硅锭的拉制方法.pdf

硅锭的拉制方法1* 直拉法Cz （ Czochralski ) 即切克老斯基法是用的最多的一种晶体生长技术2* 悬浮区熔法：主要用于提纯和生长硅单晶3* 多晶硅浇注法：用于制备多晶硅太阳电池所用的硅原片，它是一种定向凝固法，晶体呈现片状生长过程和结构单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅直拉法基本过程原理图一个典型cz 生长炉示意图1.引晶：通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体2.缩颈：生长一定长度的缩小的细长颈的晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；3.等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度4.收尾：直径逐渐缩小，离开熔体；5.降温：降级温度，取出晶体，待后续加工6.最大生长速度：晶体生长最大速度与晶体中的纵向温度梯度、晶体的热导率、晶体密度等有关提高晶体中的温度梯度，可以提高晶体生长速度；但温度梯度太大，将在晶体中产生较大的热应力，会导致位错等晶体缺陷的形成，甚至会使晶体产生裂纹。

为了降低位错密度，晶体实际生长速度往往低于最大生长速度7 熔体中的对流：相互相反旋转的晶体（顺时针）和坩埚所产生的强制对流是由离心力和向心力、最终由熔体表面张力梯度所驱动的所生长的晶体的直径越大（坩锅越大），对流就越强烈，会造成熔体中温度波动和晶体局部回熔，从而导致晶体中的杂质分布不均匀等8.生长界面形状（固液界面）：固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合在引晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状9.连续生长技术：为了提高生产率，节约石英坩埚（在晶体生产成本中占相当比例），发展了连续直拉生长技术，主要是重新装料和连续加料两中技术：- 重新加料直拉生长技术：可节约大量时间（生长完毕后的降温、开炉、装炉等），一个坩埚可用多次 连续加料直拉生长技术：除了具有重新装料的优点外，还可保持整个生长过程中熔体的体积恒定，提高基本稳定的生长条件，因而可得到电阻率纵向分布均匀的单晶连续加料直拉生长技术有两种加料法：连续固体送料和连续液体送料法。

10.液体覆盖直拉技术：是对直拉法的一个重大改进，用此法可以制备多种含有挥发性组元的化合物半导体单晶主要原理：用一种惰性液体（覆盖剂）覆盖被拉制材料的熔体，在晶体生长室内充入惰性气体，使其压力大于熔体的分解压力，以抑制熔体中挥发性组元的蒸发损失，这样就可按通常的直拉技术进行单晶生长一直拉法存在问题1 最大生长速度晶体生长最大速度与晶体中的纵向温度梯度、晶体的热导率、晶体密度等有关提高晶体中的温度梯度，可以提高晶体生长速度；但温度梯度太大，将在晶体中产生较大的热应力，会导致位错等晶体缺陷的形成，甚至会使晶体产生裂纹为了降低位错密度，晶体实际生长速度往往低于最大生长速度2 熔体中的对流相互相反旋转的晶体（顺时针） 和坩埚所产生的强制对流是由离心力和向心力、最终由熔体表面张力梯度所驱动的所生长的晶体的直径越大（坩锅越大），对流就越强烈，会造成熔体中温度波动和晶体局部回熔，从而导致晶体中的杂质分布不均匀等实际生产中，晶体的转动速度一般比坩锅快1-3 倍，晶体和坩锅彼此的相互反向运动导致熔体中心区与外围区发生相对运动，有利于在固液界面下方形成一个相对稳定的区域，有利于晶体稳定生长3 生长界面形状（固液界面）固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。

在引晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状4 生长过程中各阶段生长条件的差异4 生长过程中各阶段生长条件的差异直拉法的引晶阶段的熔体高度最高，裸露坩埚壁的高度最小，在晶体生长过程直到收尾阶段，裸露坩埚壁的高度 不断增大，这样造成生长条件不断变化（熔体的对流、热传输、固液界面形状等），即整个晶锭从头到尾经历不同的热历史：头部受热时间最长，尾部最短，这样会造成晶体轴向、径向杂质分布不均匀二悬浮区熔法主要用于提纯和生长硅单晶；其基本原理是：依靠熔体的表面张力，使熔区悬浮于多晶硅棒与下方生长出的单晶之间，通过熔区向上移动而进行提纯和生长单晶特点1.不使用坩埚，单晶生长过程不会被坩埚材料污染2.由于杂质分凝和蒸发效应，可以生长出高电阻率硅单晶三多晶硅浇注法用于制备多晶硅太阳电池所用的硅原片，它是一种定向凝固法，晶体呈现片状生长过程和结构浇注方法1 浇铸法2 直熔法﹙直接熔融定向凝固法﹚直接熔融定向凝固法工艺①硅料准备首先将各种不同的硅料按电阻率分类：然后将硅料按种类、清洗等级归类；再后按各自的清洗工艺分类清洗。

清洗工艺主要分为酸洗和碱洗两类刻蚀、清洗后进行烘干，然后用洁净塑料袋封装，送至装料室②坩埚准备对坩埚进行检验将坩埚放到坩埚旋转台上预热，达到规定温度后开始喷涂喷涂材料 SiN 加水搅拌喷涂过程要避免SiN 脱落和开裂将喷涂好的坩埚放到坩埚烘炉烘烤烘烤完成之后，即可准备装料⑧装料运行将准备好的硅料配好掺杂，装入坩埚，装料过程在洁净室中进行装完料后，将坩埚护板装好，用运转车装入DSS 炉内运行经过加热、熔化、长晶、退火、冷却后出炉，整个过程共约48ho 。