直拉法生產單晶硅的設備是什麼

① 直拉單晶硅工藝技術

直拉法單晶硅工藝流程包括原料准備、切割硅錠、清洗切片、晶體生長、加工單晶硅棒、清洗單晶硅棒和檢驗單晶硅等步驟。這個工藝需要高純度的硅錠和一系列復雜的設備和工藝。

單晶硅是由單一籽晶生長的單晶體硅材料，它具有晶格完整、缺陷和雜質很少等特點。根據單晶硅生長方式進行分類，可將其分為區熔單晶硅（FZ-Si）和直拉單晶硅（CZ-Si），其中所涉及的工藝為區熔法和直拉法。

相較於區熔法，直拉法能支持12英寸等大尺寸矽片生產，而區熔法則用於8英寸及以下尺寸矽片生產。所以，直拉法是目前較為主流長晶工藝。

直拉法主要工藝包括多晶硅原料裝料、多晶硅融化、種晶、縮頸、放肩、等徑生長和收尾等。直拉法制備工藝是通過加熱放置於坩堝內的多晶硅原料使其成為溶液。

並通過安置在爐體上方的籽晶軸，使得單晶晶種能與硅溶液進行接觸。通過籽晶軸轉動和上下移動，硅液會沿著籽晶表面凝結和生長，最終形成單晶錠。

單晶硅與多晶硅的區別

晶體硅根據晶體取向不同又分為單晶硅和多晶硅。單晶硅和多晶硅的區別是；當熔融的單質硅凝固時，硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅；如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。

多晶硅和單晶硅的差異主要在物理性質方面，例如在力學性質、電學性質等方面，多晶硅不如單晶硅。多晶硅可作為製作單晶硅的原料，也是太陽能電池和光伏發電的基礎材料。

單晶硅可算的是世界上最純凈的物質了，一般的半導體器件要求硅的純度在6個9（6N）以上。大規模集成電路的要求更高，硅的純度必須達到9個9（9N）。目前，人們已經製造出純度為12個9（12N）的單晶硅。

以上內容參考：網路-單晶硅

② 單晶硅生長爐的介紹

單晶硅生長爐1是通過直拉法生產單晶硅的製造設備。主要由主機、加熱電源和計算機控制系統三大部分組成。

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單晶硅生長爐是通過直拉法制備單晶硅的製造設備。

原理簡介
首先，把高純度的多晶硅原料放入高純石英坩堝，通過石墨加熱器產生的高溫將其熔化；然後，對熔化的硅液稍做降溫，使之產生一定的過冷度，再用一根固定在籽晶軸上的硅單晶體（稱作籽晶）插入熔體表面，待籽晶與熔體熔和後，慢慢向上拉籽晶，晶體便會在籽晶下端生長；接著，控制籽晶生長出一段長為100mm 左右、直徑為3～5mm的細頸，用於消除高溫溶液對籽晶的強烈熱沖擊而產生的原子排列的位錯，這個過程就是引晶；隨後，放大晶體直徑到工藝要求的大小，一般為75～300mm，這個過程稱為放肩；接著，突然提高拉速進行轉肩操作，使肩部近似直角；然後，進入等徑工藝，通過控制熱場溫度和晶體提升速度，生長出一定直徑規格大小的單晶柱體；最後，待大部分硅溶液都已經完成結晶時，再將晶體逐漸縮小而形成一個尾形錐體，稱為收尾工藝；這樣一個單晶拉制過程就基本完成，進行一定的保溫冷卻後就可以取出。
直拉法，也叫切克勞斯基（J.Czochralski）方法。此法早在1917年由切克勞斯基建立的一種晶體生長方法，用直拉法生長單晶的設備和工藝比較簡單，容易實現自動控制，生產效率高，易於制備大直徑單晶，容易控制單晶中雜質濃度，可以制備低電阻率單晶。據統計，世界上硅單晶的產量中70％～80％是用直拉法生產的。

目前國內外晶體生長設備的現狀如下：

美國KAYEX公司
國外以美國KAYEX 公司為代表，生產全自動硅單晶體生長爐。KAYEX公司是目前世界上最大，最先進的硅單晶體生長爐製造商之一。KAYEX的產品早在80年代初就進入中國市場，已成為中國半導體行業使用最多的品牌。該公司生長的硅晶體生長爐從抽真空－檢漏－熔料－引晶－放肩－等徑－收尾到關機的全過程由計算機實行全自動控制。晶體產品的完整性與均勻性好，直徑偏差在單晶全長內僅±1mm。主要產品有CG3000、CG6000、KAYEX100PV、 KAYEX120PV、KEYEX150，Vision300型，投料量分別為30kg、60kg、100kg、120kg、150kg、300kg。

德國CGS GmbH公司
德國Crystal Growing Systems (CGS) GmbH公司成立於1999年8月，其前身為德國萊寶公司晶體生長部。目前其產品已經覆蓋生產6」到16」單晶硅棒的設備，設備主要有EKZ2700、 EKZ 3500/200、EKZ 3000/300，EKZ 3000/400型，投料量分別為60kg、150kg、300kg，400kg。

中國西安理工大學研究所
國內以西安理工大學的晶體生長設備研究所為代表，自61年起開始生產晶體生長設備。主要產品有TDR-62B、TDR-70B、TDR-80。上虞晶盛機電工程有限公司是國內單晶硅生長爐行業的後起之秀，自主研發了真正的全自動控制系統，產品迅速佔領了IC級硅材料行業和高端太陽能行業，主要產品有TDR80A-ZJS、 TDR80B-ZJS、TDR80C-ZJS、TDR85A-ZJS、TDR95A-ZJS、TDR112A-ZJS。

晶體爐特點
HD系列硅單晶爐的爐室採用3節設計。上筒和上蓋可以上升並向兩邊轉動，便於裝料和維護等。爐筒升降支撐採用雙立柱設計，提高穩定性。支撐柱安裝在爐體支撐平台的上面，便於平台下面設備的維護。爐筒升降採用絲杠提升技術，簡便干凈。
全自動控制系統採用模塊化設計，維護方便，可靠性高，抗干擾性好。雙攝像頭實時採集晶體直徑信息。液面測溫確保下籽晶溫度和可重復性。爐內溫度或加熱功率控制方式可選，保證控溫精度。質量流量計精確控制氬氣流量。高精度真空計結合電動蝶閥實時控制爐內真空度。上稱重感測器用於晶棒直徑的輔助控制。伺服電機和步進電機的混合使用，即可滿足轉動所需的扭矩，又可實現轉速的精確控制。質量流量計精確控制氬氣流量。
自主產權的控制軟體採用視窗平台，操作方便簡潔直觀。多種曲線和數據交叉分析工具提供了工藝實時監控的平台。完整的工藝設定界面使計算機可以自動完成幾乎所有的工藝過程。
加熱電源採用綠色縱向12脈沖直流電源。比傳統直流電源節能近15%。
特殊的溫場設計使晶體提拉速度提高20-30%。