【正文】 高溫和抗輻射性能較好，特別適宜制作大功率器件的特性而成為應(yīng)用最多的一種半導(dǎo)體材料，目前的集成電路半導(dǎo)體器件大多數(shù)是用硅材料制造的。 現(xiàn)在，我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。 熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來便結(jié)晶成單晶硅。 單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。 單晶硅棒是生產(chǎn)單晶硅片的原材料，隨著國內(nèi)和國際市場(chǎng)對(duì)單晶硅片需求量的快速增加，單晶硅棒的市場(chǎng)需求也呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。 單晶硅圓片按其直徑分為6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直徑越大的圓片，所能刻制的集成電路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片對(duì)材料和技術(shù)的要求也越高。單晶硅按晶體生長(zhǎng)方法的不同，分為直拉法（CZ）、區(qū)熔法（FZ）和外延法。直拉法、區(qū)熔法生長(zhǎng)單晶硅棒材，外延法生長(zhǎng)單晶硅薄膜。直拉法生長(zhǎng)的單晶硅主要用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽能電池。目前晶體直徑可控制在Φ3~8英寸。區(qū)熔法單晶主要用于高壓大功率可控整流器件領(lǐng)域，廣泛用于大功率輸變電、電力機(jī)車、整流、變頻、機(jī)電一體化、節(jié)能燈、電視機(jī)等系列產(chǎn)品。目前晶體直徑可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于集成電路領(lǐng)域。 由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）單晶硅材料應(yīng)用最廣。在IC工業(yè)中所用的材料主要是CZ拋光片和外延片。存儲(chǔ)器電路通常使用CZ拋光片，因成本較低。邏輯電路一般使用價(jià)格較高的外延片，因其在IC制造中有更好的適用性并具有消除Latch－up的能力。 單晶硅也稱硅單晶，是電子信息材料中最基礎(chǔ)性材料，屬半導(dǎo)體材料類。單晶硅已滲透到國民經(jīng)濟(jì)和國防科技中各個(gè)領(lǐng)域，當(dāng)今全球超過2000億美元的電子通信半導(dǎo)體市場(chǎng)中95%以上的半導(dǎo)體器件及99%以上的集成電路用硅。 四, 單晶硅棒、單晶硅片加工工藝 20070327 20:44:23 單質(zhì)硅有無定形及晶體兩種。無定形硅為灰黑色或栗色粉末，更常見的是無定形塊狀，它們是熱和電的不良導(dǎo)體、質(zhì)硬，主要用于冶金工業(yè)（例如鐵合金及鋁合金的生產(chǎn)）及制造硅化物。晶體硅是銀灰色，有金屬光澤的晶體，能導(dǎo)電（但導(dǎo)電率不及金屬）故又稱為金屬硅。高純度的金屬硅（≥99．99％）是生產(chǎn)半導(dǎo)體的材料，也是電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料。摻雜有微量硼、磷等元素的單晶硅可用于制造二極管、晶體管及其他半導(dǎo)體器件。 　　由于半導(dǎo)體技術(shù)不斷向高集成度，高性能，低成本和系統(tǒng)化方向發(fā)展，半導(dǎo)體在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中的應(yīng)用更加廣泛。單晶硅片按使用性質(zhì)可分為兩大類：生產(chǎn)用硅片；測(cè)試用硅片。 　　半導(dǎo)體元件所使用的單晶硅片系采用多晶硅原料再經(jīng)由單晶生長(zhǎng)技術(shù)所生產(chǎn)出來的。多晶硅所使用的原材料來自硅砂（二氧化硅）。目前商業(yè)化的多晶硅依外觀可分為塊狀多晶與粒狀多晶。 　　多晶硅的品質(zhì)規(guī)格： 多晶硅按外形可分為塊狀多晶硅和棒狀多晶硅；等級(jí)分為一、二、三級(jí)免洗料。 多晶硅的檢測(cè)： 　　主要檢測(cè)參數(shù)為電阻率、碳濃度、N型少數(shù)載流子壽命；外形主要是塊狀的大小程度；結(jié)構(gòu)方面要求無氧化夾層；表面需要經(jīng)過酸腐蝕，結(jié)構(gòu)需致密、平整，多晶硅的外觀應(yīng)無色斑、變色，無可見的污染物。對(duì)于特殊要求的，還需要進(jìn)行體內(nèi)金屬雜質(zhì)含量的檢測(cè)?！?　　單晶硅棒品質(zhì)規(guī)格： 單晶硅棒的主要技術(shù)參數(shù) ...... 其中電阻率、OISF密度、以及碳含量是衡量單晶硅棒等級(jí)的關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)在單晶成型后即定型，無法在此后的加工中進(jìn)行改變。 　　測(cè)試方法： 　　電阻率：用四探針法。 　　OISF密度：利用氧化誘生法在高溫、高潔凈的爐管中氧化，再經(jīng)過腐蝕后觀察其密度進(jìn)行報(bào)數(shù)。 　　碳含量：利用紅外分光光度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。 　　單晶硅拋光片品質(zhì)規(guī)格： 單晶硅拋光片的物理性能參數(shù)同硅單晶技術(shù)參數(shù) 厚度（T）2001200um 總厚度變化（TTV）＜10um 彎曲度（BOW） ＜35um 翹曲度（WARP）＜35um 單晶硅拋光片的表面質(zhì)量：正面要求無劃道、無蝕坑、無霧、無區(qū)域沾污、無崩邊、無裂縫、無凹坑、無溝、無小丘、無刀痕等。背面要求無區(qū)域沾污、無崩邊、無裂縫、無刀痕. 　　 （2）加工工藝知識(shí) 多晶硅加工成單晶硅棒： 多晶硅長(zhǎng)晶法即長(zhǎng)成單晶硅棒法有二種： CZ（Czochralski）法 FZ（FloatZone Technique）法 目前超過98％的電子元件材料全部使用單晶硅。其中用CZ法占了約85％，其他部份則是由浮融法FZ生長(zhǎng)法。CZ法生長(zhǎng)出的單晶硅，用在生產(chǎn)低功率的集成電路元件。而FZ法生長(zhǎng)出的單晶硅則主要用在高功率的電子元件。CZ法所以比FZ法更普遍被半導(dǎo)體工業(yè)采用，主要在于它的高氧含量提供了晶片強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)。另外一個(gè)原因是CZ法比FZ法更容易生產(chǎn)出大尺寸的單晶硅棒。 目前國內(nèi)主要采用CZ法 CZ法主要設(shè)備：CZ生長(zhǎng)爐 CZ法生長(zhǎng)爐的組成元件可分成四部分 （1）爐體：包括石英坩堝，石墨坩堝，加熱及絕熱元件，爐壁 （2）晶棒及坩堝拉升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：包括籽晶夾頭，吊線及拉升旋轉(zhuǎn)元件 （3）氣氛壓力控制：包括氣體流量控制，真空系統(tǒng)及壓力控制閥 （4）控制系統(tǒng)：包括偵測(cè)感應(yīng)器及電腦控制系統(tǒng) 加工工藝： 加料→熔化→縮頸生長(zhǎng)→放肩生長(zhǎng)→等徑生長(zhǎng)→尾部生長(zhǎng) （1）加料：將多晶硅原料及雜質(zhì)放入石英坩堝內(nèi)，雜質(zhì)的種類依電阻的N或P型而定。雜質(zhì)種類有硼，磷，銻，砷。 （2）熔化：加完多晶硅原料于石英堝內(nèi)后，長(zhǎng)晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純氬氣使之維持一定壓力范圍內(nèi)，然后打開石墨加熱器電源，加熱至熔化溫度（1420℃）以上，將多晶硅原料熔化。 （3）縮頸生長(zhǎng)：當(dāng)硅熔體的溫度穩(wěn)定之后，將籽晶慢慢浸入硅熔體中。由于籽晶與硅熔體場(chǎng)接觸時(shí)的熱應(yīng)力，會(huì)使籽晶產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)必須利用縮勁生長(zhǎng)使之消失掉?？s頸生長(zhǎng)是將籽晶快速向上提升，使長(zhǎng)出的籽晶的直徑縮小到一定大?。?6mm）由于位錯(cuò)線與生長(zhǎng)軸成一個(gè)交角，只要縮頸夠長(zhǎng)，位錯(cuò)便能長(zhǎng)出晶體表面，產(chǎn)生零位錯(cuò)的晶體。 （4）放肩生長(zhǎng)：長(zhǎng)完細(xì)頸之后，須降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。 （5）等徑生長(zhǎng)：長(zhǎng)完細(xì)頸和肩部之后，借著拉速與溫度的不斷調(diào)整，可使晶棒直徑維持在正負(fù)2mm之間，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。單晶硅片取自于等徑部分。 （6）尾部生長(zhǎng)：在長(zhǎng)完等徑部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么效應(yīng)力將使得晶棒出現(xiàn)位錯(cuò)與滑移線。于是為了避免此問題的發(fā)生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點(diǎn)而與液面分開。這一過程稱之為尾部生長(zhǎng)。長(zhǎng)完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時(shí)間后取出，即完成一次生長(zhǎng)周期。 單晶硅棒加工成單晶硅拋光硅片 加工流程： 單晶生長(zhǎng)→切斷→外徑滾磨→平邊或V型槽處理→切片 倒角→研磨 　　　腐蝕拋光→清洗→包裝 切斷：目的是切除單晶硅棒的頭部、尾部及超出客戶規(guī)格的部分，將單晶硅棒分段成切片設(shè)備可以處理的長(zhǎng)度，切取試片測(cè)量單晶硅棒的電阻率含氧量。 切斷的設(shè)備：內(nèi)園切割機(jī)或外園切割機(jī) 切斷用主要進(jìn)口材料：刀片 外徑磨削：由于單晶硅棒的外徑表面并不平整且直徑也比最終拋光晶片所規(guī)定的直徑規(guī)格大，通過外徑滾磨可以獲得較為精確的直徑。 外徑滾磨的設(shè)備：磨床 平邊或V型槽處理：指方位及指定加工，用以單晶硅捧上的特定結(jié)晶方向平邊或V型。 處理的設(shè)備：磨床及X－RAY繞射儀。 切片：指將單晶硅棒切成具有精確幾何尺寸的薄晶片。 切片的設(shè)備：內(nèi)園切割機(jī)或線切割機(jī) 倒角：指將切割成的晶片稅利邊修整成圓弧形，防止晶片邊緣破裂及晶格缺陷產(chǎn)生，增加磊晶層及光阻層的平坦度。 倒角的主要設(shè)備：倒角機(jī) 研磨：指通過研磨能除去切片和輪磨所造的鋸痕及表面損傷層，有效改善單晶硅片的曲度、平坦度與平行度，達(dá)到一個(gè)拋光過程可以處理的規(guī)格。 研磨的設(shè)備：研磨機(jī)（雙面研磨） 主要原料：研磨漿料（主要成份為氧化鋁，鉻砂，水），滑浮液。 腐蝕：指經(jīng)切片及研磨等機(jī)械加工后，晶片表面受加工應(yīng)力而形成的損傷層，通常采用化學(xué)腐蝕去除。 腐蝕的方式：（A）酸性腐蝕，是最普遍被采用的。酸性腐蝕液由硝酸（HNO3），氫氟酸（HF），及一些緩沖酸（CH3COCH，H3PO4）組成。 （B）堿性腐蝕，堿性腐蝕液由KOH或NaOH加純水組成。 拋光：指單晶硅片表面需要改善微缺陷，從而獲得高平坦度晶片的拋光。 拋光的設(shè)備：多片式拋光機(jī)，單片式拋光機(jī)。 拋光的方式：粗拋：主要作用去除損傷層，一般去除量約在10－20um； 精拋：主要作用改善晶片表面的微粗糙程度，一般去除量1um以下 主要原料：拋光液由具有SiO2的微細(xì)懸硅酸膠及NaOH（或KOH或NH4OH）組成，分為粗拋漿和精拋漿。 清洗：在單晶硅片加工過程中很多步驟需要用到清洗，這里的清洗主要是拋光后的最終清洗。清洗的目的在于清除晶片表面所有的污染源。　 清洗的方式：主要是傳統(tǒng)的RCA濕式化學(xué)洗凈技術(shù)。 主要原料：H2SO4，H2O2，HF，NH4HOH，HCL （3）損耗產(chǎn)生的原因 ......