1.半導(dǎo)體襯底.doc

第一章 半導(dǎo)體襯底主講：張彥E-mail: 合工大電物學(xué)院微電子學(xué)教研室本章內(nèi)容l 硅的晶體結(jié)構(gòu)l 晶向、晶面、堆積模型l 硅晶體中缺陷和雜質(zhì)l 晶體生長l 硅片的制備一、硅的晶體結(jié)構(gòu)固態(tài)物質(zhì)都是以晶體或非晶體的形式存在lll晶體：原子按一定規(guī)律周期排列單晶體：內(nèi)部所有原子都按一定規(guī)律周期排列多晶體：由許多小的晶粒無規(guī)則的堆積而成。特點(diǎn)：長程無序半導(dǎo)體的主要結(jié)構(gòu)形式無定形CrystallineAmorphousPolycrystallineACB合肥工業(yè)大學(xué)物理系 微電子教研室 張彥A.無定形B.單 晶C.多 晶一、硅的晶體結(jié)構(gòu)l硅是微電子工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料，占整個(gè)電子材料的95左右，人們對(duì)它的研究最為深入，工藝也最成熟，在鍵角：10928集成電路中基本上都是使用硅材料。硅四面體結(jié)構(gòu)硅、鍺、砷化鎵電學(xué)特性比較ll鍺應(yīng)用的最早，一些分立器件采用；砷化鎵是目前應(yīng)用最多的化合物半導(dǎo)體，主要是中等集成度的高速IC，及超過GHz的模擬IC使用，以及光電器件從電學(xué)特性看硅并無多少優(yōu)勢(shì)性質(zhì)SiGeGaAs擊穿電場(chǎng)（V/m）30835禁帶類型間接間接直接禁帶寬度（eV）1.120.671.43晶格遷移率2Cm /V.s電子135039008600空穴4301900250本征載流子濃度-3（cm ）1.45*10102.4*18109.0*610硅作為電子材料的優(yōu)點(diǎn)llllll原料充分；硅晶體表面易于生長穩(wěn)定的氧化層，這對(duì)于保護(hù)硅表面器件或電路的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)很重要；重量輕，密度只有2.33g/cm3；熱學(xué)特性好，線熱膨脹系數(shù)小，2.5*10-6/ ，熱導(dǎo)率高，1.50W/cm；單晶圓片的缺陷少，直徑大，工藝性能好；機(jī)械性能良好。1、硅晶體特點(diǎn)l硅具有金剛石立方晶格的晶體結(jié)構(gòu)（ diamond cubic lattice0A）0Al 晶格常數(shù) a=5.43（簡(jiǎn)立方格之邊長）A （約2.35）（最鄰近原子間距就是1/4對(duì)角線長度）l 原子之間的最小距離 042、硅原子密度（原子數(shù)/體積）l硅的金剛石結(jié)構(gòu)可看成是兩個(gè)面心立方晶格套構(gòu)而成。在這個(gè)立方單元內(nèi)：l 頂角：8個(gè)原子，折合成屬于該晶格的原子數(shù)為1/8*8=1個(gè)l 面心上：6個(gè)原子，折合原子數(shù)為1/2*6=3個(gè)l 空間對(duì)角線：4個(gè)原子硅原子密度:（1+3+4)/a3=5.22 10 22 / cm33、復(fù)式格子和正四面體結(jié)構(gòu)ll晶格內(nèi)包含著兩類不等價(jià)的硅原子。一類處于立方體的面心和頂角（A）；另一類處于立方體的體對(duì)角線上（B）；兩類原子數(shù)目相同。硅晶體結(jié)構(gòu)可看成是由兩套面心立方沿空間對(duì)角線平移1/4對(duì)角線長度套構(gòu)而成，其共價(jià)鍵在空間的取向?qū)ν惶酌嫘牧⒎礁褡酉嗤?，?duì)不同套格子不同，形成復(fù)式格子。4、硅原子空間占有率l定義：晶體中最小原子間距的二分之一為硬球（原子）半徑，又稱共價(jià)半徑。硅原子半徑：rsi =380a 1.175 A 43p rsi 3a / 8l結(jié)論：硅晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)內(nèi)部存在著相當(dāng)大的空隙(便于其它小半徑原子（雜質(zhì)）的存在和運(yùn)動(dòng)).l 硅原子空間占有率：3 34%二、晶向、晶面和堆積模型1、晶向基本概念lllll晶列：晶格中原子可以看成是排在一系列方向相同的平行直線系上（相互平行），這些直線系稱。同一晶體中存在許多取向不同的晶列，不同取向的晶列上原子排列情況一般不同。晶體的許多性質(zhì)都與晶列方向有關(guān)。晶向:晶列的方向。通常用其表示一族晶列（直線系）所指的方向。晶向指數(shù)：任何一個(gè)晶列的方向都可以由連接晶列中相鄰兩個(gè)原子（格點(diǎn)）的矢量表示：A = m1 x + m2 y + m3 z一般寫成 m1, m2 , m3 ，稱晶向指數(shù)等價(jià)的晶向指數(shù)： m1, m2 , m3舉例：一個(gè)簡(jiǎn)單晶格，以格點(diǎn)0為頂點(diǎn)，三邊分別為基矢 x, y, zllOB：連接晶列中相鄰格點(diǎn)的矢量，長度只有在X方向上分量為a,其余為零。m1=1,m2=m3=0,即此晶列的晶向指數(shù)為100。等價(jià)晶向指數(shù): 6個(gè)，記作, XYZ軸的正反方向.OA:111，8個(gè)等價(jià)晶向指數(shù)（空間對(duì)角線的8個(gè)方向）lOC：110，12個(gè)等價(jià)晶向指數(shù)（三個(gè)平面軸的夾角平分線的正反方向）2、原子線密度l 概念：某晶向上單位長度內(nèi)的原子數(shù)目。l 100及其等價(jià)晶向上： 2 11 2 = 1l2a 2a al12 + 123a=23a=1. 17al 結(jié)論：110方向上的原子線密度相比最大2 + 1 a a110：22 1.4=111：3、晶面基本概念l 晶面：晶格中原子可以看成是排在一系列方向相同的平面系上（相互平行），這些平面系稱。l 同一晶體中存在許多取向不同的晶面，不同取向的晶面上原子排列情況一般不同。l 晶面指數(shù)：(h,k,l),又稱密勒指數(shù)，h，K，l為互質(zhì)整數(shù)hkl按照下述步驟得到：a) 找到晶面在晶體坐標(biāo)軸上的截距，這些截距用基本矢量的整數(shù)倍來表示。b) 取這些在步驟a) 中得到的整數(shù)的倒數(shù)。c) 找到與這三個(gè)倒數(shù)有著相同相互關(guān)系的一組最小的整數(shù)h, k 和l。舉例l 例1：如果三個(gè)倒數(shù)是1/4,1/3 和1/2， 那么3, 4和6 就是與這三個(gè)倒數(shù)有相同的相對(duì)值的三個(gè)最小整數(shù)。這些整數(shù)就是晶面的Miller 指標(biāo),這晶面被標(biāo)做( 3,4,6 )l 例2：4、原子面密度l概念：某晶面上單位面積的原子數(shù)目。（100）及其等價(jià)晶面上1 12 + 4 + 2 42a a42a 22. 8a 21 + 4 a 214 = 2a 2（111）13 + 362212 =43a22 .3a 2結(jié)論：（100）的原子面密度最小，cmos多用；（111）的原子分布較稀疏，在該面擴(kuò)散合肥工業(yè)大 系 微電子教研室 張（110）2 =3a系數(shù)較大學(xué)，物理雙級(jí)工藝常用彥。5、面心立方晶格的堆積模型假設(shè)每個(gè)粒子均為剛性圓球，討論它們?cè)谄矫嫔系淖罹o密排列方式。從等徑圓球密堆積圖可以看出：1.2.只有1種堆積形式;每個(gè)球和周圍6個(gè)球相鄰接（均勻?qū)ΨQ分布、與其相切）,配位數(shù)位6,形成6個(gè)三角形空隙;3、每個(gè)空隙由3個(gè)球圍成;一層球堆積方式兩層球的堆積情況分析1.要求:在第一層上堆積第二層，要形成最密堆積，保證第二層本身密排.2.方法：將第二層每個(gè)球 放在第一層相間的空隙上3.結(jié)果：第二層球均與本層6個(gè)球相切，還和第一層三個(gè)球相切。密排面：原子球在該平面內(nèi)以最緊密方式排列。堆積方式：在堆積時(shí)把一層的球心對(duì)準(zhǔn)另一層球合肥工業(yè)大學(xué)物理系 微電子教研室 張彥隙，獲得最緊密堆積三層球堆積情況分析第二層堆積時(shí)形成了兩種空隙,因此在堆積第三層時(shí)就會(huì)產(chǎn)生兩種方式：1.排列方式一：本身密排，放在第二層上面，等徑圓球的位置恰好完全放在第一層上方，其排列方式與第一層相同（重合），但與第二層錯(cuò)開，形成ABAB堆積。稱為六角密積任何一球在自身平面與6個(gè)球相切，與上下層各三個(gè)球相切，配位數(shù)為12.六角密積示意圖合肥工業(yè)大學(xué)物理系 微電子教研室 張彥三層球堆積情況分析l排列方式二：本層球密排，與第一層位置不同，若以中間層為參考，如果第一層球占了三個(gè)相間空隙，則第三層球就占據(jù)了另三個(gè)相間空隙（相對(duì)于第二層而言）。這樣，第三層與第一、第二層都不同而形成ABCABC的結(jié)構(gòu)。這種堆積方式可以從中劃出一個(gè)立方面心單位來，所以稱為面心立方最密堆積（立方密積），每個(gè)原子配位數(shù)12。立方密積堆積和示意圖立方密積：第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的 2，4，6 位，不同于 AB 兩層的位置，這是 C 層。615243615243615243ABAB六角密積（鎂型）ABCABC立方密積（銅型）6、面心立方晶格結(jié)構(gòu)及密排面l是立方密積（ABCABC）,（111）是密排面，整個(gè)晶體可以看成是由許多密排面沿方向堆積而成的。BCACBBAC面心立方晶格（立方密排晶格）面心（111）以立方密堆方式排列7、硅晶體的雙層密排面ll硅晶格是由兩套面心立方晶格嵌套而成，兩套面心立方格子分別構(gòu)成ABC結(jié)構(gòu)，其中一套沿空間對(duì)角線平移1/4長度。故硅晶向是AABBCC結(jié)構(gòu)，形成雙層密排面ll。兩層外間距AA：兩層內(nèi)間距CA3a43a12CA雙層密排面：原子距離最近，結(jié)合最為牢固，能量最低，腐蝕困難，容易暴露在表面，在晶體生長中有表面成為111的趨勢(shì)雙層密排面之間：原子距離最遠(yuǎn)，結(jié)合脆弱，晶格缺陷容易在這里形成和擴(kuò)展，在外力作用下，很容易沿著111晶面劈裂，這種易劈裂的晶面稱為晶體的解理面。ABBC硅111晶面特點(diǎn)llll解理面都是111，由于111雙層密排面本身結(jié)合牢固，而相互間結(jié)合脆弱，在外力作用下，晶體很容易沿著111晶面劈裂，晶體中這種易劈裂的晶面稱；化學(xué)腐蝕呈現(xiàn)111；晶體生長有向111晶面發(fā)展的趨勢(shì)；雜質(zhì)特別容易進(jìn)入111晶面的縫隙；三、硅晶體中的缺陷和雜質(zhì)1、晶體缺陷：即使在每個(gè)晶粒的內(nèi)部，也并不完全象晶體學(xué)中論述的(理想晶體)那樣，原子完全呈現(xiàn)周期性的規(guī)則重復(fù)的排列。把實(shí)際晶體中原子排列與理想晶體的差別稱為晶體缺陷。晶體中的缺陷的數(shù)量相當(dāng)大，但因原子的數(shù)量很多，在晶體中占有的比例還是很少，材料總體具有晶體的相關(guān)性能特點(diǎn)，而缺陷的數(shù)量將給材料的性能帶來巨大的影響。l 按照維數(shù)分類：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷(1)點(diǎn)缺陷只涉及單個(gè)原子或單個(gè)原子位置問題l類型：a) 間隙原子在晶格非結(jié)點(diǎn)位置，往往是晶格的間隙，出現(xiàn)了多余的原子。可能是同類原子，也可能是異類原子。b) 空位空格點(diǎn)。在晶格結(jié)點(diǎn)位置應(yīng)有原子的地方空缺，這種缺陷稱為“空位”。c) 弗侖克耳缺陷原子離開平衡位置進(jìn)入間隙，形成等量的空位和間隙原子。d) 肖特基缺陷只形成空位不形成間隙原子（硅原子離開正常位置跑到表面）。晶體中的點(diǎn)缺陷類型示意圖點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響原因：無論那種點(diǎn)缺陷的存在，都會(huì)使其附近的原子稍微偏離原結(jié)點(diǎn)位置才能平衡，即造成小區(qū)域的晶格畸變。影響：提高材料的電阻,定向流動(dòng)的電子在點(diǎn)缺陷處受到非平衡力(陷阱),增加了阻力，加速運(yùn)動(dòng)提高局部溫度(發(fā)熱)。加快原子的擴(kuò)散遷移,空位可作為原子運(yùn)動(dòng)的周轉(zhuǎn)站.形成其他晶體缺陷過飽和的空位可集中形成內(nèi)部的空洞，集中一片的塌陷形成位錯(cuò)。改變材料的力學(xué)性能空位移動(dòng)到位錯(cuò)處可造成刃位錯(cuò)的攀移，間隙原子和異類原子的存在會(huì)增加位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)阻力。會(huì)使強(qiáng)度提高，塑性下降（2)、線缺陷l線缺陷：在三維空間的一個(gè)方向上的尺寸很大(晶粒數(shù)量級(jí))，另外兩個(gè)方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶體缺陷。l 線缺陷最常見的就是位錯(cuò)（Dislocation）。位錯(cuò)附近，原子排列偏離了嚴(yán)格的周期性，相對(duì)位置發(fā)生了錯(cuò)亂。l 位錯(cuò)一般是當(dāng)晶體受力發(fā)生范性形變時(shí)，通過滑移（沿晶向、晶面）或攀移過程進(jìn)行的?；坪髢刹糠志w重新吻合。在交界處形成位錯(cuò)。用滑移矢量表征滑移量大小和方向。1A 32缺陷附近共價(jià)鍵被壓縮1、拉長2、懸掛3，存在應(yīng)力B(a)正常晶格兩種位錯(cuò)形式的原子模型圖位錯(cuò)一般分為刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)。刃位錯(cuò)：位移線垂直于滑移方向螺位錯(cuò)：位移線平行于滑移方向混合位錯(cuò):滑移區(qū)和未滑移區(qū)交界線為曲線(c)(b)刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)位錯(cuò)在晶體表面的露頭拋光后的試樣。在侵蝕時(shí)，由于易侵蝕而出現(xiàn)侵蝕坑，其特點(diǎn)是坑為規(guī)則的多邊型且排列有一定規(guī)律。只能在晶粒較大，位錯(cuò)較少時(shí)才有明顯效果。薄膜透射電鏡觀察將試樣減薄到幾十到數(shù)百個(gè)原子層(500nm以下)，利用透射電鏡進(jìn)行觀察，可見到位錯(cuò)線。(3).面缺陷lll面缺陷：在三維空間的兩個(gè)方向上的尺寸很大(晶粒數(shù)量級(jí))，另外一個(gè)方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶體缺陷。典型代表：層錯(cuò)。層錯(cuò)：在密排晶體中原子面的堆積順序出現(xiàn)反常，錯(cuò)亂而造成的（原子排列在某一層發(fā)生錯(cuò)誤，產(chǎn)生的堆垛層錯(cuò))。(4)體缺陷：晶體內(nèi)部偏離周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的三維缺陷，是由過飽和的摻雜形成（雜質(zhì)在晶體中沉積形成）。表.硅晶體中的缺陷結(jié)團(tuán)作用高濃度低維缺陷傾向于集聚，形成更高維缺陷，釋放能量類型維數(shù)舉例點(diǎn)0空位、間隙、弗倫克爾缺陷（內(nèi)在的硅自間隙）（外來的摻雜物質(zhì)，氧、碳、金屬）線1線性位錯(cuò)（刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)）位錯(cuò)環(huán)面2層錯(cuò) 孿晶 晶粒間界體3沉積物，空腔（氧沉積，金屬沉積）缺陷的產(chǎn)生及去除l缺陷是存在應(yīng)力的標(biāo)志，微電子工藝過程中能夠誘導(dǎo)缺陷的應(yīng)力主要有三種：l 存在大的溫度梯度，發(fā)生非均勻膨脹，在晶體內(nèi)形成熱塑性應(yīng)力，誘生位錯(cuò)；l 晶體中存在高濃度的替位雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)和硅原子大小不同，形成內(nèi)部應(yīng)力誘生缺陷；l 硅晶體表面受到機(jī)械外力，如表面劃傷、或受到轟擊（離子，射線等），外力向晶體中傳遞，誘生缺陷。l 問題：缺陷如何去除？單晶生長時(shí)的工藝控制；非本征吸雜，在無源區(qū)引入應(yīng)變或損傷區(qū)來吸雜；本征吸雜，氧是硅片內(nèi)固有的雜質(zhì)，硅中氧沉淀，氧有吸雜作用，是一種本征吸雜。2、硅晶體中的雜質(zhì)l某些非硅原子處在填隙位置或晶格位置時(shí)，形成的非本征缺陷，成為雜質(zhì)。l 雜質(zhì)和導(dǎo)電類型：多數(shù)半導(dǎo)體材料，常常人為地通過一定的工藝手段摻入一定數(shù)量的某種原子（雜質(zhì)）以便控制導(dǎo)電類型和導(dǎo)電能力，代替硅原子而占據(jù)晶格位置，并能在適當(dāng)?shù)臏囟认率┓烹娮踊蚩昭?，從而控制和改變晶體的導(dǎo)電能力。l 硅晶體中摻入磷，變成以電子導(dǎo)電為主的N型半導(dǎo)體。摻入硼，變成以空穴導(dǎo)電為主的P型半導(dǎo)體。l 同一半導(dǎo)體，一部分摻入N型雜質(zhì)，另一部分P型雜質(zhì)，在兩雜質(zhì)濃度相等處就形成P-N結(jié)。3、雜質(zhì)在硅晶體中的溶解度llll相圖：表達(dá)混合材料性質(zhì)的一種方式。二元相圖是指標(biāo)示出兩種材料混合物穩(wěn)定相區(qū)域的一種圖，是組分百分比和溫度的函數(shù)。固溶度：雜質(zhì)在晶體中的最大溶解度。在一定溫度下，元素B能夠溶解到晶體A內(nèi)的最大濃度，稱為這種雜質(zhì)在晶體A中的固溶度。在一定條件下，某些物質(zhì)可以無限的溶解于另一種物質(zhì)之中，形成連續(xù)固溶體，如鍺硅系統(tǒng)。而磷和硼往往在硅中形成有限替位固溶體。雜質(zhì)在硅晶體中的最大固溶度給雜質(zhì)在硅中的擴(kuò)散設(shè)置了表面濃度的上限。參考某元素能否適合作為擴(kuò)散雜質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)：看其固溶度是否大于所要求的表面濃度。Ge-Si相圖液相線1150固相線22合肥工業(yè)大學(xué)物理系 微電子教研室 張彥 58四. 晶體生長與單晶制備直拉法區(qū)熔法液體掩蓋直拉法高純硅的制作99.999999999%的超高純？1 切克勞斯基（CZ）晶體生長（直拉法）ll晶體生長理論對(duì)硅來說，CZ工藝是一種從液態(tài)到固態(tài)的單元素晶體生長系統(tǒng)。界面附近的熱傳輸條件可模擬為：Ldmdt+ K ldTdx1A1 = K sdTdx2A2L為硅結(jié)晶潛熱；dm/dt:質(zhì)量固化速率；Kl和Ks分別是溶化硅和固態(tài)硅在熔融溫度點(diǎn)的熱導(dǎo)率；dT dT,點(diǎn))的熱梯度dx1 dx2 分別為位置1、2（液體和固體中靠近界面的上式表示：在界面附近區(qū)域，由界面流向結(jié)晶硅的熱流密度與熔硅流向界面的熱流密度之差為界面區(qū)域單位時(shí)間內(nèi)釋放的潛熱l從前面式子導(dǎo)出溶體中零溫度梯度條件下最大拉晶速率Vmax=K s dtL d dx溫邊界層（液）（d固體硅密度）度l實(shí)際生產(chǎn)中，一般不會(huì)采用最大提拉速度。拉單晶的速率會(huì)影響雜質(zhì)進(jìn)入單晶，是導(dǎo)致產(chǎn)生缺陷的一個(gè)因素。固（晶）界面液（熔）距離CZ生長中的溫度梯度、固化和輸運(yùn)現(xiàn)象示意圖紅色代表雜質(zhì)，藍(lán)色代表硅原子2. 實(shí)際生產(chǎn)中拉單晶的方法 熔硅：把提純的多晶硅和根據(jù)需要摻雜的摻雜劑放入石英坩堝熔化，要控制好熔硅的時(shí)間。 引晶（下種）：分別調(diào)節(jié)籽晶和坩堝的轉(zhuǎn)速，將籽晶慢慢下降同熔硅接觸。若籽晶端部稍微熔化，熔硅很快浸潤籽晶并沿籽晶垂直面攀緣而上，說明熔硅溫度適當(dāng)。 收頸：如果溫度適當(dāng)，慢慢將籽晶向上提拉并逐漸增大拉速。細(xì)而長的頸部有利于抑制位錯(cuò)從籽晶向頸部以下晶體延伸。整個(gè)拉單晶過程就是控制好溫度、轉(zhuǎn)速和拉速。lll放肩：根據(jù)收頸時(shí)的溫度變化，將熔料溫度降低1540，并降低拉速，隨時(shí)測(cè)量直徑、保持溫度穩(wěn)定，盡可能長成平肩。收肩、等徑生長：當(dāng)直徑達(dá)到要求后，在自動(dòng)控制系統(tǒng)控制下等直徑生長。收尾：在坩堝中硅料剩到一定量時(shí)，停止坩堝跟蹤，逐漸升溫并繼續(xù)維持等徑生長時(shí)的拉速，讓尾部長成錐形。單晶成長流程圖抽真空測(cè)漏氣率(1hr)晶體成長(30 hrs)尾部成長(5 hrs)坩堝加熱融化多晶硅塊(7 hrs)晶冠成長(2 hrs)冷卻(4 hrs)等待穩(wěn)定平衡(2 hrs)頸部成長(1 hr)圖：直拉法制備單晶硅圖：直拉法制備單晶硅旋轉(zhuǎn)卡盤籽晶生長晶體射頻加熱線圈熔融 硅4.3 CZ法拉單晶系統(tǒng)l系統(tǒng)構(gòu)成一：爐子1.坩堝：石英（氮化硅）2.基座: 高純石墨3.爐膛：加熱器與爐壁之間絕熱4.加熱：高頻爐或直流電阻絲，便于控制功率溫度。4.3 CZ法拉單晶系統(tǒng)其它系統(tǒng)組成lll拉單晶機(jī)構(gòu)：包括籽晶軸桿或鏈條、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、籽晶夾具。氣氛控制：包括氣體源、流量控制、鈍化管道、排氣和真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)：微處理機(jī)、傳感器、輸出部分。控制溫度、單晶直徑、拉晶速率和轉(zhuǎn)速、提升、降落等。8英寸單晶拉制車間4.4 用于高純硅的區(qū)熔法分凝現(xiàn)象：假設(shè)某種雜質(zhì)在晶體中的濃度處處相同，當(dāng)晶體逐段溶化和凝固后，固相和液相晶體中可容納的雜質(zhì)濃度并不相同，這種雜質(zhì)濃度在固液相界面兩邊重新分布的現(xiàn)象，稱。平衡分凝系數(shù)：此兩種狀態(tài)下的摻雜濃度的比例定義為平衡分凝系數(shù)k0 =CsClCs和Cl分別是在固態(tài)和液體界面附近的平衡摻雜濃度分凝系數(shù)的大小反映了在生長過程中硅中的雜質(zhì)大多數(shù)會(huì)存留在固態(tài)或液態(tài)中。對(duì)于硅，多數(shù)K。1l當(dāng)晶體生長時(shí)，摻雜劑會(huì)持續(xù)不斷地被排斥而留在融體中(K01)。如果排斥率比參雜的擴(kuò)散或攪動(dòng)而產(chǎn)生的傳送率高時(shí)，在界面的地方會(huì)有濃度梯度產(chǎn)生。定義：有效分凝系數(shù)ke =CsCl=k0k0 + (1 - k0 )e- vd / D式中，V生長速度；D是摻雜原子在熔體中的擴(kuò)散系數(shù)在晶體內(nèi)的均勻摻雜分布（ke1），可由高的拉晶速率和低的旋轉(zhuǎn)速率獲得。另外一種獲得均勻分布的方法是持續(xù)不斷的加入高純度的多晶硅于融體中，使初始的摻雜濃度維持不變。懸浮區(qū)熔法（float-zone）l可生長比一般Cz法生長單晶所含有的更低雜質(zhì)濃度的硅。l生長的晶體主要用于高電阻率材料的器件，如高功率、高壓等器件。直拉法和區(qū)熔法的比較llCZ直拉法 工藝成熟，應(yīng)用廣泛 成本較低可拉制大直徑的硅單晶 (300 mm in production)能較好地拉制低位錯(cuò)難以避免來自石英坩堝和加熱裝置的雜質(zhì)污染，氧污染。區(qū)熔法 硅單晶的雜質(zhì)濃度更低 成本較高，不能大直徑（smaller wafer size (150 mm)） 主要用于制備功率器件.缺點(diǎn)是有較高的位錯(cuò)密度4.5液體掩蓋直拉法(LEC)主要用來生長砷化鎵晶體和標(biāo)準(zhǔn)的直拉法一樣由于熔融物里砷的揮發(fā)性通常采用一層氧化硼漂浮在熔融物上來抑制砷的揮發(fā)。故得其名磁控直拉法（MCZ法）籽晶晶體砷化 鎵熔化 物氧化硼