半导体硅材料生产工艺研究.PDF

第八居全国铅锌冶金生产技术及产品应用学术年会论文集 半导体硅材料生产工艺研究 北京有色冶金设计研究总院 杨 健 摘 要 本文对半导体硅材料各阶段生产工艺进行了简单概述，井对各工序中传统工艺和断技术进行比较研究。 关钮词 多晶硅幅硅硅势t}} 1半导体硅材料概述 1.1半导体硅材料的种类 半导体材料种类繁多，按其组成和结构不同可分为元素半导体、化合物半导体、非晶半导体和有机 半导体等。目前生产和应用中最主要的是硅、锗和砷化稼。其中硅应用最广、产量最大。半导体硅材料 主要有多晶硅、单晶硅、硅片、外延片等，其中多晶硅是制备单晶硅的原料，单晶硅是通过控制多晶硅 晶格结构及掺入微量元素所形成的一种产品，硅片是通过对单晶硅进行物理化学处理及机械加工之后所 形成的一种产品.除上述材料外，目前国外已研制出新的硅材料如球形硅材料、多孔硅材料、碳化硅材 料、发光半导体硅材料等。 1.2 半导体硅材料应用现状 世界经济已进入信息化发展时期，而信息技术群体中起着先导作用的是电子信息技术。电子信息技 术中起关键作用的是用半导体材料晶片制成的各种元件。目前大多数半导体元件是用半导体硅材料制备 的。半导体硅材料用途繁多，主要用于整流器、晶体管、集成电路、光学材料、高纯材料、太阳能电池 等.为满足国内外市场的需要，以及避免出现我国集成电路产业在重要原材料受制于人的局面，国家将 多晶硅、s英寸及以上硅片等列入当前国家重点鼓励发展的产业、产品。 2 半导体硅材料生产工艺 半导体硅材料的生产工艺过程主要包括:多晶硅的制备:单晶硅的制备;硅片加工:硅外延生长及 硅材料的检测和分析等。 2.1多晶硅生产工艺 目前多晶硅生产工艺主要有以四抓化硅为原料的锌还原、钠还原和氢还原法，以三氛氢硅为原料的 组还原、硅烷热分解法和粒状多晶硅法，以二氛二氢硅为原料的氢还原法以及硅烷热分解法等川。其中三 抓氢硅氢还原法 (西门子法)具有原料合成温度低，提纯效果好，还原沉积速度快，耗氢、耗电量小， 产品纯度高、产量大、成本低等特点，是目前主要的生产方法。该方法分传统西门子法和改良西门子法， 其中改良西门子法具有闭路循环、原辅助材料及能耗低等特点被普遍采用。目前世界各国多晶硅生产工 艺现状见表1e 表1世界多晶硅生产及技术现状 企业名称 国别 生产工艺 产能份倾 产品去向 黑姆洛克 美 6100 改良西门子工艺 2 舫 销 . 先进硅 英 刁以刃 s泪月热分解栩状硅 1 幻 销 自 M田MC 英 1400 SiH4热分解较状硅 6 ‘ 自 用 三姿硅 美 1000 改良西门子工艺 4 ， 自 用 位山曹达 日 33旧《 改良西门子工艺 1 划 销 自 三更多晶硅 日 1600 改良西门子工艺 J ， 3 自 用 瓦克电子 德 月以幻 改良西门子工艺 合计 21400 11080.7 半导体硅材料生产工艺研究— 杨健 西门子工艺有以下三个关键工序: (1)硅粉与无水氯化氢在300-400℃发生反应形成三氯氢硅。 Si(圈)+3HC1=SiHCl3(气)+H,(气) 此=L序产物大约90%为SiHCl3(沸点:31.8C),100K为SCI,(沸点:56.6C)以及少量的SiH2Cl3(沸 点:8.5C)。此外PC13(沸点:76C)和BC13是从工业硅粉中带来的两个主要电活性杂质，它们在室温 下为气体。 (2)