Si衬底制作.ppt

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1、硅晶片的制备n单晶硅的制备单晶硅的制备硅石（硅石（SiO2）工业硅（粗硅）工业硅（粗硅） 高纯的多高纯的多晶硅晶硅 硅单晶硅单晶硅晶片的制备n三氯氢硅还原法制备高纯多晶硅三氯氢硅还原法制备高纯多晶硅粗硅制备粗硅制备n硅石（硅石（SiO2）和适量的焦炭混合，并在电炉内加热至）和适量的焦炭混合，并在电炉内加热至16001800 可制得纯度为可制得纯度为95%99%的粗硅。其反应式如的粗硅。其反应式如下：下：SiO2+3C=SiC+2CO 2SiC+SiO2=3Si+2COn总反应式：总反应式： SiO2+2C=Si+2COn生成的硅由电炉底部放出，浇铸成锭。用此法生产的粗硅生成的硅由电炉底部放出，

2、浇铸成锭。用此法生产的粗硅经酸处理后，其纯度可达到经酸处理后，其纯度可达到99.9%。三氯氢硅的合成三氯氢硅的合成n三氯氢硅是由干燥的氯化氢气体和粗硅粉在合成炉中三氯氢硅是由干燥的氯化氢气体和粗硅粉在合成炉中（250）进行合成的。其主要反应式如下：）进行合成的。其主要反应式如下：Si+3HCl=SiHCl3+H2 硅晶片的制备三氯氢硅的提纯三氯氢硅的提纯n一般合成的三氯氢硅中常含有三氯化硼（一般合成的三氯氢硅中常含有三氯化硼（BCl3）、三氯化磷（）、三氯化磷（PCl3）、四氯）、四氯化硅（化硅（SiCl4）、三氯化砷（）、三氯化砷（AsCl3）、三氯化铝（）、三氯化铝（Al2Cl3）等氯化物

3、。其中）等氯化物。其中绝大多数氯化物的沸点与三氯氢硅相差较大，因此通过绝大多数氯化物的沸点与三氯氢硅相差较大，因此通过精馏的方法精馏的方法就可以将就可以将这些杂质除去。但这些杂质除去。但BCl3和和PCl3的沸点与的沸点与SiHCl3相近，较难分离，故需采用相近，较难分离，故需采用高高效精馏效精馏，以除去这两种杂质。精馏提纯的除硼效果有一定限度，所以工业上，以除去这两种杂质。精馏提纯的除硼效果有一定限度，所以工业上也采用除硼效果较好的也采用除硼效果较好的络合物法络合物法。nSiHCl3沸点低，易燃易爆，全部操作要在低温下进行，一般操作环境温度不沸点低，易燃易爆，全部操作要在低温下进行，一般操作

4、环境温度不得超过得超过25，并且整个过程严禁接触火星，以免发生爆炸性的燃烧。，并且整个过程严禁接触火星，以免发生爆炸性的燃烧。三氯氢硅的氢还原三氯氢硅的氢还原n提纯提纯SiHCl3和高纯和高纯H2混合后，通入混合后，通入1150还原炉内进行反应，即可得到硅，还原炉内进行反应，即可得到硅，总的化学反应：总的化学反应：SiHCl3+H2=Si+3HCl n生成的高纯多晶硅淀积在多晶硅载体上。生成的高纯多晶硅淀积在多晶硅载体上。 硅晶片的制备n反应室液态三氯硅烷H2载送气体的气泡氢和三氯硅烷制程反应室TCS+H2EGS+HCl电子级硅材料硅晶片的制备nCzochralski法直拉单晶硅法直拉单晶硅直

5、拉法单晶硅工艺过程直拉法单晶硅工艺过程n引晶：引晶：通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时硅熔点的温度，将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体；旋转引出晶体；n缩颈：缩颈：生长一定长度的缩小的细长颈的晶体，以防止籽晶中的位错延伸生长一定长度的缩小的细长颈的晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；到晶体中；n放肩：放肩：将晶体控制到所需直径；将晶体控制到所需直径；n等径生长：等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；根据熔体

6、和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；n收尾：收尾：直径逐渐缩小，离开熔体；直径逐渐缩小，离开熔体；n降温：降温：降底温度，取出晶体；降底温度，取出晶体；n退火：退火：消除内应力，驱除填隙杂质离子消除内应力，驱除填隙杂质离子硅晶片的制备n直拉法直拉法: :柴科夫柴科夫斯基斯基( (CZ)CZ)法法石墨坩埚单晶 硅硅棒籽晶石英坩埚加热线圈1415 C熔融的硅硅晶片的制备硅晶片的制备n悬浮区熔悬浮区熔法法( (FZ Method)FZ Method)加热线圈多晶硅棒单晶硅籽晶加热线圈移动熔融硅硅晶片的制备n两种方法的比较两种方法的比较n柴科夫斯基柴科夫斯基(CZ)法是较常用的方法法是较常用的方

7、法价格便宜价格便宜较大尺寸的硅片较大尺寸的硅片 (直径直径300 mm)n悬浮区熔法悬浮区熔法(FZ Method)纯度较高纯度较高(不用坩埚）不用坩埚）价格较高，硅片尺寸较小价格较高，硅片尺寸较小 (150 mm)硅晶片的制备n晶片的切割晶片的切割晶片的切割主要分为以下几步：晶片的切割主要分为以下几步：去除籽晶和晶锭尾端；去除籽晶和晶锭尾端；磨光晶锭表面确定晶片直径；磨光晶锭表面确定晶片直径；磨制主标志面和次标志面；磨制主标志面和次标志面；用金刚石刀切片；用金刚石刀切片；n表面晶向，例如（表面晶向，例如（111）或（）或（100）；）；厚度，例如厚度，例如0.5mm，由晶片的直径，由晶片的直径决定；倾斜度，即从一端到另一端决定；倾斜度，即从一端到另一端晶片厚度的差异，和弯曲度，即从晶片厚度的差异，和弯曲度，即从晶片中心到晶片边缘的弯曲程度晶片中心到晶片边缘的弯曲程度用氧化铝和甘油进行双面研磨；用氧化铝和甘油进行双面研磨；抛光和清洗抛光和清洗保护、还原气氛下退火保护、还原气氛下退火硅晶片的制备n晶片上的辨别标志面主标志面45主标志面次标志面（111）n型（111）p型（100）n型次标志面（100）p型主标志面主标志面次标志面90次标志面909090主标志面次标志面180