1、单晶硅生长炉原理单晶硅生长炉原理首先，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 100m 单晶硅生长炉m 左右、直径为 35mm 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75300mm，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
2、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 7080是用直拉法生产的。单晶硅生长炉现状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 K
3、AYEX 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。 单晶硅生长炉(3 张)德国 CGS G
4、mbH 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。 EKZ-2700 EKZ3500/200 EKZ3000/300 EKZ3000/400 图 6 德国 CGS 公司单晶炉图（来自公司产品样本） 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
5、 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，
6、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%。
