柴氏拉晶法(Czochralski method)
簡稱
CZ法。從熔體中提拉生長晶體的方法為Czochralski
于1918年首創，自1964年Poladino和Rotter首先應用到藍寶石單晶的生長中，成功生長出質量較高的藍寶石晶體，晶體生長示意圖如圖11所示。先將原料加熱至熔點后熔
溫度差而形成過冷。于是熔湯開始在晶種表面凝固并生長和晶種相同晶體結構的
單晶。晶種同時以極緩慢的速度往上拉升，并伴隨以一定的轉速旋轉，隨著晶種
的向上拉升，熔湯逐漸凝固于晶種的液固界面上，進而形成一軸對稱的單晶晶棒。
在拉升的過程中，透過控制拉升速度的快慢的調配，分別生長晶頸(Neck)，晶冠(Shoulder)，晶身(Body)以及晶尾。每個部份都有其用意，生長晶頸主要是用來
消除差排。因為長晶過程復雜，差排產生量不易支配，所以大部分的晶體生長過
程，都以消除差排為主要選擇。長完晶頸后，需放慢拉升速度，使晶體直徑增大
到所需的尺寸，此步驟為晶冠生長。當晶體直徑增大到所需尺寸時，就以等速的
速度來拉升，此部分的晶體直徑是固定的，也就是晶身部分。此部分就是要作為
工業用基板材料的部份，所以生長時，需格外小心。當晶身長完時，就要使晶棒
離開熔湯，此時拉升的速度會變快，使晶棒的直徑縮小，直到變成點狀時，再從
熔湯中分開。此步驟為晶尾生長，其目的是要避免晶棒與熔湯快速分離時，所產
生的熱應力，若在分離時產生熱應力，此熱應力將使晶棒產生差排及滑移線等缺
陷。在現在的半導體產業中，CZ法是最常見到的晶體生長法，由于能生長出較
大直徑之晶體，所以大約85％的半導體產業都使用
CZ法來生長單晶棒。該方法主要特點：
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1) 在晶體生長過程中，可以方便的觀察晶體的生長情況；
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2) 晶體在自由液面生長，不受坩堝的強制作用，可降低晶體的應力；
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3) 可以方便的使用所需取向籽晶和“縮頸”工藝，有助于以比較快的速率生長較高質量的晶體，晶體完整性較好；
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4) 晶體、坩堝轉動引起的強制對流和重力作用引起的自然對流相互作用，使復雜液流作用不可克服，易產生晶體缺陷；
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5) 機械擾動在生長大直徑晶體時容易使晶體產生缺陷。
圖11? 柴氏拉晶法(Czochralski method)之原理示意圖
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