目前硅单晶的生产方法以直拉法（CZ）和区熔法（FZ）为主，世界上硅单晶的产量中70%80%是用直拉法生产的。常用的直拉法生产硅单晶工艺是采用即像真空工艺又像流动气氛工艺的减压拉晶工艺。减压拉晶工艺是在硅单晶拉制过程中，连续均匀地向单晶炉炉膛内通入情性气做一般采用高纯度的氩气），同时真空泵不断地从炉膛向外抽气，保持炉膛内真空度稳定在（27~5.3）10屯这种工艺既有真空工艺的特点（炉膛内保持负压），又有流动气氛工艺的特点（不断充气，不断排气）3.采用这种工艺可以在硅单晶生长过程中，使向炉膛内充入的高纯度氩气气流从上而下地贯穿整个硅单晶生长的区域及时地带走由于高温而产生出来的硅氧化物和杂质挥发物，确保硅单晶的品质。
根据现在最常用的硅单晶直拉法减压拉晶工艺，真空系统一般都配备滑阀式真空泵。
因此需要定期更换真空泵油这样做还可延长真空泵寿命。但频繁的更换真空泵油，不但维护费用高而且在一个拉晶工艺过程中是无法实现的。特别是在拉重掺砷等剧毒掺杂元素的硅单晶时有一部分砷等剧毒元素融入真空泵油中使得真空泵的维护更加困难含有砷等剧毒掺杂元素的真空泵油处理是件很棘手的事。
3改进及应用结果玉1采用水环泵改进的真空系统考虑到正常拉晶时炉膛内的真空度一般维持在（2.7~5.3）x103Pa双级的水环泵芫全可以达到这个要求，因此改进的真空系统主泵采用水环泵；开始拉晶前要求炉膛内的极限真空度达到67Pa以下的任务将由副泵来芫成，因此副泵仍采用滑阀泵。
改进的真空系统见。其工作原理是在开始工作时，拉伸腔和炉膛之间的隔离阀是打开的，副滑阀真空泵7通过旁路真空球阀3将拉伸腔和炉膛内气体抽出要求炉膛内的极限真空度达到6.67Pa以下，检查炉膛的密封性符合拉晶工艺要求；然后开始正常拉晶，氩气通过质量流量控制器9，上部氩气阀门4通入拉伸腔至炉膛，关闭旁路真空球阀3和副滑阀真空泵7，打开主水环泵8通过主真空球阀1抽气，这时可以保证炉膛内真空度保持在（2.7~5.3）x103Pa.当拉晶过程中需要打开拉伸腔时，操作和原来的真空系统一样洗打开下部氩气阀门6，关闭上部氩气阀门4，才能关上隔离阀，然后打开中部氩气阀门5向拉伸腔充气至大气压后，才能关闭中部氩气阀门5，打开拉伸腔；操作芫毕后关上拉伸腔，就需要用副滑阀泵7通过副真空球阀2将拉伸腔抽至与炉膛接近的真空度，才能关闭副真空球阀2和副滑阀泵7，打开隔离阀，然后打开上部氩气阀门4，关闭下部氩气阀门6，回到正常拉晶状态。
（下转第31页）制造技术吴秀龙（1979-）男，安徽省芜湖市人，安徽大学电子科学与技术学院2002级硕士研究生，研究方向为微电子器件模拟与建模；柯导明（1954-）男，安徽省安庆市人，安徽大学教授，博士，硕士生导师，1992年毕业于东南大学电子工程系，长期从事半导体器件的仿真与建模，以及VLSI CAD方面的研究和教学。
（上接第19页）这样改进后的真空系统，既可以使用水环泵作为主泵，也可当旁路真空球阀3关闭的时候，使用滑阀泵作为主泵，满足不同拉晶工艺的需要。当使用水环泵作为主泵时正常拉晶产生的硅氧化物和杂质挥发物都被抽到了水环泵里，溶于水环泵的水中，水环泵的水不断地循环更新，确保了水的清洁，使得水环泵能正常工作，不会因为拉晶时间太长，影响水环泵的工作性能，从而维持正常抽速，保证炉膛内的真空度稳定。排出的水经过处理还可以重复使用，这样不但维护方便而且费用低，特别是拉重掺砷等剧毒掺杂元素的硅单晶时，砷等剧毒掺杂元素融入水中后比较容易被分离收集少对环境影响。
立2应用结果改进的真空系统己经在由美国Kayex公司和浙江大学机械厂合资的杭州凯克斯浙大机电有限公司最新设计生产的CG6000型全自动单晶生长炉中得到了应用，取得了很好的效果。向杭州凯克斯浙大机电有限公司购买CG6000型全自动单晶生长炉的有研硅股和浙大海纳等公司都成功地使用了这种工艺，在拉大直径、重掺杂等特殊要求的硅单晶时取得了很好的经济和社会效益。
|
