一、單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無(wú)定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來(lái)便結(jié)晶成單晶硅。? ?
? ?單晶硅棒是生產(chǎn)單晶硅片的原材料，隨著國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)對(duì)單晶硅片需求量的快速增加，單晶硅棒的市場(chǎng)需求也呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
? ?單晶硅圓片按其直徑分為6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直徑越大的圓片，所能刻制的集成電路越多，芯片的成本也就越 低。但大尺寸晶片對(duì)材料和技術(shù)的要求也越高。單晶硅按晶體生長(zhǎng)方法的不同，分為直拉法（CZ）、區(qū)熔法（FZ）和外延法。直拉法、區(qū)熔法生長(zhǎng)單晶硅棒材， 外延法生長(zhǎng)單晶硅薄膜。直拉法生長(zhǎng)的單晶硅主要用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽(yáng)能電池。目前晶體直徑可控制在Φ3~8英寸。區(qū)熔法單晶主要 用于高壓大功率可控整流器件領(lǐng)域，廣泛用于大功率輸變電、電力機(jī)車、整流、變頻、機(jī)電一體化、節(jié)能燈、電視機(jī)等系列產(chǎn)品。目前晶體直徑可控制在Φ3~6英 寸。外延片主要用于集成電路領(lǐng)域。
? ?由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）單晶硅材料應(yīng)用最廣。在IC工業(yè)中所用的材料主要是CZ拋光片和外延片。存儲(chǔ)器電路通常使用CZ拋光片，因成本較低。邏輯電路一般使用價(jià)格較高的外延片，因其在IC制造中有更好的適用性并具有消除Latch－up的能力。
? ?單晶硅也稱硅單晶，是電子信息材料中最基礎(chǔ)性材料，屬半導(dǎo)體材料類。單晶硅已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防科技中各個(gè)領(lǐng)域，當(dāng)今全球超過(guò)2000億美元的電子通信半導(dǎo)體市場(chǎng)中95%以上的半導(dǎo)體器件及99%以上的集成電路用硅。
二、 硅片直徑越大，技術(shù)要求越高，越有市場(chǎng)前景，價(jià)值也就越高。
? ? 日本、美國(guó)和德國(guó)是主要的硅材料生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)硅材料工業(yè)與日本同時(shí)起步，但總體而言，生產(chǎn)技術(shù)水平仍然相對(duì)較低，而且大部分為2.5、3、4、5英寸硅錠 和小直徑硅片。中國(guó)消耗的大部分集成電路及其硅片仍然依賴進(jìn)口。但我國(guó)科技人員正迎頭趕上，于1998年成功地制造出了12英寸單晶硅，標(biāo)志著我國(guó)單晶硅 生產(chǎn)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。
? ?目前，全世界單晶硅的產(chǎn)能為1萬(wàn)噸/年，年消耗量約為6000噸～7000噸。未來(lái)幾年中，世界單晶硅材料發(fā)展將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)。

? ?單晶硅產(chǎn)品向300mm過(guò)渡，大直徑化趨勢(shì)明顯：

? ? 隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展，對(duì)硅片的規(guī)格和質(zhì)量也提出更高的要求，適合微細(xì)加工的大直徑硅片在市場(chǎng)中的需求比例將日益加大。目前，硅片主流產(chǎn)品是 200mm，逐漸向300mm過(guò)渡，研制水平達(dá)到400mm～450mm。據(jù)統(tǒng)計(jì)，200mm硅片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其余 占20%左右。根據(jù)最新的《國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)指南（ITRS）》，300mm硅片之后下一代產(chǎn)品的直徑為450mm；450mm硅片是未來(lái)22納米線寬 64G集成電路的襯底材料，將直接影響計(jì)算機(jī)的速度、成本，并決定計(jì)算機(jī)中央處理單元的集成度。
? ? Gartner發(fā)布的對(duì)硅片需求的5年預(yù)測(cè)表明，全球300mm硅片將從2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韓等國(guó)家都已經(jīng)在 1999年開(kāi)始逐步擴(kuò)大300mm硅片產(chǎn)量。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球目前已建、在建和計(jì)劃建的300mm硅器件生產(chǎn)線約有40余條，主要分布在美國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣 等，僅我國(guó)臺(tái)灣就有20多條生產(chǎn)線，其次是日、韓、新及歐洲。
? ? 世界半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(huì)（SEMI）的調(diào)查顯示，2004年和2005年，在所有的硅片生產(chǎn)設(shè)備中，投資在300mm生產(chǎn)線上的比例將分別為55%和 62%，投資額也分別達(dá)到130.3億美元和184.1億美元，發(fā)展十分迅猛。而在1996年時(shí)，這一比重還僅僅是零
??2、硅材料工業(yè)發(fā)展日趨國(guó)際化，集團(tuán)化，生產(chǎn)高度集中：
? ? 研發(fā)及建廠成本的日漸增高，加上現(xiàn)有行銷與品牌的優(yōu)勢(shì)，使得硅材料產(chǎn)業(yè)形成“大者恒大”的局面，少數(shù)集約化的大型集團(tuán)公司壟斷材料市場(chǎng)。上世紀(jì)90年代 末，日本、德國(guó)和韓國(guó)（主要是日、德兩國(guó)）資本控制的8大硅片公司的銷量占世界硅片銷量的90%以上。根據(jù)SEMI提供的2002年世界硅材料生產(chǎn)商的市 場(chǎng)份額顯示，Shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司占市場(chǎng)總額的比重達(dá)到89%，壟斷地位已經(jīng)形成。
? ? 3、硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向：
? ? 隨著光電子和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向。硅基材料是在常規(guī)硅材料上制作的，是常規(guī)硅材料的發(fā)展和延續(xù)，其器件工藝與硅工藝相 容。主要的硅基材料包括SOI（絕緣體上硅）、GeSi和應(yīng)力硅。目前SOI技術(shù)已開(kāi)始在世界上被廣泛使用，SOI材料約占整個(gè)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)的30%左 右，預(yù)計(jì)到2010年將占到50%左右的市場(chǎng)。Soitec公司（世界最大的SOI生產(chǎn)商）的2000年～2010年SOI市場(chǎng)預(yù)測(cè)以及2005年各尺寸 SOI硅片比重預(yù)測(cè)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。
? ?4、硅片制造技術(shù)進(jìn)一步升級(jí)：
? ? 目前世界普遍采用先進(jìn)的切、磨、拋和潔凈封裝工藝，使制片技術(shù)取得明顯進(jìn)展。在日本，Φ200mm硅片已有50%采用線切割機(jī)進(jìn)行切片，不但能提高硅片質(zhì) 量，而且可使切割損失減少10%。日本大型半導(dǎo)體廠家已經(jīng)向300mm硅片轉(zhuǎn)型，并向0.13μm以下的微細(xì)化發(fā)展。另外，最新尖端技術(shù)的導(dǎo)入，SOI等 高功能晶片的試制開(kāi)發(fā)也進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。對(duì)此，硅片生產(chǎn)廠家也增加了對(duì)300mm硅片的設(shè)備投資，針對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則的進(jìn)一步微細(xì)化，還開(kāi)發(fā)了高平坦度硅片和 無(wú)缺陷硅片等，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。
三、硅是地殼中賦存最高的固態(tài)元素，其含量為地殼的四分之一，但在自然界不存在單體硅，多呈氧化物或硅酸鹽狀態(tài)。硅的原子價(jià)主要為4價(jià)，其次為2價(jià)；在常溫下它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于單一的強(qiáng)酸，易溶于堿；在高溫下化學(xué)性質(zhì)活潑，能與許多元素化合。
　 　由于硅的禁帶寬度和電子遷移率適中，硅器件的最高工作溫度能達(dá)250℃，其制作的微波功率器件的工作頻率可以達(dá)到C波段（5GHZ）。在硅的表面能形成 牢固致密的SiO2膜，此膜能充當(dāng)電容的電介質(zhì)、擴(kuò)散的隔離層、器件表面的保護(hù)層，隨著平面工藝與光刻技術(shù)的問(wèn)世而促進(jìn)了硅的超大規(guī)模集成電路的發(fā)展。硅 材料資源豐富，又是無(wú)毒的單質(zhì)半導(dǎo)體材料，較易制作大直徑無(wú)位錯(cuò)低微缺陷單晶。晶體力學(xué)性能優(yōu)越，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體硅材料成為電子材料中的 第一大主體功能材料，并在今后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍將成為半導(dǎo)體的主體材料。
　　多晶硅材料是以工業(yè)硅為原料經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)提純后達(dá)到一定純度的電子材料，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)極為重要的中間產(chǎn)品，是制造硅拋光片、太陽(yáng)能電池及高純硅制品的主要原料，是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的原材料。
　　多晶硅產(chǎn)品分類:
　　多晶硅按純度分類可以分為冶金級(jí)（工業(yè)硅）、太陽(yáng)能級(jí)、電子級(jí)。
　　1、冶金級(jí)硅（MG）：是硅的氧化物在電弧爐中被碳還原而成。一般含Si 為90 - 95% 以上，高達(dá) 99.8% 以上。
　　2、太陽(yáng)級(jí)硅 (SG)：純度介于冶金級(jí)硅與電子級(jí)硅之間，至今未有明確界定。一般認(rèn)為含Si在 99.99 %– 99.9999%（4～6個(gè)9）。
　　3、電子級(jí)硅（EG）：一般要求含Si > 99.9999 %以上，超高純達(dá)到99.9999999%～99.999999999%（9～11個(gè)9）。其導(dǎo)電性介于 10-4 – 1010 歐厘米。
　　多晶硅應(yīng)用領(lǐng)域：
　　多晶硅是半導(dǎo)體工業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)、太陽(yáng)能光伏電池產(chǎn)業(yè)的最主要、最基礎(chǔ)的功能性材料。主要用做半導(dǎo)體的原料，是制做單晶硅的主要原料，可作各種晶體管、整流二極管、可控硅、太陽(yáng)能電池、集成電路、電子計(jì)算機(jī)芯片以及紅外探測(cè)器等。
? ?多晶硅是制備單晶硅的唯一原料和生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的原料。隨著近幾年我國(guó)單晶硅產(chǎn)量以年均26%的速度增長(zhǎng)，多晶硅的需求量與日俱增，目前供應(yīng)日趨緊張。我 國(guó)2000年產(chǎn)單晶硅459噸，2003年增加到1191噸，預(yù)計(jì)2005年產(chǎn)量將達(dá)1700噸，消耗多晶硅2720噸。從單晶硅產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，太陽(yáng)電池用 單晶硅產(chǎn)量增長(zhǎng)最快，2000年產(chǎn)量207噸，2003年為696噸。預(yù)計(jì)2005年將達(dá)到1000噸，約需多晶硅1590噸，而國(guó)內(nèi)2004年僅生產(chǎn)多 晶硅57.7噸，絕大部分需要進(jìn)口。
　　我國(guó)主要的太陽(yáng)能電池廠有5~6家，最大的無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司2004年產(chǎn)量約為50MW，2005年計(jì)劃生產(chǎn)100MW，如果完成計(jì)劃，則約需多晶硅1300噸以上。僅此一家企業(yè)，就要2家千噸級(jí)多晶硅廠為其供貨，才能滿足生產(chǎn)需要。
　　從國(guó)際市場(chǎng)看，國(guó)際市場(chǎng)多晶硅需求量在以每年10－12%的速度增長(zhǎng)，按此增長(zhǎng)速度預(yù)測(cè)，2005年全球多晶硅需求量將達(dá)27000噸，2010年將達(dá)60000噸，缺口很大。亞太地區(qū)特別是日本、臺(tái)灣、新加坡、韓國(guó)等地，都是多晶硅的主要需求地。
　　多晶硅生產(chǎn)技術(shù)：
　　多晶硅生產(chǎn)技術(shù)主要有：改良西門(mén)子法、硅烷法和流化床法。正在研發(fā)的還有冶金法、氣液沉積法、重?fù)焦鑿U料法等制造低成本多晶硅的新工藝。
　　世界上85％的多晶硅是采用改良西門(mén)子法生產(chǎn)的，其余方法生產(chǎn)的多晶硅僅占15％。以下僅介紹改良西門(mén)子法生產(chǎn)工藝。
　 　西門(mén)子法（三氯氫硅還原法）是以HCl（或Cl2、H2）和冶金級(jí)工業(yè)硅為原料，將粗硅（工業(yè)硅）粉與HCl在高溫下合成為SiHCl3，然后對(duì) SiHCl3進(jìn)行化學(xué)精制提純，接著對(duì)SiHCL3進(jìn)行多級(jí)精餾，使其純度達(dá)到9個(gè)9以上，其中金屬雜質(zhì)總含量應(yīng)降到0.1ppba以下，最后在還原爐中 在1050℃的硅芯上用超高純的氫氣對(duì)SiHCL3進(jìn)行還原而長(zhǎng)成高純多晶硅棒。
　　多晶硅副產(chǎn)品：
　　多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中將有大量的廢 水、廢液排出，如：生產(chǎn)1000噸多晶硅將有三氯氫硅3500噸、四氯化硅4500噸廢液產(chǎn)生，未經(jīng)處理回收的三氯氫硅和四氯化硅是一種有毒有害液體。對(duì) 多晶硅副產(chǎn)物三氯氫硅、四氯化硅經(jīng)過(guò)多級(jí)精餾提純等化學(xué)處理，可生成白炭黑、氯化鈣以及用于光纖預(yù)制棒的高純（6N）四氯化硅。
四、硅錠的拉制 ，目前主要有以下幾種方法：
??*直拉法
??即切克老斯基法（Czochralski: Cz), 直拉法是用的最多的一種晶體生長(zhǎng)技術(shù)。直拉法基本原理和基本過(guò)程如下：
??1.引晶：通過(guò)電阻加熱，將裝在石英坩堝中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔點(diǎn)的溫度，將籽晶浸入熔體，然后以一定速度向上提拉籽晶并同時(shí)旋轉(zhuǎn)引出晶體；
??2.縮頸：生長(zhǎng)一定長(zhǎng)度的縮小的細(xì)長(zhǎng)頸的晶體，以防止籽晶中的位錯(cuò)延伸到晶體中；
放肩：將晶體控制到所需直徑；
??3.等徑生長(zhǎng)：根據(jù)熔體和單晶爐情況，控制晶體等徑生長(zhǎng)到所需長(zhǎng)度；
??4.收尾：直徑逐漸縮小，離開(kāi)熔體；
??5.降溫：降級(jí)溫度，取出晶體，待后續(xù)加工
??6.最大生長(zhǎng)速度：晶體生長(zhǎng)最大速度與晶體中的縱向溫度梯度、晶體的熱導(dǎo)率、晶體密度等有關(guān)。 提高晶體中的溫度梯度，可以提高晶體生長(zhǎng)速度；但溫度梯度太大，將在晶體中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)等晶體缺陷的形成，甚至?xí)咕w產(chǎn)生裂紋。為了降 低位錯(cuò)密度，晶體實(shí)際生長(zhǎng)速度往往低于最大生長(zhǎng)速度。
??7.熔體中的對(duì)流：相互相反旋轉(zhuǎn)的晶體（順時(shí)針）和坩堝所產(chǎn)生的強(qiáng)制對(duì)流是由離心力和向心力、最終由熔體表面張力梯度所驅(qū)動(dòng)的。所生長(zhǎng)的晶體的直徑越大（坩鍋越大），對(duì)流就越強(qiáng)烈，會(huì)造成熔體中溫度波動(dòng)和晶體局部回熔，從而導(dǎo)致晶體中的雜質(zhì)分布不均勻等。
? ? 實(shí)際生產(chǎn)中，晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度一般比坩鍋快1-3倍，晶體和坩鍋彼此的相互反向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致熔體中心區(qū)與外圍區(qū)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有利于在固液界面下方形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，有利于晶體穩(wěn)定生長(zhǎng)。
??8.生長(zhǎng)界面形狀（固液界面）：固液界面形狀對(duì)單晶均勻性、完整性有重要影響，正常情況下，固液界面的宏觀形狀應(yīng)該與熱場(chǎng)所確定的熔體等溫面相吻合。在引 晶、放肩階段，固液界面凸向熔體，單晶等徑生長(zhǎng)后，界面先變平后再凹向熔體。通過(guò)調(diào)整拉晶速度，晶體轉(zhuǎn)動(dòng)和坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)速度就可以調(diào)整固液界面形狀。
??9.連續(xù)生長(zhǎng)技術(shù)：為了提高生產(chǎn)率，節(jié)約石英坩堝（在晶體生產(chǎn)成本中占相當(dāng)比例），發(fā)展了連續(xù)直拉生長(zhǎng)技術(shù)，主要是重新裝料和連續(xù)加料兩中技術(shù)：
??- 重新加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)：可節(jié)約大量時(shí)間（生長(zhǎng)完畢后的降溫、開(kāi)爐、裝爐等），一個(gè)坩堝可用多次。
??- 連續(xù)加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)：除了具有重新裝料的優(yōu)點(diǎn)外，還可保持整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中熔體的體積恒定，提高基本穩(wěn)定的生長(zhǎng)條件，因而可得到電阻率縱向分布均勻的單晶。連續(xù)加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)有兩種加料法：連續(xù)固體送料和連續(xù)液體送料法。
??10.液體覆蓋直拉技術(shù)：是對(duì)直拉法的一個(gè)重大改進(jìn)，用此法可以制備多種含有揮發(fā)性組元的化合物半導(dǎo)體單晶。主要原理：用一種惰性液體（覆蓋劑）覆蓋被拉 制材料的熔體，在晶體生長(zhǎng)室內(nèi)充入惰性氣體，使其壓力大于熔體的分解壓力，以抑制熔體中揮發(fā)性組元的蒸發(fā)損失，這樣就可按通常的直拉技術(shù)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)。
? ? *懸浮區(qū)熔法：
??主要用于提純和生長(zhǎng)硅單晶；其基本原理是：依靠熔體的表面張力，使熔區(qū)懸浮于多晶硅棒與下方生長(zhǎng)出的單晶之間，通過(guò)熔區(qū)向上移動(dòng)而進(jìn)行提純和生長(zhǎng)單晶。具有如下特點(diǎn)：
??1.不使用坩堝，單晶生長(zhǎng)過(guò)程不會(huì)被坩堝材料污染
??2.由于雜質(zhì)分凝和蒸發(fā)效應(yīng)，可以生長(zhǎng)出高電阻率硅單晶
? ? *多晶硅澆注法
? ? 用于制備多晶硅太陽(yáng)電池所用的硅原片，它是一種定向凝固法，晶體呈現(xiàn)片狀生長(zhǎng)過(guò)程和結(jié)構(gòu)。
五、直拉法 ：? ?直拉法即切克老斯基法（Czochralski: Cz), 直拉法是半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)用的最多的一種晶體生長(zhǎng)技術(shù)。
直拉法單晶硅工藝過(guò)程
－引晶：通過(guò)電阻加熱，將裝在石英坩堝中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔點(diǎn)的溫度，將籽晶浸入熔體，然后以一定速度向上提拉籽晶并同時(shí)旋轉(zhuǎn)引出晶體；
－縮頸：生長(zhǎng)一定長(zhǎng)度的縮小的細(xì)長(zhǎng)頸的晶體，以防止籽晶中的位錯(cuò)延伸到晶體中；
－放肩：將晶體控制到所需直徑；
－等徑生長(zhǎng)：根據(jù)熔體和單晶爐情況，控制晶體等徑生長(zhǎng)到所需長(zhǎng)度；??
－收尾：直徑逐漸縮小，離開(kāi)熔體；??
－降溫：降底溫度，取出晶體，待后續(xù)加工??

直拉法－幾個(gè)基本問(wèn)題??
? ? 最大生長(zhǎng)速度
? ?晶體生長(zhǎng)最大速度與晶體中的縱向溫度梯度、晶體的熱導(dǎo)率、晶體密度等有關(guān)。 提高晶體中的溫度梯度，可以提高晶體生長(zhǎng)速度；但溫度梯度太大，將在晶體中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)等晶體缺陷的形成，甚至?xí)咕w產(chǎn)生裂紋。為了降 低位錯(cuò)密度，晶體實(shí)際生長(zhǎng)速度往往低于最大生長(zhǎng)速度。
? ? 熔體中的對(duì)流
? ?相互相反旋轉(zhuǎn)的晶體（順時(shí)針）和坩堝所產(chǎn)生的強(qiáng)制對(duì)流是由離心力和向心力、最終由熔體表面張力梯度所驅(qū)動(dòng)的。所生長(zhǎng)的晶體的直徑越大（坩鍋越大），對(duì)流就 越強(qiáng)烈，會(huì)造成熔體中溫度波動(dòng)和晶體局部回熔，從而導(dǎo)致晶體中的雜質(zhì)分布不均勻等。實(shí)際生產(chǎn)中，晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度一般比坩鍋快1-3倍，晶體和坩鍋彼此的相 互反向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致熔體中心區(qū)與外圍區(qū)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有利于在固液界面下方形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，有利于晶體穩(wěn)定生長(zhǎng)。
? ?生長(zhǎng)界面形狀（固液界面）??
? ?固液界面形狀對(duì)單晶均勻性、完整性有重要影響，正常情況下，固液界面的宏觀形狀應(yīng)該與熱場(chǎng)所確定的熔體等溫面相吻合。在引晶、放肩階段，固液界面凸向熔 體，單晶等徑生長(zhǎng)后，界面先變平后再凹向熔體。通過(guò)調(diào)整拉晶速度，晶體轉(zhuǎn)動(dòng)和坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)速度就可以調(diào)整固液界面形狀。??
? ?生長(zhǎng)過(guò)程中各階段生長(zhǎng)條件的差異??
??直拉法的引晶階段的熔體高度最高，裸露坩堝壁的高度最小，在晶體生長(zhǎng)過(guò)程直到收尾階段，裸露坩堝壁的高度不斷增大，這樣造成生長(zhǎng)條件不斷變化（熔體的對(duì) 流、熱傳輸、固液界面形狀等），即整個(gè)晶錠從頭到尾經(jīng)歷不同的熱歷史：頭部受熱時(shí)間最長(zhǎng)，尾部最短，這樣會(huì)造成晶體軸向、徑向雜質(zhì)分布不均勻。
直拉法－技術(shù)改進(jìn) ：
一，磁控直拉技術(shù)
1，在直拉法中，氧含量及其分布是非常重要而又難于控制的參數(shù)，主要是熔體中的熱對(duì)流加劇了熔融硅與石英坩鍋的作用，即坩鍋中的O2, 、B、 Al等雜質(zhì)易于進(jìn)入熔體和晶體。熱對(duì)流還會(huì)引起熔體中的溫度波動(dòng)，導(dǎo)致晶體中形成雜質(zhì)條紋和旋渦缺陷。
2，半導(dǎo)體熔體都是良導(dǎo)體，對(duì)熔體施加磁場(chǎng)，熔體會(huì)受到與其運(yùn)動(dòng)方向相反的洛倫茲力作用，可以阻礙熔體中的對(duì)流，這相當(dāng)于增大了熔體中的粘滯性。在生產(chǎn)中通常采用水平磁場(chǎng)、垂直磁場(chǎng)等技術(shù)。
3，磁控直拉技術(shù)與直拉法相比所具有的優(yōu)點(diǎn)在于：
? ???減少了熔體中的溫度波度。一般直拉法中固液界面附近熔體中的溫度波動(dòng)達(dá)10 C以上，而施加0.2 T的磁場(chǎng)，其溫度波動(dòng)小于1 ℃。 這樣可明顯提高晶體中雜質(zhì)分布的均勻性，晶體的徑向電阻分布均勻性也可以得到提高；降低了單晶中的缺陷密度；? ?? ?減少了雜質(zhì)的進(jìn)入，提高了晶體的純度。這是由于在磁場(chǎng)作用下，熔融硅與坩鍋的作用減弱，使坩鍋中的雜質(zhì)較少進(jìn)入熔體和晶體。將磁場(chǎng)強(qiáng)度與晶體轉(zhuǎn)動(dòng)、坩鍋轉(zhuǎn) 動(dòng)等工藝參數(shù)結(jié)合起來(lái)，可有效控制晶體中氧濃度的變化；由于磁粘滯性，使擴(kuò)散層厚度增大，可提高雜質(zhì)縱向分布均勻性； 有利于提高生產(chǎn)率。采用磁控直拉技 術(shù)，如用水平磁場(chǎng)，當(dāng)生長(zhǎng)速度為一般直拉法兩倍時(shí)，仍可得到質(zhì)量較高的晶體。
4，磁控直拉技術(shù)主要用于制造電荷耦合（CCD）器件和一些功率器件的硅單晶。也可用于GaAs、GaSb等化合物半導(dǎo)體單晶的生長(zhǎng)。
? ?連續(xù)生長(zhǎng)技術(shù)
? ?為了提高生產(chǎn)率，節(jié)約石英坩堝（在晶體生產(chǎn)成本中占相當(dāng)比例），發(fā)展了連續(xù)直拉生長(zhǎng)技術(shù)，主要是重新裝料和連續(xù)加料兩中技術(shù)：
1，重新加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)：可節(jié)約大量時(shí)間（生長(zhǎng)完畢后的降溫、開(kāi)爐、裝爐等），一個(gè)坩堝可用多次。
2，連續(xù)加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)：除了具有重新裝料的優(yōu)點(diǎn)外，還可保持整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中熔體的體積恒定，提高基本穩(wěn)定的生長(zhǎng)條件，因而可得到電阻率縱向分布均勻的單晶。連續(xù)加料直拉生長(zhǎng)技術(shù)有兩種加料法：連續(xù)固體送料和連續(xù)液體送料法。
??液體覆蓋直拉技術(shù) ：是對(duì)直拉法的一個(gè)重大改進(jìn)，用此法可以制備多種含有揮發(fā)性組元的化合物半導(dǎo)體單晶。??
??主要原理：用一種惰性液體（覆蓋劑）覆蓋被拉制材料的熔體，在晶體生長(zhǎng)室內(nèi)充入惰性氣體，使其壓力大于熔體的分解壓力，以抑制熔體中揮發(fā)性組元的蒸發(fā)損失，這樣就可按通常的直拉技術(shù)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)。
對(duì)惰性液體（覆蓋劑）的要求：- 密度小于所拉制的材料，既能浮在熔體表面之上；對(duì)熔體和坩堝在化學(xué)上必須是惰性的，也不能與熔體混合，但要能浸云晶體和坩堝；熔點(diǎn)要低于被拉制的材料且蒸氣壓很低；- 有較高的純度，熔融狀態(tài)下透明。
廣泛使用的覆蓋劑為B2O3: 密度1.8 g/cm3，軟化溫度450C，在1300 C時(shí)蒸氣壓僅為13 Pa， 透明性好，粘滯性也好。此種技術(shù)可用于生長(zhǎng)GaAs、InP、 GaP、 GaSb和InAs等單晶。
? ?懸浮區(qū)熔法 ：主要用于提純和生長(zhǎng)硅單晶；
? ?基本原理：依靠熔體的表面張力，使熔區(qū)懸浮于多晶硅棒與下方生長(zhǎng)出的單晶之間，通過(guò)熔區(qū)向上移動(dòng)而進(jìn)行提純和生長(zhǎng)單晶。不使用坩堝，單晶生長(zhǎng)過(guò)程不會(huì)被坩堝材料污染，由于雜質(zhì)分凝和蒸發(fā)效應(yīng)，可以生長(zhǎng)出高電阻率硅單晶。

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