直拉式单晶硅生长炉的关键技术探讨.pdf

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1、机械设备53直拉式单晶硅生长炉的关键技术探讨李国琴（山西长治潞安职业技术学院基础部山西长治046204）摘要：我国在直拉式单晶硅生长炉的设计和生产上还是缺乏一定的经验，从当前所使用的生长情况来看，基本都是向国外一些先进国家采购。本文通过对直拉式单晶硅进行简单介绍后，对直拉式单晶硅的两大关键技术———全自动控制系统和热场进行分析，从而希望能够为我国开发全自动的直拉式单晶硅做出一点理论参考。关键词：直拉式单晶硅生长炉；关键技术；全自动控制单晶硅是目前微电子行业运用最广泛的半导体材料，它是控制环设计和控制环链接技术。自动控制环采用PID控制酸和

2、由硅原子呈周期性排列而组成的单晶体。直拉法也可以成为CZ和PID控制算法。全自动控制坏根据工艺的不同也呈现不同的法，早在1950年就已经开始运用到单晶硅上，这也成为了后来状态在引晶工艺控制环控制不多，放肩、转肩、等径这些影响单运用单直拉法生长单晶硅成为了可能。直拉法式单晶硅是从对晶体形成的步骤更多的都是闭环一起执行某一项指令。不仅时原材料高温溶解，再通过引晶、放肩、转肩过程，最终声场出单晶间上的不同，控制环根据每一个工艺技术要求上也是不同的，比硅主体，最后进行生长炉内冷却加工形成单晶硅。单晶硅的形成如引晶采用相对于长度（150-30mm）

3、的籽晶来拉制。控制拉链接离不开单晶硅生长炉，生长炉主要由炉体，晶体、气氛及炉压控技术室各个闭环直接的相互连接，通过拉速V的方法来控制晶制、电气系统、热场五部分组成，其中电器系统是单晶硅生长炉体直径，并实现晶体生长速度的下降，从而来控制晶体生长额温最为关键的部分，本文就电器系统的全自动控制系统和热场进度，之后通过控制坏来控制生长速度，保证直径的均等，从而影行关键技术探讨。响生长速度。一、直拉式单晶硅全自动控制系统技术研究二、单晶硅生长炉的热场单晶硅在生长炉的拉晶过程中必须依靠单晶晶向、氧碳含直拉式单晶硅生长炉收到了工业界的广泛关注，尤其是对

4、量、型号和电阻率、位错和缺陷、漩涡滑移、寿命、金属含量、直径热场和温度场的研究更是影响单晶硅品质额重点。通过运用计偏差、径向电阻率等技术指标来控制晶体的生长和品质，品质的算机模拟这一技术，设计出的热场元件，更是使得温度得以控好坏应有全自动操作操控，减少人为的干扰，保证生长炉的稳定制，晶体也就能够避免缺陷。性和准确性。单晶硅品质与各个参数之间的关系.（表1所示）直拉式单晶硅生长炉内使用的热场包括了加热器、坩埚、支想要实现晶体生长的全自动控制首先应该确保单晶硅生长座等等。每一个部分在热场起到作用的不同，构成它们的材质、过程中应该保证期全自动化

5、。全自动生长工艺包括抽真空、检厚度、高度都不尽相同。直拉单晶硅生长炉的温度随着单晶硅的漏、压力化、熔料、稳定、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾、停炉生产产生变化，所以在生长过程中，需要静态热场和动态热场双[1]。单晶硅的生长需要一定的氧、碳含量，因为单晶硅生长炉需结合，形成稳定的温度分布，保证热场温度的改变，为晶体生长要有100小时的低压温，为了使得在这段时间漏气不至于发生，所需要的实际温度进行调节，从而形成高品质的单晶硅。就采取了真空、检漏和压力化处理。如果其他参数都已经满足，根据热场的梯度不同，晶体形成的轴向温度梯度和径向温那么就可

6、以把全自动控制系统调节到单晶生长的压力。度梯度都是不同的，最关键影响到单晶硅结晶的是生长界面处晶体生长准备工艺完之后，熔态硅控制的工艺研究也是十的轴向和径向温度梯度。其中轴向温度梯度包括晶体、熔体、环分必要的，在这一阶段，熔体的状态要保持一个合适的温度以及境变化，径向温度梯度则包括了晶体、熔体和固液交界面。熔体条件以便使得晶体结晶并生长。这一阶段不可忽视的就是熔料、的径向温度梯度都是》0，固液交界面则随着晶体的生产而产生稳定化、熔接这一至关重要的因素。熔料融化后成为液态硅，运不同的变化。用液温度偏差来把握熔料是否已经熔化完成。晶体生长对热

7、场的基本要求我们可以概括为三个方面，其熔料熔化完毕后，单晶体就开始了全自动生长这一过程。硅中对于温度的控制必须以生长界面为限制，生长界面附近的熔熔体经过为了减小籽晶直径这一引晶过程逐渐提高了籽晶的提体温度低，而在外的温度必须高于熔点。其次，晶体生长过程中，拉速度，从而产生无错位的晶体。当晶体直径逐渐缩小后，就开熔体的径向和轴向温度梯度随着变化而变化，径向逐渐减小，轴始了放肩过程，这一过程市委了能够保证晶体在引晶中肩部形向逐渐变大。最后则是要增加轴向温度梯度，有利于单晶硅生长状平整，实现肩部生长。放肩后就进入了转肩过程，转肩是为了的速度。保

8、证晶体过分长大而提高了提拉速度，从而合理的进行转肩参直拉式单晶硅生长技术最主要的是全自动控制系统和热场数设置，实现晶体的平稳，以至于实现晶体的平稳生长。晶体在系统，本文从各个工艺出发，对如何形