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多晶硅生产工艺和反映原理

第一节多晶硅基本知识

多晶硅基本知识重要半导体材料，化学元素符号Si，电子工业上使用硅应具备

高纯度和优良电学和机械等性能。硅是产量最大、应用最广半导体材料，它产量和

用量标志着一种国家电子工业水平。

在研究和生产中，硅材料与硅器件互相增进。在第二次世界大战中，开始用硅

制作雷达高频晶体检波器。所用硅纯度很低又非单晶体。1950年制出第一只硅晶体

管，提高了人们制备优质硅单晶兴趣。1952年用直拉法(CZ)哺育硅单晶成功。

1953年又研究出无坩埚区域熔化法(FZ)，既可进行物理提纯又能拉制单晶。1955

年开始采用锌还原四氯化硅法生产纯硅，但不能满足制造晶体管规定。1956年研究

成功氢还原三氯氢硅法。对硅中微量杂质又通过一段时间摸索后，氢还原三氯氢硅

法成为一种重要办法。到1960年，用这种办法进行工业生产已具规模。硅整流器与

硅闸流管问世促使硅材料生产一跃而居半导体材料首位。60年代硅外延生长单晶技

术和硅平面工艺浮现，不但使硅晶体管制造技术趋于成熟，并且促使集成电路迅速

发展。80年代初全世界多晶硅产量已达2500吨。硅还是有前程太阳电池材料之

一。用多晶硅制造太阳电池技术已经成熟；无定形非晶硅膜研究进展迅速；非晶硅

太阳电池开始进入市场。

化学成分硅是元素半导体。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分

别低于0.4ppb和0.1ppb。拉制单晶时要掺入一定量电活性杂质，以获得所规定导

电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害杂质，它们存在会使

PN结性能变坏。硅中碳含量较高，低于1ppm者可以为是低碳单晶。碳含量超过

3ppm时其有害作用已较明显。硅中氧含量甚高。氧存在有益也有害。直拉硅单晶

氧含量在5～40ppm范畴内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。

硅性质硅具备优良半导体电学性质。禁带宽度适中，为1.21电子伏。载流子

迁移率较高，电子迁移率为1350厘米/伏•秒，空穴迁移率为480厘米/伏•秒。

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本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×10欧•厘米,掺杂后电阻率可控制在10～10

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欧•厘米辽阔范畴内，能满足制造各种器件需要。硅单晶非平衡少数载流子寿命较长,

在几十微秒至1毫秒之间。热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定热氧化

膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成

金属-氧化物-半导体构造,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结

具备良好特性，使硅器件具备耐高压、反向漏电流小、效率高、使用寿命长、可靠

性好、热传导好，并能在200高温下运营等长处。

硅单晶重要技术参数硅单晶重要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非

平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。

导电类型导电类型由掺入施主或受主杂质决定。P型单晶多掺硼，N型单晶

多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。

电阻率与均匀度拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶电阻率。由于杂质分布

不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性涉及纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度

和微区电