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硅晶圆加工技术 Why Silicon? 硅成为ULSI基本材料的原因 １、含量丰富（在地壳中含量为25.8%） 2、无毒，较宽的带隙 3、天然的SiO2膜 4、表面张力大，比重小 5、结晶特性好，欧姆接触好 缺点：1、间接带隙 2、低的载流子迁移率 冶金级硅 　硅砂＋焦炭＋煤＋木屑 ２、三氯氢硅的获得 盐酸化：三氯氢硅（TCS) 蒸馏:去除TCS中的杂质 　纯度可达十亿分之一。 ３、氢还原得到高纯多晶硅 西门子法的缺点 西门子法核心流程的反应转化效率很低，会产生大量的氯化氢、氢气、三氯氢硅、四氯化硅等副产品，为降低材耗，把副产品一次次地送回去再反应，需要数次循环才能反应完一批投料. 备复杂进而导致投资增大，当前每扩大100吨产能, 需要l～2亿元的投资 流体床反应炉技术生产太阳能级多晶硅(６N) 单晶硅的制备－Czochralski 法 又叫直拉法、柴氏法，是从熔液中生产单晶的技术。Cz-Si。 工艺简单、效率高、成本低 1918年 Czochralski首先发明 林兰英院士（1918.2.7~2003.3.4） 1958年，研制出中国第一根硅单晶。　　1961年，研制出中国第一台开门式硅单晶炉。　　1962年，研制出中国第一根砷化镓单晶，达到国际最高水平。　　1964年，研制出中国第一只砷化镓二极管激光器。　　1974年，第一次提出用汽相外延和液相外延法制取砷化镓单晶，至今还处于国际领先水平。 为什么晶圆尺寸越来越大 长晶程序 石英坩埚——盛装原料用坩埚 高纯度： 生长环境 避免硅的高温氧化，需要Ar气保护 温度与速度的控制 长晶理论（一）——对流 长晶理论（二）——分凝 长晶理论（三）——掺杂 (1)p+重掺硼硅单晶。掺杂比为1％～2％的高纯硼掺入硅熔体内，生长出的单晶的电阻率可达10-3～10-4 Ω?cm。硼在硅中的固溶度大(1×1021cm-3。)，分凝系数K=O．8，所以拉晶工艺与一般掺杂硅单晶相似，难度不大。得到的重掺杂硅单晶，其纵向和径向电阻率都比较均匀。 (2)n+重掺锑硅单晶。掺杂比约为1％，生长出的单晶电阻率可达1．5×lO-2～7×10-3 Ω?cm。锑在硅中的固溶度较小(7×1019cm-3”)，分凝系数K=O．023，蒸发速度较快(1．3×10-1 cm／s)。制备重掺锑硅单晶的技术难度较大。尤其是易产生位错和因杂质管道效应(小平面效应)造成的径向电阻率均匀性较差。拉制重掺锑硅单晶的技术关键是；配置一套轴向温度梯度大而径向温度梯度小的热场。选用适宜的拉晶参数，加快晶转，降低拉速或递减拉速，籽晶晶向偏离度要小。减压氩气氛或递降压工艺，以获得从凸型一M型一凹型的过渡生长界面状态，避免了生长界面从凸型突然转变为凹型时发生的界面大面积翻转，以及随之而来的质量、动量和热量的不平衡现象，就能确保单晶生长的无位错、无管道化，能大大改善单晶的内在质量和提高9]]zhorlg重成品率。 (3)n+重掺砷硅单晶。掺杂比为O．6％～O．8％，生长出的单晶电阻率可达3×10-3～7×10-4Ω.cm。砷在615℃时升华，蒸气压较高。因此制备重掺砷硅单晶的技术难度最大。工艺条件与拉制重掺锑单晶的相似。砷在拉晶的高温条件下，性能十分活泼，易与高温下的石墨加热器发生化学反应，破坏热场预定的温度梯度，并使热场条件不稳，破坏了单晶的正常生长。因此必须使用结构非常致密的石墨加热器，既可以减缓石墨加热器的老化过程，又可使热场得以稳定。此外砷和砷的一切化合物均是剧毒物质，拉制重掺砷硅单晶必须采取严格的环境保护措施。操作人员必须戴好压风呼吸器，防止砷中毒。 长晶理论（四）——O、C控制 太阳电池多晶硅锭定向凝固技术 晶圆加工成形 200mm以前采用金刚石刀 300mm用线锯，表面平整度有问题 晶边磨圆 吸除法处理残留缺陷 区熔法晶体生长 悬浮区熔法是在20世纪50年代提出并很快被应用到晶体制备技术中。在悬浮区熔法中，使圆柱形硅棒固定于垂直方向，用高频感应线圈在氩气气氛中加热，使棒 的底部和在其下部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，这两个棒朝相反方向旋转。然后将在多晶棒与籽晶间只靠表面张力形成的熔区沿棒长逐步向上移动，将其 转换成单晶。 悬浮区熔法制备的单晶硅氧含量和杂质含量很低，经过多次区熔提炼，可得到低氧高阻的单晶硅。如果把这种单晶硅放入核反应堆，由中子嬗变掺杂法对这种单晶硅 进行掺杂，那么杂质将分布得非常均匀。这种方法制备的单晶硅的电阻率非常高，特别适合制作电力电子器件。目前悬浮区熔法制备的单晶硅仅占有很小市场份额。 方块电阻及测量 TEM 透射电镜利用电子束穿过超薄的样片，形成图像，具有大约2A的分辨率。 是唯一能定量测量硅片