图1

考虑到硅熔体的高温和反应特性，气流只能选用惰性气体。目前主流的气氛为氩气，也有的选择氮气。选择氩气是因为它的成本比其他气体更低。与其他比如氦气相比，氩气还具有导热性差的优点，这一特性有助于将熔体周围的热区与水冷真空室壁隔离开来。然而，氦气可以用在需要更有效率冷却的情形，例如，关闭电源后加强炉室的冷却。

氩气无毒、无色、无嗅，是一种惰性气体，主要用于半导体工业、稀有金属、焊接中的保护气体、特种灯泡的光填充，气相色谱分析载气及配制标准气的底气等。市场上出售的氩气有液态和气态，液态氩储在液态罐里，罐子是双层的，中间抽真空，液态氩在进入单晶炉前必须进行气化，经过缓冲罐和减压阀后，才能进入单晶炉；氩气纯度通常只测定露点，即其中的含水量。拉制单晶硅所用氩气露点一般在-60℃。以深度冷冻法分离空气制取高纯氩（≥99.999%）的工艺过程目前已经十分成熟，高纯氩生产过程中一般是测出其杂质含量，扣除即为氩的纯度。如果氩气纯度不高，含有水、氧等杂质，会影响单晶生产，严重时无法拉晶。

典型的气体压力在15-50mbar，降低压力以减少与生长气氛相关的气体消耗，当然为了达到想要的电阻率和氧含量要求，炉压可以根据经验选择，尤其是对于具有强挥发性掺杂剂的单晶品种中，例如重掺砷、磷、锑等，炉压往往高达70-80mbar。另外，由于拉晶保温材料多选用石墨，炉压的改变对晶体中的碳含量也有显著影响。气体流量在几十到过百slpm变化。例如，如果该过程在60slpm/25mbar运行，并且炉子副炉室的内径尺寸为12英寸，则炉室的气体流速为0.5-0.6m/s，这足以确保将杂质带走。更大的压力也需要更大流量的净化气体，维持一种不受气体中温度差异过度影响的流动模式，避免产生额外热对流。此外，必须强制性带走从熔体中挥发到气体中的碳，这需要足够的气体流量和速度。实际下限压力接近12mbar，这是在熔点温度一氧化硅与硅熔体的平衡蒸气压。在埚壁附近熔体中氧化物的浓度接近饱和，通常温度也比熔点高几十度，如果气压过低，熔体开始“沸腾”，气压不足以阻止氧化物以气体的方式逸出。

在传统热场，熔体上方有很大的开放空间（图2），受水冷室壁的限制。气体下部受热，在这个大的连续空间产生不受控制的对流，更热更轻的气体向上运动，与流入气体的方向产生对抗。来自熔体的一氧化硅，伴随着这种对流与室壁相遇，凝结在低温的表面上。熔体上方也存在其他温度不太低的表面，但是对于一氧化硅的沉积来说也足够低温。这些沉积层可能导致有微粒掉入熔体，存在破坏生长单晶的的高风险。这些控制不良的气流也会带来其他污染，比如碳，来自于热场部件暴露的表面。

氩气是单晶拉制关键且复杂的影响因素，其流速，纯度等对单晶品质有重要影响，生产上出现异常时，常将氩气控制及相关的流量管道作为调查对象。通过对热场结构如热屏形状的改变可以优化气流模式，从而改变晶体品质。另外，对氩气的净化回收也是目前降本增效研究的方向之一。

本文内容来源于：半导体信息，责任编辑：胡静，审核人：李峥

版权声明∶转载新能源网站内容，请在正文上方注明来源和作者，且不得对内容作实质性改动；微信公众号、头条号等新媒体平台，转载请联系授权。邮箱∶[email protected]，请添加小编微信号（msprocess）详细沟通。