晶体硅单晶工艺学样本

1、直拉硅单晶工艺学刖言绪论硅单晶是一种半导体材料。直拉单晶硅工艺学是研究用直拉方法获得硅单晶的一门科学，它研究的主要内容：硅单晶生长的一般原理，直拉硅单晶生长工 艺过程，改进直拉硅单晶性能的工艺方法。直拉单晶硅工艺学象其它科学一样，随着社会的需要和生产的发展逐渐发 展起来。十九世纪，人们发现某些矿物，如硫化锌、氧化铜具有单向导电性能，并 用它做成整流器件，显示出独特的优点，使半导体材料得到初步应用。后来，人 们经过深入研究，制造出多种半导体材料。1918年，切克劳斯基(JCzochralski)发表了用直拉法从熔体中生长单晶的论文，为用直拉法生长半导体材料奠定了 理论基础，从此，直拉法飞速发展，

2、成为从熔体中获得单晶一种常见的重要方法。当前一些重要的半导体材料，如硅单晶，错单晶，红宝石等大部分是用直拉法 生长的。直拉错单晶首先登上大规模工业生产的舞台，它工艺简单，生产效率高，成本低，发展迅速；可是，错单晶有不可克服的缺点：热稳定性差，电学性能 较低，原料来源少，应用和生产都受到一定限制。六十年代，人们发展了半导体材料硅单晶，它一登上半导体材料舞台，就显示了独特优点：硬度大，电学热稳 定性好，能在较高和较低温度下稳定工作，原料来源丰富。地球上25.8%是硅，是 地球上错的四万倍，真是取之不尽，用之不竭。因此，硅单晶制备工艺发展非常 迅速，产量成倍增加，1964年所有资本主义国家生产的单晶

3、硅为50-60吨， 70年为300-350吨，76年就达到1200吨。其中60%以上是用直拉法生产的。单晶硅的生长方法也不断发展，在直拉法的基础上，1925年又创造了坩 蜗移动法。1952年和1953年又相继创造了水平区熔和悬浮区熔法，紧接着基座 相继问世。总之，硅单晶生长技术以全新姿态登上半导体材料生产的历史舞台。随着单晶硅生长技术的发展，单晶硅生长设备也相应发展起来，以直拉单 晶硅为例，最初的直拉炉只能装百十克多晶硅，石英坩蜗直径为40毫米到60 毫米， 拉制单晶长度只有几厘米，十几厘米，现在直拉单晶炉装多晶硅达40公斤, 石英坩蜗直径达350毫米，单晶直径可达150毫米，单晶长度近2米，

4、单晶炉籽晶牛田由硬构件发展成软构件，由手工操作发展成自动操作，开进一步发展成计算机 操作，单晶炉几乎每三年您学新参考次如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。大规模和超大规模集成电路的发展，给电子工业带来一场新的革命，也给半 导体材料单晶硅带来新的课题。大规模和超大规模集成电路在部分用直拉单晶硅 制造，制造集成电路的硅片上，各种电路密度大集成度高，要求单晶硅有良好的 均匀性和高度的完美性。以4k位集成电路为例，在4X4毫米或4X6毫米的 硅片上，做四万多个元件，还要制出各元件之间的连线，经过几十道工序，很多次 热处理。元件的高密度，复杂的制备工艺，要保证每个元件性能稳定，除制作集 成电路工艺成熟

5、外，对硅单晶材料质量要求很高：硅单晶要有合适的电阻率和良 好的电阻率均匀性，完美的晶体结构，良好的电学性能。因此，硅单晶生长技术 要更成熟、更精细、更完善，才能满足集成电路的要求。直拉单晶硅工艺理论 应不断地向前发展。当前世界已跨入电子时代感。能够这样说，四十年代是电子管时代，五十年 代是晶体管时代，六十年代是集成电路时代，七十年代是大规模集成电路时代， 八十年代是超大规模集成电路时代。大规模和超大规模集成电路已成功的应用于 国民经济各部门，日益显示出它无比的优越性。人造卫星的上天，火箭的飞行， 潜艇的远航，雷达的运转，自动化生产线的运行，哪一样都离不开大规模和超大 规模集成电路。至于计算机，

6、我们能够这样说，它的核心部分是由大规模和超大 规模集成电路组合起来的。现代生产工艺、科研、军事、宇宙航行、家庭生 活等几乎没有一样不和大规模集成电路有关。因此，掌握大规模集成电路基础材料直理论，必须经常和生产实践相结合，为直接生产单晶硅打下基础。 1晶体与非晶体自然界的物质，可分为晶体与非晶体两大类。如硅、错、铜、铅等是晶玻璃、塑料、松香等则是非晶体。从宏观性质看，晶体与非晶体主要有三个方 面的区别。1、晶体有规则的外型。人类最早认识的晶体是一些天然矿物，如岩盐、水 晶、明矶等，这些晶体都有规则的外形，如岩盐是立方体，不过晶体的外形常常受生长条件限制，外型 各有差异例如，在含尿素溶液中生长的食

7、盐为八面体，在含硼酸的溶液中生长的 食盐则为立方体兼八面体，如图：人工生长的晶体，生长条件不同，晶体外型在生长后还能显露出来。用直拉法沿111方向生长的硅、错单晶，有三条对称的棱线，沿100方向生长的硅、 错单晶，则有四条对称分布的棱线。非晶体则没有规则的外形，如玻璃、松香、塑料等外表没有一定规则。2、晶体具有一定的熔点：将晶体和非晶体逐渐加热，每隔一定时间测量一下它们的温度，一直到它 们全部熔化或成为熔体，作出温度和时间关系的曲线一熔化曲线。从熔化曲线中我们能够看到：晶体熔化时有一温度平台bc,熔化时温度 保持不变，此温度就是晶体的熔点。在熔点温度，一部分晶体熔化成液体，一部分仍保持固体状态

8、，随着时间增加直到全部熔化成液体。非晶体没有温度平台，随着时间的推移温度不断升高，bc段很难说是固 态还是液态，而是一种软化状态，不具有流动性，温度继续高就成为液体。晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，这是晶体和非晶体之间最 明显的区别。熔点是晶体从固态转变到液态（熔化）的温度，也是从液态转变到固态（凝固）的温度。3、晶体各向异性晶体的物理性质和化学性质随着晶面方向不同而不同，称为晶体各向异性。我们做一个实验，在薄的云母片和玻璃片上分别涂上石腊，分别用一个加热的 金属针尖压在云母片和玻璃片上，就会发现，触点周围的石腊逐渐熔化；玻璃片 上的形状是圆形，云母片上却是椭圆形的。1111这说明玻璃的导热性与方向无关，云母片的导热性与方向有关。晶体在不同的方向上力学性质，电学性质和光学性质是不同的，抗腐蚀、抗氧化的性质随着晶体方向不同也不同。非晶体则不然，它们在各个方向上性质相 同。晶体因此具有非晶体不同的性质，主要是晶体内部质（原子或分子）按一定 规律周期性的排列构成空间点阵，不同的排列规律，呈现不同的外形，不同的 晶面，它们各晶面的性质也不相同。2晶体空间点阵和晶胞晶体和非晶