中职教育一年级上学期电子与信息《单晶硅生长》教学课件

项目二电子器件材料制备2.2单晶硅生长微电子技术与器件制造2.2单晶硅生长主讲人：方志兵引言

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INTRODUCTION硅的单晶体是指具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。经过硅提纯后，我们得到了纯度较高的多晶硅，要得到制造半导体硅器件的原料，还要进行进行单晶硅生长工序，其主要过程是用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。PART01

认识单晶硅生长PART02单晶硅生长设备PART03单晶硅生长过程目录2.2单晶硅生长知识目标1.理解单晶硅生长原理2.掌握直拉法单晶硅生长方式2.1.1认识单晶硅生长2.2单晶硅生长2.2.1认识硅提纯2.2.1认识单晶硅生长1.单晶生长的作用单晶多晶提供过冷温度使原子稳定加热使多晶硅熔融，提高原子的迁移能力，以便重新排列提供籽晶作为排列标准2.2.1认识单晶硅生长原子具有一定动能，以重新排列要有一个排列标准排列好的原子能稳定下来单晶制备需满足条件单晶制备对策2.单晶生长的原则2.2.1认识单晶硅生长3.单晶生长的方式直拉法（Czochralski，CZ）区熔法（FloatingZone，FZ）外延法2.2.1认识单晶硅生长

直拉法

（CzochralskiCZ）把具有一定晶向的籽晶插入熔融硅中，控制一定的过冷温度，以一定的速度将籽晶缓慢提升并同时旋转籽晶轴，生长出新的晶体。2.2.1认识单晶硅生长3.单晶生长的方式

装料

抽真空

检漏、调压

熔硅

引晶

放肩

转肩

等径

收尾

停炉

拆炉准备生长过程结束直拉法实施流程2.2.1认识单晶硅生长

直拉法（CZ法）

把具有一定晶向的籽晶插入熔融硅中，控制一定的过冷温度，以一定的速度将籽晶缓慢提升并同时旋转籽晶轴，生长出新的晶体。应用于集成电路、半导体器件、太阳能电池等2.2.1认识单晶硅生长1inch=25.4mm3.单晶生长的方式—直拉法

悬浮区熔法

（FloatingZone）也称FZ法，是利用高频线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的多晶硅棒的接触处产生熔区，然后使熔区向上移动进行单晶生长。FZ法特点硅片尺寸偏小单晶硅纯度更高主要用于功率器件，如可控硅等3.单晶生长的方式--悬浮区熔法悬浮区熔法示意图2.2.1认识单晶硅生长

外延法指两个晶体表面连生，形成有取向的生长界面。一般说，一个晶体表面从结构上提供择优的位置，使第二个晶相附生上去。按基片和薄膜的性质可分为：同质外延异质外延3.单晶生长的方式--外延法悬浮区熔法示意图2.2.1认识单晶硅生长2.2.1认识单晶硅生长知识总结1.单晶硅生长原理2.单晶硅生长方式2.2单晶硅生长知识目标1.了解单晶炉的结构2.掌握单晶炉各部分的作用2.2.2单晶硅生长设备2.2.2单晶硅生长设备2.2.2单晶硅生长设备籽晶轴石英坩埚石墨坩埚托石墨加热器炉体结构示意图（图片来源

微纳加工技术

清华大学）2.2.2单晶硅生长设备电气控制系统电气控制系统通过侦测感应，结合电脑控制，达到控制熔硅温度、升降提拉速度等基本工艺参数的效果。机械传动系统提拉机构：籽晶升降、旋转坩埚升降和转动机构气氛控制系统2.2.2单晶硅生长设备2.2.2单晶硅生长设备知识总结1.掌握单晶炉的组成2.掌握单晶炉各部分的组成及作用2.2单晶硅生长知识目标1.掌握单晶硅生长实施流程2.掌握单晶硅检测2.2.3单晶硅生长过程2.2.3单晶硅生长过程1.领料确认2.拉单晶准备3.单晶炉运行4.质量检测2.2.3单晶硅生长过程1.领料确认点击控制系统界面，弹出“参数设置”2.2.3单晶硅生长过程2.拉单晶前准备点击单晶炉舱门将其打开多晶硅放入石英坩埚中，并固定籽晶2.2.3单晶硅生长过程3.单晶炉运行开始加工界面拉单晶过程2.2.3单晶硅生长过程4.质量检查--物理性能检查物理性能检测质量直径晶向外观4.质量检查--电学参数检测四探针法电学参数检测结果2.2.3单晶硅生长过程2.2.3单晶硅生长过程4.质量检查--缺陷检查单晶硅锭