柴氏拉晶法(Czochralski method)
简称
CZ法。从熔体中提拉生长晶体的方法为Czochralski
于1918年首创，自1964年Poladino和Rotter首先应用到蓝宝石单晶的生长中，成功生长出质量较高的蓝宝石晶体，晶体生长示意图如图11所示。先将原料加热至熔点后熔
温度差而形成过冷。于是熔汤开始在晶种表面凝固并生长和晶种相同晶体结构的
单晶。晶种同时以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转，随着晶种
的向上拉升，熔汤逐渐凝固于晶种的液固界面上，进而形成一轴对称的单晶晶棒。
在拉升的过程中，透过控制拉升速度的快慢的调配，分别生长晶颈(Neck)，晶冠(Shoulder)，晶身(Body)以及晶尾。每个部份都有其用意，生长晶颈主要是用来
消除差排。因为长晶过程复杂，差排产生量不易支配，所以大部分的晶体生长过
程，都以消除差排为主要选择。长完晶颈后，需放慢拉升速度，使晶体直径增大
到所需的尺寸，此步骤为晶冠生长。当晶体直径增大到所需尺寸时，就以等速的
速度来拉升，此部分的晶体直径是固定的，也就是晶身部分。此部分就是要作为
工业用基板材料的部份，所以生长时，需格外小心。当晶身长完时，就要使晶棒
离开熔汤，此时拉升的速度会变快，使晶棒的直径缩小，直到变成点状时，再从
熔汤中分开。此步骤为晶尾生长，其目的是要避免晶棒与熔汤快速分离时，所产
生的热应力，若在分离时产生热应力，此热应力将使晶棒产生差排及滑移线等缺
陷。在现在的半导体产业中，CZ法是最常见到的晶体生长法，由于能生长出较
大直径之晶体，所以大约85％的半导体产业都使用
CZ法来生长单晶棒。该方法主要特点：
1) 在晶体生长过程中，可以方便的观察晶体的生长情况；
2) 晶体在自由液面生长，不受坩埚的强制作用，可降低晶体的应力；
3) 可以方便的使用所需取向籽晶和“缩颈”工艺，有助于以比较快的速率生长较高质量的晶体，晶体完整性较好；
4) 晶体、坩埚转动引起的强制对流和重力作用引起的自然对流相互作用，使复杂液流作用不可克服，易产生晶体缺陷；
5) 机械扰动在生长大直径晶体时容易使晶体产生缺陷。
图11 柴氏拉晶法(Czochralski method)之原理示意图
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