错的再现 而失去单晶结构. 2.1.5 等径 当放肩达到预定晶体直径时,晶体生长速度加 快,并保持几乎固定的速度,使晶体保持固定的直 径生长,由于生长过程中,液面会逐渐下降及加热 功率上升等因素,使得晶体散热速率随着晶体长度 而递减.因此,固液界面处的温度梯度减小,使得 晶体的最大拉速随着晶体长度而减小. 2.1.6 收尾 在晶体生长接近尾声时,生长速度再次加快, 同时升高硅熔体的温度,使得晶体的直径不断缩 小,形成一个圆锥形,最终晶体离开液面,单晶硅 生长完成,这个阶段称为收尾. 图4为所生长的单晶硅照片,生长工艺参数及 尺寸如表

1 所示. 图4直拉法生长出的单晶硅 Fig.4 As-grown single crystal silicon by Cz method 表1单晶硅生长工艺参数及尺寸 Tab.1 The growing technical parameters and size of as-grown ingle crystal silicon 编号 晶........