單晶制程工藝流程

1、2,硅Silicon,3,硅的物理性質(zhì),晶體硅為鋼灰色，無定形硅為黑色，密度2.4g／cm3，熔點(diǎn)1420℃，沸點(diǎn)2355℃，晶體硅屬于原子晶體，硬而有光澤，有半導(dǎo)體性質(zhì)。硅的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在高溫下能與氧氣等多種元素化合，不溶于水、硝酸和鹽酸，溶于氫氟酸和堿液，用于造制合金如硅鐵、硅鋼等，單晶硅是一種重要的半導(dǎo)體材料，用于制造大功率晶體管、整流器、太陽能電池等。硅在自然界分布極廣，地殼中約含27.6％，結(jié)晶型的硅是暗黑藍(lán)色的，很

2、脆，是典型的半導(dǎo)體。化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。在常溫下，除氟化氫以外，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。,4,硅的電學(xué)性質(zhì),一是導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,其電阻率約在10-4-1010Ω.cm范圍內(nèi)二是電導(dǎo)率和導(dǎo)電型號對雜質(zhì)和外界因素(光,熱,磁等)高度敏感無缺陷半導(dǎo)體的導(dǎo)電性很差,稱為本征半導(dǎo)體。當(dāng)摻入極微量的電活性雜質(zhì)，其電導(dǎo)率將會顯著增加，例如，向硅中摻入億分之一的硼，其電阻率就降為原來的千分之一。,5,硅的摻雜,半導(dǎo)體: 一般而言,

3、半導(dǎo)體材料都是利用高純材料,然后人為地加入同類型,不同濃度的雜質(zhì),精確控制其電子或空穴的濃度.本征半導(dǎo)體:在超純沒有摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料中,電子和空穴的濃度相等,稱為本征半導(dǎo)體.N型半導(dǎo)體:如果在超高純半導(dǎo)體材料中摻入某種雜質(zhì)元素如磷(P),使得電子濃度大于空穴濃度,稱其為n型半導(dǎo)體(而此時的電子稱為多數(shù)載流子,空穴稱為少數(shù)載流子);P型半導(dǎo)體:在超高純半導(dǎo)體材料中摻入某種雜質(zhì)元素如硼(B),使得空穴濃度大于電子濃度,則稱為其p型

4、半導(dǎo)體,(此時的空穴稱為多數(shù)載流子,電子稱為少數(shù)載流子).相應(yīng)地,這些雜質(zhì)被稱為n型摻雜劑(施主雜質(zhì))或p型摻雜劑(受主雜質(zhì)),6,硅的化學(xué)性質(zhì),硅屬元素周期表第三周IVA族，原子序數(shù)14，原子量28.085。原子價主要為4價，其次為2價，因而硅的化合物有二價化合物和四價化合物硅的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在高溫下能與氧氣等多種元素化合，不溶于水、硫酸，硝酸、鹽酸及王水，卻易溶于氫氟酸和硝酸的混合液，用于造制合金如硅鐵、硅鋼等，如在拉晶時

5、與石英坩堝（Sio2）反應(yīng)： Si+ Sio2=2Sio（所以會增加硅中氧的濃度）結(jié)晶型的硅是暗黑藍(lán)色的，很脆，是典型的半導(dǎo)體。化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。在常溫下，除氟化氫以外，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。,7,硅的用途,高純的單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導(dǎo)體；摻入微量的第VA族元素，形成n型和p型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就可做成太陽能電池，將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｔ陂_發(fā)能源方面是一種很有前途的材料

6、。另外廣泛應(yīng)用的二極管、三極管、晶閘管和各種集成電路（包括我們計(jì)算機(jī)內(nèi)的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。,8,硅材料的分類,一、按硅材料的導(dǎo)電特性分類：1、P型：在硅料中摻入千萬分之一的鋁、鎵、銦、硼等元素得到的半導(dǎo)體2、N型：在硅料中摻入千萬分之一的銻、磷、砷等元素得到的半導(dǎo)體3、PN混合型，兩種摻雜元素都有4、本征半導(dǎo)體：無PN型，檢測時也無電流，電阻率很高，純度非常高。,按其分子排列格子分類,1、單晶硅料： 以有序的分子

7、格式排列的硅材料 2、多晶硅料： 以無序的分子格式排列的硅材料,9,硅純度,1、半導(dǎo)體級：純度以9N以上的可用于半導(dǎo)體制作，如：二級管、三級管等。9N即純度在99.999999999%以上,電阻率為≤6Ω.cm　2、IC級（Integrated Circuit）：純度在12N以上的可用于制作集成電路，如：電腦CPU，一般可編程IC，集成模塊等，電阻率≥6Ω.cm3、區(qū)熔級：電阻率高為幾十到一百多。4、工業(yè)硅：純度很低

8、的硅材料，在98%左右，主要用工業(yè)用途，如冶煉合金等,10,原生多晶回收料,碎硅片,IC裸片,原材料,碳頭多晶,進(jìn)口原生多晶,頭尾料,提肩料,籽晶,邊皮料,堝底料,11,直拉單晶工藝流程：,直拉單晶工藝周期流程,工藝流程重點(diǎn),12,單晶工藝流程明細(xì),3.裝料:裝入指定的原料用量注意不要損壞坩堝需考慮到熔解方式避免產(chǎn)生掛邊，搭橋。,4.抽真空:達(dá)到工藝要求的真空度 檢漏:確認(rèn)爐內(nèi)的漏氣率在超過規(guī)定值時要進(jìn)行檢查,1.

9、安裝石英坩堝: 將石英坩堝裝入石墨坩堝內(nèi)注意不要碰壞坩堝確認(rèn)石英坩堝沒有傷,臟污,2.放置摻雜劑控制電阻率一點(diǎn)不剩全部倒入坩堝內(nèi),13,單晶工藝流程明細(xì),7.引晶:除去晶種機(jī)械加工成形時導(dǎo)致的塑性變形缺陷一邊旋轉(zhuǎn)一邊引晶的工序根據(jù)晶向以最合適的速度引晶,8.放肩:結(jié)晶直徑擴(kuò)大到指定尺寸,5.化料穩(wěn)溫:在規(guī)定的電力和坩堝位置下熔化多晶液體完全均勻混合保持一段時間，等融化后的硅材料穩(wěn)定。

10、 同時，氣體揮發(fā)，液體溫度、坩堝溫度及熱場達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài),6 .熔接/吃光圈（籽晶插入液面很光亮、很清晰的一道圓圈）,14,11.收尾：在單晶不發(fā)生晶裂情況下，不斷縮小直徑，直至尾端成一尖點(diǎn)與液面分開,12.冷卻:將晶棒緩慢保提起，讓晶體慢慢冷卻,9 .轉(zhuǎn)肩:達(dá)到目標(biāo)直徑后縱向生長,10.等徑:維持指定的直徑尺寸拉晶,單晶工藝流程明細(xì),15,單晶工藝流程明細(xì),13 .取晶棒拆爐（注意晶棒與晶棒車