直拉式單晶硅生長爐的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、信息產(chǎn)業(yè)與新型綠色能源產(chǎn)業(yè)是目前人類的兩大支柱產(chǎn)業(yè)，做為兩大產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料單晶硅材料的制備也尤為重要。目前國內(nèi)用于大規(guī)模集成電路(VLSI)的3-8英寸單晶硅的生產(chǎn)絕大部分采用進口直拉式單晶硅生長爐設(shè)備；而用于90-65nm線程的12英寸的極大規(guī)模集成電路(ULSI)級的單晶硅的生長工藝、控制技術(shù)、設(shè)備等技術(shù)由國外幾家公司壟斷，無法進行購置。雖然國內(nèi)50年代開始研究直拉式單晶硅生長爐，但是還停留在半自動階段、設(shè)備制造精度不高、自動控制水

2、平低、無法滿足大規(guī)模集成電路和極大規(guī)模集成電路級別單晶硅生長的要求。
　　 因此，本論文首先研制了用于大規(guī)模集成電路級單晶硅生長的全自動生長控制系統(tǒng)。研究了單晶硅全自動生長檢測與控制相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)；提出了基于CCD測量的非完整圖像識別技術(shù)，提高了新型節(jié)能熱場下單晶的直徑測量精度；研究了全自動工藝與全自動控制環(huán)技術(shù)，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了抽真空、檢漏、壓力化、熔料、穩(wěn)定化、熔接、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾、停爐等12步全自動生長工藝及

3、晶體直徑、熱場溫度、液面溫度、晶體生長速度、液面位置、爐內(nèi)壓力的六大控制閉環(huán)技術(shù)，實現(xiàn)了的單晶硅的全自動生長控制．同時，在上述技術(shù)基礎(chǔ)上，研制了單晶硅全自動生長控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)在國內(nèi)外單晶硅生長爐上取得了廣泛的應(yīng)用，打破了國外進口設(shè)備對我國大規(guī)模集成電路級直拉式單晶硅生長爐市場的壟斷。
　　 極大規(guī)模集成電路(ULSI)級單晶硅是目前最高端的信息材料，最終關(guān)系到國家信息安全與國防安全。為滿足應(yīng)用于90-65nm線程、12英寸

4、極大規(guī)模集成電路硅片中新增的COP缺陷指標，本文對單晶生長控制中相關(guān)COP缺陷的的測量及控制技術(shù)進行了改變。在COP缺陷形成的V/G理論指導(dǎo)下，提出了的功率控制直徑技術(shù)及基于倒影一圖像檢測的液面位置控制技術(shù)，實現(xiàn)了單晶生長中的生長速度V和生長界面軸向溫度梯度G的精確控制，有效的減少了COP缺陷的生成，從而攻克了極大規(guī)模集成電路級單晶硅生長中的關(guān)鍵技術(shù)．
　　 在新興的光伏產(chǎn)業(yè)中，中國自2006年開始每年遞增上千臺單晶硅生長爐，單

5、晶硅太陽能片的生產(chǎn)上已經(jīng)占了全球80％以上的產(chǎn)能的現(xiàn)狀。本文在最后章節(jié)中通過改變熱屏材料及加熱器結(jié)構(gòu)的方式來提高熱場軸向溫度梯度，研制了一套高效節(jié)能22英寸熱場，有效的降低了光伏級單晶硅片的生產(chǎn)成本。
　　 本論文的創(chuàng)新點主要為：1）在深入研究硅單晶生長工藝的基礎(chǔ)上，國內(nèi)首次成功研發(fā)了直拉式單晶硅生長爐的全自動控制系統(tǒng)；2）提出并實現(xiàn)了基于CCD測量的非完整圖像識別的直徑測量技術(shù)，提高了新型節(jié)能熱場下單晶的直徑測量精度；3）提出