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您好,您有硅 单晶炉的相关资料吗? 关于其设备,材料,方法什么的,谢谢。

来源:www.ahlulin.com   时间:2023-03-13 16:59   点击:298  编辑:范家   手机版

一、您好,您有硅 单晶炉的相关资料吗? 关于其设备,材料,方法什么的,谢谢。

单晶硅生长炉是通过直拉法制备单晶硅的制造设备。

原理简介

首先,把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚,通过石墨加热器产生的高温将其熔化;然后,对熔化的硅液稍做降温,使之产生一定的过冷度,再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体(称作籽晶)插入熔体表面,待籽晶与熔体熔和后,慢慢向上拉籽晶,晶体便会在籽晶下端生长;接着,控制籽晶生长出一段长为100mm 左右、直径为3~5mm的细颈,用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错,这个过程就是引晶;随后,放大晶体直径到工艺要求的大小,一般为75~300mm,这个过程称为放肩;接着,突然提高拉速进行转肩操作,使肩部近似直角;然后,进入等径工艺,通过控制热场温度和晶体提升速度,生长出一定直径规格大小的单晶柱体;最后,待大部分硅溶液都已经完成结晶时,再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体,称为收尾工艺;这样一个单晶拉制过程就基本完成,进行一定的保温冷却后就可以取出。

直拉法,也叫切克劳斯基(J.Czochralski)方法。此法早在1917年由切克劳斯基建立的一种晶体生长方法,用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单,容易实现自动控制,生产效率高,易于制备大直径单晶,容易控制单晶中杂质浓度,可以制备低电阻率单晶。据统计,世界上硅单晶的产量中70%~80%是用直拉法生产的。

目前国内外晶体生长设备的现状如下:

美国KAYEX公司

国外以美国KAYEX 公司为代表,生产全自动硅单晶体生长炉。KAYEX公司是目前世界上最大,最先进的硅单晶体生长炉制造商之一。KAYEX的产品早在80年代初就进入中国市场,已成为中国半导体行业使用最多的品牌。该公司生长的硅晶体生长炉从抽真空-检漏-熔料-引晶-放肩-等径-收尾到关机的全过程由计算机实行全自动控制。晶体产品的完整性与均匀性好,直径偏差在单晶全长内仅±1mm。主要产品有CG3000、CG6000、KAYEX100PV、 KAYEX120PV、KEYEX150,Vision300型,投料量分别为30kg、60kg、100kg、120kg、150kg、300kg。

德国CGS GmbH公司

德国Crystal Growing Systems (CGS) GmbH公司成立于1999年8月,其前身为德国莱宝公司晶体生长部。目前其产品已经覆盖生产6”到16”单晶硅棒的设备,设备主要有EKZ2700、 EKZ 3500/200、EKZ 3000/300,EKZ 3000/400型,投料量分别为60kg、150kg、300kg,400kg。

中国西安理工大学研究所

国内以西安理工大学的晶体生长设备研究所为代表,自61年起开始生产晶体生长设备。主要产品有TDR-62B、TDR-70B、TDR-80。上虞晶盛机电工程有限公司是国内单晶硅生长炉行业的后起之秀,自主研发了真正的全自动控制系统,产品迅速占领了IC级硅材料行业和高端太阳能行业,主要产品有TDR80A-ZJS、 TDR80B-ZJS、TDR80C-ZJS、TDR85A-ZJS、TDR95A-ZJS、TDR112A-ZJS。

晶体炉特点

HD系列硅单晶炉的炉室采用3节设计。上筒和上盖可以上升并向两边转动,便于装料和维护等。炉筒升降支撑采用双立柱设计,提高稳定性。支撑柱安装在炉体支撑平台的上面,便于平台下面设备的维护。炉筒升降采用丝杠提升技术,简便干净。

全自动控制系统采用模块化设计,维护方便,可靠性高,抗干扰性好。双摄像头实时采集晶体直径信息。液面测温确保下籽晶温度和可重复性。炉内温度或加热功率控制方式可选,保证控温精度。质量流量计精确控制氩气流量。高精度真空计结合电动蝶阀实时控制炉内真空度。上称重传感器用于晶棒直径的辅助控制。伺服电机和步进电机的混合使用,即可满足转动所需的扭矩,又可实现转速的精确控制。质量流量计精确控制氩气流量。

自主产权的控制软件采用视窗平台,操作方便简洁直观。多种曲线和数据交叉分析工具提供了工艺实时监控的平台。完整的工艺设定界面使计算机可以自动完成几乎所有的工艺过程。

加热电源采用绿色纵向12脉冲直流电源。比传统直流电源节能近15%。

特殊的温场设计使晶体提拉速度提高20-30%。

高温单晶炉的温度,高精度、稳定、测温重复性2K,响应时间≤10ms。

二、停电对单晶硅生长炉会造成那些损害,还能继续用吗?经济损失有多大?

因为单晶炉在生产过程中是使用循环水冷却的,所以停电后要保证循环水泵备用电源紧急启动。如果循环水泵能启动,对单晶炉不会造成损害(不包括加热关闭急冷造成的漏硅)。单对单晶炉也就没多少损失。如循环水泵不能紧急启动,由于单晶生长过程中的高温,会使炉底、炉筒尤其是电极报废,严重还会造成其它事故。

三、制作单晶硅的方法

(1)

硅的主要来源是石英砂(二氧化硅),硅元素和氧元素通过共价键连接在一起。因此需要将氧元素从二氧化硅中分离出来,换句话说就是要将硅还原出来,采用的方法是将二氧化硅和碳元素(可以用煤、焦炭和木屑等)一起在电弧炉中加热至2100°C左右,这时碳就会将硅还原出来。化学反应方程式为:SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)(吸热)

(2)

上一步骤中得到的硅中仍有大约2%的杂质,称为冶金级硅,其纯度与半导体工业要求的相差甚远,因此还需要进一步提纯。方法则是在流化床反应器中混合冶金级硅和气体,最后得到沸点仅有31°C的三氯化硅。化学反应方程式为:Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)(放热)

(3)

随后将三氯化硅和氢气的混合物蒸馏后再和加热到1100°C的硅棒一起通过气相沉积反应炉中,从而除去氢气,同时析出固态的硅,击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为99.9999999%的硅,换句话说,也就是平均十亿个硅原子中才有一个杂质原子。

(4)

进行到目前为止,半导体硅晶体对于芯片制造来说还是太小,因此需要把块状多晶硅放入坩埚内加热到1440°C以再次熔化 。为了防止硅在高温下被氧化,坩埚会被抽成真空并注入惰性气体氩气。之后用纯度99.7%的钨丝悬挂硅晶种探入熔融硅中,晶体成长时,以2~20转/分钟的转速及3~10毫米/分钟的速率缓慢从熔液中拉出:探入晶体“种子” 长出了所谓的“肩部” 长出了所谓的“身体” 这样一段时间之后就会得到一根纯度极高的硅晶棒,理论上最大直径可达45厘米,最大长度为3米。

以上所简述的硅晶棒制造方法被称为切克劳斯法(Czochralski process,也称为柴氏长晶法),此种方法因成本较低而被广泛采用,除此之外,还有V-布里奇曼法(Vertikalern Bridgman process)和浮动区法(floating zone process)都可以用来制造单晶硅。

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