Si衬底制作.ppt

Si衬底制备硅晶片的制备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1三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1.粗硅制备粗硅制备硅硅石石（SiO2）和和适适量量的的焦焦炭炭混混合合，并并在在电电炉炉内内加加热热至至16001800 可可制制得得纯纯度度为为95%99%的的粗粗硅硅。其其反反应应式式如如下：下：SiO2+3C=SiC+2CO 2SiC+SiO2=3Si+2CO总反应式：总反应式：SiO2+2C=Si+2CO生生成成的的硅硅由由电电炉炉底底部部放放出出，浇浇铸铸成成锭锭。用用此此法法生生产产的的粗粗硅硅经经酸处理后，其纯度可达到酸处理后，其纯度可达到99.9%。2.三氯氢硅的合成三氯氢硅的合成三三氯氯氢氢硅硅是是由由干干燥燥的的氯氯化化氢氢气气体体和和粗粗硅硅粉粉在在合合成成炉炉中中（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3.三氯氢硅的提纯三氯氢硅的提纯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。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。SiHCl3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。4.三氯氢硅的氢还原三氯氢硅的氢还原提纯提纯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 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2Czochralski法直拉单晶硅法直拉单晶硅直拉法单晶硅工艺过程直拉法单晶硅工艺过程引晶：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；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；放肩：放肩：将晶体控制到所需直径；将晶体控制到所需直径；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；根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；收尾：收尾：直径逐渐缩小，离开熔体；直径逐渐缩小，离开熔体；降温：降温：降底温度，取出晶体；降底温度，取出晶体；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3 3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两种方法的比较两种方法的比较柴科夫斯基柴科夫斯基(CZ)法是法是较常用较常用的方法的方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)悬浮区熔悬浮区熔法法(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4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：1.去除籽晶和晶锭尾端；去除籽晶和晶锭尾端；2.磨光晶锭表面确定晶片直径；磨光晶锭表面确定晶片直径；3.磨制主标志面和次标志面；磨制主标志面和次标志面；4.用金刚石刀切片；用金刚石刀切片；表表面面晶晶向向，例例如如（111）或或（100）；厚厚度度，例例如如0.5mm，由由晶晶片片的的直直径径决决定定；倾倾斜斜度度，即即从从一一端端到到另另一一端端晶晶片片厚厚度度的的差差异异，和和弯弯曲曲度度，即即从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5.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；6.抛光和清洗抛光和清洗7.保护、还原气氛下退火保护、还原气氛下退火硅晶片的制备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