从多晶硅棒到单晶硅棒在线视频

那么这一节

我们就讲从多晶硅到单晶硅棒

那么它是怎么从多晶硅

变成单晶硅棒的

这里边我们讲多晶硅的析出与生长

直拉法 区熔法

抛光片 外延片 SOI等等这些

绝缘体上生长硅

这些常用的

我们该 上边讲的

改性西门子法当中的重要的反应

多晶硅的析出与生长嘛

就是什么

三氯氢硅加上氢气

在一定温度下沉积出硅

和放出氯化氢气体

这是最关键的

或者的话

三氯氢硅直接分解

在一定温度下

长成硅 长成四氯化硅

放出氢气去

上边是放出氯化氢去

注意这是典型的

改性西门子法当中

最关键一步当中的

那个化学气相沉积

生产多晶硅的那个示意图

一个中罩

里边的话

就是硅心棒

里边要加热 注意要加热

充电加热

往里进去就是什么

氢气和三氯氢硅

出来的是什么

是氢气 三氯氢硅

四氯化硅 氯化氢

一进一出中间的话加热

在一定的温度下

大概1200度 1100度 1200度左右

那么三氯氢硅被氢气还原

就长出硅来

这个硅一定沉着在温度比较高的

硅心棒上

那么下边就是说直拉法

拉单晶的过程

拉单晶的过程你看

这是单晶硅炉

注意单晶硅炉是很贵的

几百万人民币是很贵的

注意这里边的话

有石英坩埚

石英坩埚两边有加热器

靠什么加热

靠石墨加热

靠石墨加热

那么注意中间中心的话

是个石英坩埚

石英坩埚的话

外边是什么

外边是加热器用石墨加热的

把多晶硅放在里边

加热到一定温度 抽真空

然后把籽晶放进去

籽晶像种子一样

是个单晶

放到多晶硅里边去

多晶硅是液体嘛往上提拉

提拉过程当中旋转

要控制里边的话真空度

要控制提拉速度旋转速度等等

往上拉

拉出来以后就是单晶

紫晶

紫晶往上拉拉拉

生长过程当中

就拉出单晶来

拉出单晶

拉出单晶来以后

这是直拉法

还有一种叫做区熔法

区熔法 看看下边图

这边是个 直拉法

第二个图是区熔法

区熔法是个什么意思的话

把一个单晶硅棒

重新用区熔法给它提纯

就是拿着一个线圈

然后的话上下 上下走

走一次提纯一次

再走一次再提纯一次

再走一次再提纯一次

无论是直拉法出来的单晶棒

还是区熔法出来的单晶棒

注意它的两头纯度是比较低的

表面的话

纯度也是比较低的

那么我们用的时候

一定要掐头去尾剥皮取中段

取中段以后的话

再给它的切割成

一个一个的硅圆片

你们看照片

是单晶硅棒的照片

从左至右分别是12英寸的

8英寸的 6英寸的

直拉法

还有6英寸的是区熔法

前三个是直拉法

这个是区熔法

半导体集成电路里边

用的十一个九的单晶硅

主要用的是区熔法

因为区熔法的质量

或者是什么纯度更高

低水平的集成电路

或者是功率器件

或者是其他器件所用的话

是直拉法

太阳电池所用的单晶硅

用的是直拉法的

好 这一张图是直拉法

拉制硅单晶设备的示意图

注意从多晶硅到单晶硅

直拉法制作单晶

这种设备是最关键的设备

从图上我们看

从材料的角度

拉单晶的设备

主要是大家伙看有一个石英坩埚

这是个石英坩埚

石英坩埚外边是一个石墨坩埚

石墨坩埚外边的话

是一个电加热的一个石墨加热器

石墨加热器

我们知道拉单晶的过程当中

就是把那个改良西门子法

生产的多晶硅

要从多晶硅棒上刮下来

放在石英坩埚

粉碎以后放在石英坩埚里边

进行加热

那么把籽晶

注意硅单晶的籽晶

要深入到熔化的

硅里头

然后逐渐的往上提拉

提拉的过程当中

要控制温度 控制旋转速度

控制提拉速度

提出来的就是单晶硅

注意籽晶

所谓籽晶就是个种子

就是个种子

种子的话

它当然是个单晶的了

单晶的种子

要站在熔炉的硅里边

根据种子的晶面晶向

就长出来的

这就是个单晶棒

长出来这就是个单晶棒

注意这里边的材料问题

最关键最关键的

注意用石英坩埚

那么同学们可能问

拉制单晶

为什么要用石英坩埚

我们知道单晶硅

我们要求单晶硅

电子级的单晶硅是十一个九的

十一个九

99.99999就是十一个九

那么纯度是要求非常高的

纯度要求非常高

你如果用别的坩埚

它可能对单晶硅

得出的单晶硅的话

有污染

因此必须用石英

我们知道石英是什么

是二氧化硅

拉制单晶是硅

那么它不可能对

如果石英坩埚

纯度足够高的话

对单晶体造成的污染

是很小的是很小的

注意石英坩埚啊

我说它是个关键材料

在拉单晶的过程当中

为什么它是关键材料

注意我们知道

单晶硅它的熔点是1412度

注意是1412度

那么要使它熔化的话

肯定要比1412度要高

高多少度

高100度 高200度

我们石英它的软化点

跟石英的纯度有直接的关系

那么一般的它的软化点

在1500 1600度左右

高一点的话

到1600

高于1600度

我们知道1500 1600

跟1412度只有多少

只有很小的一个温差

如果在拉单晶的过程当中

如果石英坩埚的软化点

不足够高的话

那没拉完一个单晶

石英坩埚就瘫了就软了

那么结果造成是什么

整个的这一大坩埚的料

都可能什么

都可能报废

除了报废以外的话

如果石英坩埚

它的软化点不够高的话

还可能什么

造成流晶

造成什么

造成整个的泄漏

整个的泄漏

一泄漏以后

把单晶炉整个的就污染了

我们知道硅单晶炉

它是非常昂贵的一个设备

非常昂贵的设备

几百万

如果不光坩埚如果坏了

瘫了软了漏了

晶体留下来

不光是几百公斤的

单晶硅液体也要报废

最重要的是把

整个的单晶炉就会报废

单晶炉就会报废

所以这是个很大的生产事故

那么为了解决

它的高软化点的问题

必须的把二氧化硅

石英坩埚的纯度要做的很高

开始我们解决不了

那后来的话经过全国上下

业界的共同努力

现在石英坩埚问题

我们已经解决了

怎么解决

就是增加它的纯度

减少它的杂质含量

哪些杂质

最主要的杂质是一价的

那钾钠呀 羟基呀

因为我们知道石英它是

它石英

它是个石英嘛

石英坩埚它是个非晶材料了

非晶材料的话

它是短程有序长程无序

短程有序长程无序

所谓短程有序就是一个硅

周围四个氧

一个氧周围两个硅

一个硅周围四个氧

一个氧周围两个硅

组成一个什么

短程有序长程无序的结构

可以想象如果这里边

有了一价的钾和钠

有了羟基

因为它是一价的

那么整个的链

它就断了

整个的

它是一价的这边夹着个氧

这边它断了

它不接着

一断的线以后

一断了链以后

网络它就不组成网络了

一不组成网络

它的软化点就降低了

那个必须要

我再说一遍

要减少钾钠它的含量

减少羟基的含量

所以就是采取高纯度的

石英坩埚解决了问题

当然这里边还有个石墨的坩埚了

石墨坩埚它是加热用的

要求纯度

也是比较高的

如果石墨的纯度不高

在加热的过程当中

它杂质释放出来

会整个的污染单晶炉的设备

因此拉单晶

这一步对材料的要求也是很高的

当然最主要的是你多晶硅

纯度必须得高了

多晶硅纯度比较高

你拉出来的单晶

它纯度才比较高

如果多晶硅材料本身

它的纯度不高

拉出来的单晶的话

不光纯度低

而且它的缺陷还比较高

注意我上两次讲课

也提到了这个问题

我们现在国产的单晶硅

绝大部分是做什么

做太阳电池做分立器件

或者做功率器件

道理在什么地方

关键是我们拉出来的单晶棒

本身它的纯度

就不符合要求

里边的杂质比较多

里边的位错比较多

那么杂质多 位错多

它的质量不符合要求

用这种单晶

你切割切出来的硅圆片以后

那么做下道工序

它的成品率良率就低了

良率一低了

它就影响它的

最后产品的价格

产品的成本了

因此的话

好多厂家宁愿高价买人家的

进口的那个单晶硅料

而不用我们自己的

我们经过硅石金属硅多晶硅

制造出单晶硅以后

要切片 注意切片

切片完了以后研磨

切片研磨得到叫做硅圆片

得到硅圆片

那么前两年

我们国产的硅圆片

绝大部分是8英寸的

也就是200毫米外径的

那么现在12英寸的

300毫米的直径越来越多了

越来越多了

那么国际上现在主流的产品

都是12英寸的硅圆片

那么你们看看图当中

这是外延

用金刚石刀片

从外延切割硅圆片

对于小直径的

小直径的 经过研磨

出来的这硅圆片

有切割片

有抛光片 有外延片

还有SOI片

那么硅圆片出来以后

为下道工序做

做半导体集成电路