3.1硅晶圓制造工藝

1、硅作為集成電路半導體材料的主要原因：硅作為集成電路半導體材料的主要原因：1. 硅含量豐富（占地殼硅含量豐富（占地殼27%）；）；2. 硅提純和結晶方便；硅提純和結晶方便；3. 在常溫下它的化學性質穩(wěn)定，不溶于單一在常溫下它的化學性質穩(wěn)定，不溶于單一 的強酸的強酸;4. 硅的器件工作溫度高，能達硅的器件工作溫度高，能達250 ；5. 硅的表面能形成硅的表面能形成 牢固致密的牢固致密的SiO2膜，膜，SiO2 能充當電容的電介質、擴散的隔離層、器能充當電容的電介質、擴散的隔離層、器 件表面的保護層，使器件的穩(wěn)定性提高。件表面的保護層，使器件的穩(wěn)定性提高。 1. 多晶硅原料 2. 單晶硅制備 3.

2、切割 4. 研磨 5. 評估硅晶圓的制備工藝主要分五個階段：硅晶圓的制備工藝主要分五個階段： 粗粗 硅硅 1. 多晶硅原料地球中硅以硅砂（地球中硅以硅砂（SiO2）狀態(tài)存在）狀態(tài)存在還原爐還原爐SiO2(s)十十2C(s)Si(s)十十2CO(g) 純純 化化(99.999999999%)化學法化學法化學法純化化學法純化西西門門子子式式多多晶晶硅硅工工藝藝鹽酸法：粗硅與干燥氯化氫在200以上反應 Si十十3HCl=SiHCl3（L）+H2（g）（實際反應極復雜）（實際反應極復雜）精餾： 將SiHCl3置于蒸餾塔中 利用雜質和利用雜質和SiHCl3沸點不同用精餾的方法分離提純沸點不同用精餾的方法

3、分離提純反應得到的多晶反應得到的多晶Si還不能直接用于生產(chǎn)電子元器件，必還不能直接用于生產(chǎn)電子元器件，必須將它制成單晶體須將它制成單晶體分解： 將精餾過的SiHCl3置于CVD反應爐中 用高純氫氣還原得到多晶硅用高純氫氣還原得到多晶硅 SiHCl3十十H2=Si十十3HCl直拉法（直拉法（Czochralski法）單晶生長法）單晶生長晶體主流生長技術晶體主流生長技術2. 單晶硅制備晶體和坩鍋彼此是相互反向運動：晶體和坩鍋彼此是相互反向運動：熔融的單晶硅 籽晶旋轉低溫一定晶向的硅柱1.引晶：引晶：通過電阻加熱，將裝在石英坩堝中的多晶硅熔化通過電阻加熱，將裝在石英坩堝中的多晶硅熔化，并保，并保 持

4、略高于硅熔點的溫度持略高于硅熔點的溫度;2. 將籽晶浸入熔體將籽晶浸入熔體，然后以一定速度向上提拉籽晶并同時，然后以一定速度向上提拉籽晶并同時旋轉引出晶體；旋轉引出晶體； 直拉法基本過程直拉法基本過程 3.3. 等徑生長：等徑生長：根據(jù)熔體和單晶爐情況，控制晶體等徑生長根據(jù)熔體和單晶爐情況，控制晶體等徑生長 到所需長度；到所需長度；4. 收尾：收尾：直徑逐漸縮小，離開熔體；直徑逐漸縮小，離開熔體；5. 降溫：降溫：降級溫度，取出晶體，待后續(xù)加工降級溫度，取出晶體，待后續(xù)加工 。晶體生長最大速度：晶體生長最大速度：與晶體中的與晶體中的縱向溫度梯度縱向溫度梯度、晶體的熱導率晶體的熱導率 、晶體密度

5、晶體密度等有關。等有關。溫度梯度：溫度梯度：提高晶體中的溫度梯度，可以提高晶體生長速度；提高晶體中的溫度梯度，可以提高晶體生長速度；但溫度梯度太大，將在晶體中產(chǎn)生較大的熱應力，會導致位錯等但溫度梯度太大，將在晶體中產(chǎn)生較大的熱應力，會導致位錯等晶體缺陷的形成，甚至會使晶體產(chǎn)生裂紋。晶體缺陷的形成，甚至會使晶體產(chǎn)生裂紋。 熔體中的對流：熔體中的對流：晶體和坩鍋彼此是相互反向運動。晶體和坩鍋彼此是相互反向運動。相反相反旋轉的晶體和坩堝產(chǎn)生對流，反向旋轉旋轉的晶體和坩堝產(chǎn)生對流，反向旋轉速度相差越大，對流強烈，所生長的晶速度相差越大，對流強烈，所生長的晶體的直徑越大。但對流越強烈，會造成體的直徑越大。但對流越強烈，會造成熔體中溫度波動，從而導致晶體中的雜熔體中溫度波動，從而導致晶體中的雜質分布不均勻。質分布不均勻。晶體的轉動速度一般比坩鍋快晶體的轉動速度一般比坩鍋快1-3倍，有利于在固液界面倍，有利于在固液界面下方形成一個相對穩(wěn)定的區(qū)域，有利于晶體穩(wěn)定生長。下方形成一個相對穩(wěn)定的區(qū)域，有利于晶體穩(wěn)定生長。一支一支85公分長，重公分長，重76.6公斤的公斤的 8寸寸 硅晶棒，約需硅晶棒，