1、直拉单晶硅生长和工艺研究 摘 要：在信息化时代的今天，信息工业的坚强后盾就是高速发展的电子工业，而半导体硅材料又为电子工业提供了坚实的技术和物质基础。电子工业的逐步提高对硅材料质量和数量的要求，促使硅材料工业为满足这种需求而快速发展。 20 世纪中叶晶体管、集成电路（ IC）、半导体激光器的问世，导致了电子技术、光电子技术的革命，产生了半导体微电子学和半导体光电子学，使得计算机、通讯技术等发生了根本改变，有力地推动了当代信息（ IT）产业的发展。这些重大变革都是以半导体硅材料的技术突破为基础。目前，单晶硅电池效率已达 24.7%，多晶 硅电池效率突破 19.8%。 关键词：半导体硅材料；单晶硅
2、生长和工艺；研究 一、直拉单晶硅生长工艺 晶体的生长。从溶液中生长晶体的历史悠久，应用也很广泛。这种方法的基本原理是将原料（溶质）溶解在溶剂中，采取适当的措施造成溶液的过饱和状态，使晶体在其中生长。溶液法具有以下优点： （ 1）晶体可在远低于其熔点的温度下生长；（ 2）降低粘度。有些晶体在熔化状态时粘度很大，冷却时不能形成晶体而成为玻璃体，溶液法采用低粘度的溶剂则可避免这一问题；（ 3）容易长成大块的、均匀性良好的晶体 ，并且有较完整的外形；（ 4）在多数情况下，可直接观察晶体生长过程，便于对晶体生长动力学的研究。 从溶液中生长晶体时，最重要的问题是溶解度，它是众多的生长参数中最基本的数据。溶
3、解度可以用在一定条件（温度、压力等）下饱和溶液的浓度来表示，与溶质固相处于平衡状态的溶液则称为该溶质的饱和溶液。但实际上，溶液所包含的溶质的量比在同一条件下、饱和溶液中所含的溶质的量要多，这样的溶液称为过饱和溶液。溶液都有不同程度的过饱和现象。对于某一特定的溶剂，人们测出它的溶解度与温度之间的关系，并将它们的关系绘制成曲线，得 到溶解度曲线，对于从溶液中培养晶体，溶解度曲线的测定是非常重要的。它是选择生长方法和生长温度的重要依据。溶解度温度系数指在一定压力下物质在溶剂中溶解的变化量（ W）与温度变化量（ T）之比， K=W/T。了解从溶液中结晶的规律之后，人们设计了各种从溶液中培养晶体的方法。
4、 焰熔法是利用可燃气体燃烧产生高温，粉状原料随气体进入生长炉，在下落过程中被火焰所熔融，熔物落在结晶杆上（可装上籽晶）逐渐长成晶体。焰熔法是工业上大规模生产红宝石的主要方法，其工艺过程主要包括原料提纯、粉料制备和晶体生长三个过程。 发生开裂，要避免大角度晶界的产生，应创造良好的引晶条件和选用优质籽晶。用这种方法生长晶体，形状由导模顶端形状决定，因此，只要改变导模的形状，就可以得到所需要的异形晶体，要生长出各种形状的晶体，关键之一就是导模的设计。 垂直区熔法也称悬浮区熔法。悬浮区熔法不需要坩埚，是一种无坩埚生长法。它的优点是可以避免坩埚的影响，并起提纯作用；它的缺点是位错密度较高。 二、磁场对直
5、拉单晶的质量影响 磁场对直拉单晶的影响研究现状。使用磁场拉制硅单晶的方法是在常规的 CZ 法工艺中附加一个稳定的磁 场，称之为 MCZ 法。磁场用于抑制晶体生长中的流动以减少条纹的方法是在二十世纪六十年代提出的，然而这一发现却未能引起人们的重视。七十年代末，人们发现磁场对硅单晶生长中氧浓度影响很大。 由于熔硅有大的电导率，磁场能控制熔体运动，因此发展了一种加磁场的直拉法，即 MCZ 法。它的主要优点是：（ 1）能做到杂质的微观控制，特别是实现氧的可控性；（ 2）降低了熔体的坩埚污染，提高了纯度；（ 3）增加了边界层厚度，因而增加了杂质的有效分凝系数，改善杂质分布的宏观和微观均匀性。因此 MCZ
6、 法能生产大直径的单晶硅，其氧含量低 且可控。 Suzuki 等最先提出了横向磁场下的单晶硅生长。他们利用传统加热器，在 400mT 磁场下生长出无位错单晶体，熔体中温度振荡从 2 降到小于0.2 ，氧的浓度有所降低。 Hoshi 等研究较大坩埚中晶体生长，发现横向磁场可以减少晶体中氧含量、且分布很均匀。 Hoshi 和 Suzuki 试验表明，当横向磁场为 0.15T 时就足以抑制住装在直径 25cm 坩埚中的熔体对流，而且磁场强度与埚转、晶转之间的平衡对杂质的分配有明显的影响。 Thomas等人研究认为，在横向磁场（ TMCZ）中，磁场强度增加时，晶体中的氧浓度单调下降；氧含量与晶转的关系不大，但它可由坩埚转速来控制。在 0.15T条件下，随坩埚转速增加，氧浓度从很低值到中等值范围内很快增加。在TMCZ 中，由于和磁场线平行的径向流是允许的，可防止出现较高的径向温度梯度。 三、结论与展望 结论。通过前人的探索和验证，得到的了一系列完整的单晶硅生长方法。从上边的对比中可以得出：在现在的直拉单晶硅生长理论探索和工艺研究中，磁场直拉法（ MCZ）的理论探索和工艺研究已经远远的走在了其他的生长方法前列。 参考文献： 徐岳生 .直拉硅单晶生长 的现状与发展 J.河北工业大学学报 .2004 张果虎，吴志强，方峰 300硅单晶的生长技术 J.半导体学报， 2001
