中職教育一年級(jí)上學(xué)期電子與信息《單晶硅生長(zhǎng)》教學(xué)課件

項(xiàng)目二電子器件材料制備2.2單晶硅生長(zhǎng)微電子技術(shù)與器件制造2.2單晶硅生長(zhǎng)主講人：方志兵引言

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INTRODUCTION硅的單晶體是指具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體。不同的方向具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導(dǎo)材料。經(jīng)過(guò)硅提純后，我們得到了純度較高的多晶硅，要得到制造半導(dǎo)體硅器件的原料，還要進(jìn)行進(jìn)行單晶硅生長(zhǎng)工序，其主要過(guò)程是用高純度的多晶硅在單晶爐內(nèi)拉制而成。PART01

認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)PART02單晶硅生長(zhǎng)設(shè)備PART03單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程目錄2.2單晶硅生長(zhǎng)知識(shí)目標(biāo)1.理解單晶硅生長(zhǎng)原理2.掌握直拉法單晶硅生長(zhǎng)方式2.1.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)2.2單晶硅生長(zhǎng)2.2.1認(rèn)識(shí)硅提純2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)1.單晶生長(zhǎng)的作用單晶多晶提供過(guò)冷溫度使原子穩(wěn)定加熱使多晶硅熔融，提高原子的遷移能力，以便重新排列提供籽晶作為排列標(biāo)準(zhǔn)2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)原子具有一定動(dòng)能，以重新排列要有一個(gè)排列標(biāo)準(zhǔn)排列好的原子能穩(wěn)定下來(lái)單晶制備需滿足條件單晶制備對(duì)策2.單晶生長(zhǎng)的原則2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)3.單晶生長(zhǎng)的方式直拉法（Czochralski，CZ）區(qū)熔法（FloatingZone，F(xiàn)Z）外延法2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)

直拉法

（CzochralskiCZ）把具有一定晶向的籽晶插入熔融硅中，控制一定的過(guò)冷溫度，以一定的速度將籽晶緩慢提升并同時(shí)旋轉(zhuǎn)籽晶軸，生長(zhǎng)出新的晶體。2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)3.單晶生長(zhǎng)的方式

裝料

抽真空

檢漏、調(diào)壓

熔硅

引晶

放肩

轉(zhuǎn)肩

等徑

收尾

停爐

拆爐準(zhǔn)備生長(zhǎng)過(guò)程結(jié)束直拉法實(shí)施流程2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)

直拉法（CZ法）

把具有一定晶向的籽晶插入熔融硅中，控制一定的過(guò)冷溫度，以一定的速度將籽晶緩慢提升并同時(shí)旋轉(zhuǎn)籽晶軸，生長(zhǎng)出新的晶體。應(yīng)用于集成電路、半導(dǎo)體器件、太陽(yáng)能電池等2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)1inch=25.4mm3.單晶生長(zhǎng)的方式—直拉法

懸浮區(qū)熔法

（FloatingZone）也稱FZ法，是利用高頻線圈在單晶籽晶和其上方懸掛的多晶硅棒的接觸處產(chǎn)生熔區(qū)，然后使熔區(qū)向上移動(dòng)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)。FZ法特點(diǎn)硅片尺寸偏小單晶硅純度更高主要用于功率器件，如可控硅等3.單晶生長(zhǎng)的方式--懸浮區(qū)熔法懸浮區(qū)熔法示意圖2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)

外延法指兩個(gè)晶體表面連生，形成有取向的生長(zhǎng)界面。一般說(shuō)，一個(gè)晶體表面從結(jié)構(gòu)上提供擇優(yōu)的位置，使第二個(gè)晶相附生上去。按基片和薄膜的性質(zhì)可分為：同質(zhì)外延異質(zhì)外延3.單晶生長(zhǎng)的方式--外延法懸浮區(qū)熔法示意圖2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)2.2.1認(rèn)識(shí)單晶硅生長(zhǎng)知識(shí)總結(jié)1.單晶硅生長(zhǎng)原理2.單晶硅生長(zhǎng)方式2.2單晶硅生長(zhǎng)知識(shí)目標(biāo)1.了解單晶爐的結(jié)構(gòu)2.掌握單晶爐各部分的作用2.2.2單晶硅生長(zhǎng)設(shè)備2.2.2單晶硅生長(zhǎng)設(shè)備2.2.2單晶硅生長(zhǎng)設(shè)備籽晶軸石英坩堝石墨坩堝托石墨加熱器爐體結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來(lái)源

微納加工技術(shù)

清華大學(xué)）2.2.2單晶硅生長(zhǎng)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)通過(guò)偵測(cè)感應(yīng)，結(jié)合電腦控制，達(dá)到控制熔硅溫度、升降提拉速度等基本工藝參數(shù)的效果。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)提拉機(jī)構(gòu)：籽晶升降、旋轉(zhuǎn)坩堝升降和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)氣氛控制系統(tǒng)2.2.2單晶硅生長(zhǎng)設(shè)備2.2.2單晶硅生長(zhǎng)設(shè)備知識(shí)總結(jié)1.掌握單晶爐的組成2.掌握單晶爐各部分的組成及作用2.2單晶硅生長(zhǎng)知識(shí)目標(biāo)1.掌握單晶硅生長(zhǎng)實(shí)施流程2.掌握單晶硅檢測(cè)2.2.3單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程2.2.3單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程1.領(lǐng)料確認(rèn)2.拉單晶準(zhǔn)備3.單晶爐運(yùn)行4.質(zhì)量檢測(cè)2.2.3單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程1.領(lǐng)料確認(rèn)點(diǎn)擊控制系統(tǒng)界面，彈出“參數(shù)設(shè)置”2.2.3單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程2.拉單晶前準(zhǔn)備點(diǎn)擊單晶爐艙門(mén)將其打開(kāi)多晶硅放入石英坩堝中，并固定籽晶2.2.3單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程3.單晶爐運(yùn)行開(kāi)始加工界面拉單晶過(guò)程2.2.3單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程4.質(zhì)量檢查--物理性能檢查物理性能檢測(cè)質(zhì)量直徑晶向外觀4.質(zhì)量檢查--電學(xué)參數(shù)檢測(cè)四探針?lè)妼W(xué)參數(shù)檢測(cè)結(jié)果2.2.3單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程2.2.3單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程4.質(zhì)量檢查--缺陷檢查單晶硅錠