硅加工工艺
生产硅工艺流程
生产硅工艺流程生产硅是一种重要的工业过程，包括多个步骤和工艺流程。
下面是一个基本的硅制备流程:1. 原料准备：硅的主要原料是硅石，通常是硅酸盐矿石，如石英或硅石。
这些矿石需要经过粉碎和分类处理，以获得适合生产的颗粒大小和纯度。
2. 石英熔炼：首先，将适量的石英矿石和煤与助熔剂一起放入高温电阻炉中。
通过通电加热，矿石和煤会熔化，并与助熔剂反应生成石墨炉渣。
在此过程中，高温下的反应将石英的氧化物还原为纯硅。
3. 炉渣转化：经过石英熔炼后，炉内的石墨炉渣会降温并凝固成块状。
这些炉渣块会进行破碎和分类处理，以得到所需的炉渣粒度。
然后，炉渣会经过处理和反应转化为其他有用的化合物，如二氧化硅或硅酸。
4. 炉渣精炼：炉渣转化后，可以进行炉渣精炼步骤以提高所得硅的纯度。
在精炼过程中，将炉渣放入高温还原炉中，并用还原剂通入。
高温下进行的还原反应会进一步净化硅，除去残余杂质。
5. 硅的提纯：炉渣精炼过程后，得到的硅会进行进一步的提纯。
通常使用化学方法，如溶剂萃取或电化学法，将硅中的其他杂质去除，提高硅的纯度。
6. 硅的制备：提纯的硅液会倾入浇铸模具中，使其冷却和凝固。
在此过程中，硅会逐渐形成固体硅块或固化硅缸。
这些固体硅块可以进一步加工和制备成需要的形状和尺寸，如硅片或硅棒。
7. 检测和检验：在硅制备的各个阶段，需要进行严格的检测和检验，以确保产品质量和性能达到要求。
常见的检测方法包括化学分析、物理性能测试以及微观结构分析。
以上是生产硅的基本工艺流程。
实际的硅制备过程可能还会包括其他的步骤和工艺，取决于具体的应用和要求。
硅制备的工艺需要高温、高压和严格控制条件，以保证产品的质量和效能。
适当的设备和工艺优化可以提高硅制备效率和产量，降低成本，并减少对环境的影响。
硅加工工艺PPT课件
硅加工工艺
3．曝光
• 曝光就是对涂有光刻胶且进行了前烘之后 的硅片进行选择性的光照，曝光部分的光 刻胶将改变其在显影液中的溶解性，经显 影后在光刻胶膜上得到和“掩膜”相对应 的图形。
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硅加工工艺
4．显影
• 显影是把曝光后的硅片放在显影液里，将应去 除的光刻胶膜溶除干净，以获得腐蚀时所需要 的抗蚀剂膜保护图形。
多晶
硅
SiO2
SiO2
Si P-
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硅加工工艺
6）离子注入，栅条、裸露的衬底以及厚氧化层都被 注入
多晶
硅
SiO2
SiO2
Si P-
7）栅和厚氧化层屏蔽了各自下面的硅，只有栅条两
边裸露的硅被注入，这就确保了栅条与源-漏区的对
准。
多晶 硅
SiO2
SiO2
Si P-
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硅加工工艺
由于栅的屏蔽作用，N型杂质不能进入栅的下面， 在栅的两边形成了独立的两块N型区域，这被称为硅 栅自对准。
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硅加工工艺
离子注入的基本原理
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硅加工工艺
离子注入设备
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硅加工工艺
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硅加工工艺
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硅加工工艺
2.3 生长外延层
• 外延生长用来生长薄层单晶材料，即薄膜 • 外延生长：按照原来的晶向在单晶衬底上，
生长另一层合乎要求的单晶层的方法。 • 生长的这层单晶叫外延层。（厚度为几微米）
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硅加工工艺
8）在退火的时候，源-漏区会由于扩散而稍稍进入到 栅下一点点，重叠很小。在退火的同时，还可以在表 面生长另一层二氧化硅。
SiO2
多晶 硅
Si P-
SiO2
硅棒加工知识点总结
硅棒加工知识点总结一、硅棒加工工艺硅棒加工的工艺包括：硅棒原料准备、硅棒成型、硅棒烧结、硅棒表面处理等。
在硅棒加工过程中，需根据产品要求选择合适的硅棒材料，并采用合适的工艺流程进行加工，确保产品质量符合要求。
1. 硅棒原料准备硅棒的制备材料一般有单晶、多晶硅和硅粉等。
在进行硅棒原料准备时，需要根据加工要求选用合适的硅棒材料，并进行粉碎、筛分等处理，以便获得颗粒度、成分均匀的硅棒原料。
2. 硅棒成型硅棒成型是指利用压模机、注射成型机等设备将硅棒原料进行模具成型，以形成硅棒的初始形状。
在硅棒成型过程中，需要选择合适的成型工艺参数，确保硅棒的形状、尺寸符合要求。
3. 硅棒烧结硅棒烧结是指将硅棒成型后的坯料进行高温烧结，使其结晶成型。
硅棒烧结过程中需要控制烧结温度、保温时间等工艺参数，确保硅棒的结晶度、密度符合要求。
4. 硅棒表面处理硅棒表面处理是指对硅棒进行打磨、抛光等工艺处理，以改善硅棒表面质量。
硅棒表面处理过程中，需选用合适的研磨材料、速度、压力等参数，确保硅棒的表面粗糙度、光泽度符合要求。
二、硅棒加工设备硅棒加工设备主要包括：模具成型设备、烧结设备、研磨设备等。
在进行硅棒加工时，需要根据产品要求选择合适的加工设备，并对设备进行维护、保养，以确保设备能够正常运转，保证产品质量。
1. 模具成型设备模具成型设备主要包括压模机、注射成型机等设备。
在进行硅棒成型时，需要根据产品要求选用合适的成型设备，并对成型设备进行调试、监控，以确保成型精度和稳定性。
2. 烧结设备烧结设备主要包括烧结炉、热压设备等。
在进行硅棒烧结时，需要根据产品要求选用合适的烧结设备，并对烧结设备进行温度、压力控制，以确保硅棒的结晶度、密度符合要求。
3. 研磨设备研磨设备主要包括磨床、打磨机、抛光机等设备。
在进行硅棒表面处理时，需要根据产品要求选用合适的研磨设备，并对研磨设备进行参数调整、操作控制，以确保硅棒的表面质量符合要求。
三、硅棒加工工艺控制硅棒加工工艺控制是保证产品质量的关键。
硅片加工技术
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降低硅片加工成本的挑战与解决方案
挑战
随着硅片尺寸的增大，加工难度和成 本也随之增加。
解决方案
采用先进的加工设备和工艺，如多线 切割、连续抛光等，以提高加工效率 和降低单位成本。
挑战
高能耗和高物耗对成本的影响。
解决方案
采用节能减排技术和资源回收利用技 术，如高效电机、循环水系统等，以 降低能耗和物耗成本。
抛光效率有很大影响。
清洗工艺
01
清洗工艺是硅片加工中的重要环节，其目的是去除硅片表面的 污垢和杂质，确保硅片的清洁度和质量。
02
清洗工艺通常采用多种清洗方法和清洗剂，包括酸洗、碱洗、
超声波清洗等。
清洗工艺中的清洗设备和清洗环境对硅片表面的清洗效果和清
03
洗效率有很大影响。
04 硅片加工技术的挑战与解 决方案
特点
硅片加工技术具有高精度、高效 率、低成本等优点，广泛应用于 微电子、光电子、太阳能等领域 。
硅片加工技术的发展历程
01
02
03
早期硅片加工技术
采用手工研磨、抛光等传 统方法，加工精度和效率 较低。
现代硅片加工技术
采用化学机械抛光、外延 生长、离子注入等先进工 艺，提高了加工精度和效 率。
未来硅片加工技术
硅片加工技术
contents
目录
• 硅片加工技术概述 • 硅片加工技术流程 • 硅片加工技术中的关键工艺 • 硅片加工技术的挑战与解决方案 • 硅片加工技术的发展趋势与未来展望
01 硅片加工技术概述
硅片加工技术的定义与特点
定义
硅片加工技术是指通过一系列工 艺流程，将硅材料加工成具有特 定形状、尺寸和性能的硅片的技 术。
硅通孔技术加工流程
硅通孔技术加工流程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：硅通孔技术是一种常见的半导体加工技术，用于在硅片上制造微小的通孔，可用于集成电路的制造和其他应用领域。
在这篇文章中，我们将详细介绍硅通孔技术的加工流程，以及每个步骤的相关工艺和设备。
1. 原料准备硅通孔技术的原料主要是硅片，通常采用P型或N型硅片，其厚度通常在几毫米到几十毫米之间。
硅片需要进行表面处理和清洁，确保表面平整，无杂质和污染，以保证通孔加工的精度和质量。
2. 掩膜加工需要在硅片表面涂布一层光刻胶，然后使用光刻机对光刻胶进行曝光和显影，形成图案。
这个图案即为通孔的布局和大小。
在曝光和显影过程中，要确保光刻胶的质量和厚度一致，以保证通孔加工的精度和稳定性。
3. 离子注入在形成的光刻图案上，进行离子注入。
离子注入是一种常用的加工方法，可利用离子束在硅片表面形成通孔的起始。
注入进入硅片后，会产生损伤层，使硅片产生开孔的倾向。
4. 腐蚀加工在离子注入后，需要进行腐蚀加工，以完成通孔的加工。
常用的腐蚀方法有湿法和干法两种。
湿法腐蚀是将硅片浸泡在特定的腐蚀液中，使其表面受到腐蚀，形成通孔。
干法腐蚀是利用气体等的化学反应，将硅片表面进行腐蚀。
5. 清洗和检测通孔加工完成后，需要对硅片进行清洗，去除残留的腐蚀物和杂质。
然后，对通孔进行检测，检查其质量和精度是否符合要求。
通常会采用显微镜、扫描电镜等设备对通孔进行检测和分析。
6. 后处理需要对通孔进行后处理，可以采用化学沉积、物理气相沉积等方法，填充通孔，提高其导电性和机械稳定性。
也可以进行封装和保护措施，以增加通孔的使用寿命和可靠性。
7. 总结硅通孔技术是一种重要的半导体加工技术，具有广泛的应用前景。
通过对硅通孔技术的加工流程的了解，可以更好地掌握其工艺原理和关键步骤，进一步提高通孔加工的效率和质量。
希望本文能对硅通孔技术的研究和应用提供一定的参考和帮助。
第二篇示例：硅通孔技术加工是一种常见的硅加工工艺，主要用于制作各种微型电子器件和传感器。
硅胶加工工艺
硅胶加工工艺1. 硅胶的概述硅胶是一种由有机硅聚合物制成的高分子材料，具有优异的耐热、耐寒、耐候性能，同时具有良好的柔韧性和可塑性。
硅胶广泛应用于电子、医疗、食品、化妆品等领域，其加工工艺对产品质量和性能起着重要作用。
2. 硅胶加工工艺流程硅胶加工工艺流程主要包括原料配比、混合搅拌、模具制作、注射成型和固化等步骤。
下面将详细介绍每个步骤的操作要点。
2.1 原料配比硅胶加工的第一步是进行原料配比。
根据产品的要求和使用环境，选择合适的硅胶材料，并根据配方确定各种添加剂的比例。
原料配比需要精确控制，以确保产品的性能稳定和一致性。
2.2 混合搅拌将经过精确配比的硅胶材料投入到混合搅拌设备中进行充分搅拌。
搅拌的目的是将各种原料充分混合均匀，确保产品中各种成分的分散性和稳定性。
搅拌时间和速度需要根据具体的硅胶材料和配方进行调整。
2.3 模具制作模具制作是硅胶加工中的关键步骤之一。
根据产品的形状和尺寸要求，选择合适的模具材料，并使用数控机床或其他加工设备进行精确加工。
模具表面需要经过抛光等处理，以确保产品表面光滑。
2.4 注射成型将混合搅拌好的硅胶材料注入到模具中进行成型。
注射时需要控制好注射速度和压力，以避免产生气泡和其他缺陷。
注射完成后，需要对模具进行震动排气，进一步排除可能存在的气泡。
2.5 固化注射成型后的硅胶产品需要进行固化处理。
固化方法主要有自然固化和热固化两种。
自然固化是将产品放置在适当的环境中，通过时间让其自然固化；热固化是通过加热设备提高产品固化速度。
固化时间和温度需要根据具体的硅胶材料和产品要求进行调整。
3. 硅胶加工中的注意事项在硅胶加工过程中，需要注意以下几点：3.1 温度控制硅胶材料对温度敏感，加工时需要控制好温度。
过高的温度会导致硅胶材料失去柔韧性，过低的温度则会影响流动性和固化效果。
3.2 模具设计模具设计应考虑产品的形状、尺寸和结构特点，以确保产品成型质量。
模具表面要光滑平整，以避免产生瑕疵。
硅胶制品加工工艺
硅胶制品加工工艺
硅胶制品加工工艺有多种，包括模压、挤出、浸涂、压延、注射和灌注等。
这些工艺的具体应用取决于产品的形状、尺寸和所需性能。
模压硅胶制品通常是通过将硅橡胶原料放入模具中，在高温和压力下成型，然后脱模得到成品。
这种工艺适用于生产具有一定尺寸和形状要求的硅胶制品，如硅胶杂件、手环、手机套等。
挤出硅胶制品则是通过挤出机将硅胶原料挤压成连续的管状、棒状或片状产品，然后进行冷却、切割和卷绕等后续处理。
这种工艺适用于生产连续的硅胶管、电线电缆绝缘层等产品。
浸涂硅胶制品是将硅橡胶原料溶于有机溶剂中，然后将需要涂覆的基材浸入溶胶中，使硅胶涂覆在基材表面。
这种工艺适用于生产厚度较薄、外观要求较高的硅胶制品，如奶瓶硅胶套等。
压延硅胶制品是将硅橡胶原料放置在两个加热的滚轮之间，通过滚轮的旋转将硅胶原料压延成薄膜或片材。
这种工艺适用于生产厚度均匀、透明的硅胶片材或薄膜，如硅胶厨具、桌垫等。
注射硅胶制品是将硅橡胶原料放入注射机中，在高温和压力下注射到模具中成型，然后冷却得到成品。
这种工艺适用于生产结构复杂、尺寸精度要求高的硅胶制品，如医疗器械配件等。
灌注硅胶制品是将硅橡胶原料放入模具中，通过真空或压力将原料注入到模具的各个角落，然后加热加压成型得到成品。
这种工艺适用于生产要求高精度、高透明度的硅胶制品，如奶嘴、密封圈等。
总之，不同的硅胶制品加工工艺适用于不同的产品和应用场景，加工过程中还需要注意温度、压力、时间等工艺参数的控制，以保证产品的质量和性能。
工业硅生产工艺流程
工业硅生产工艺流程简介硅石及炭质还原剂按一定的配比称量自动加到矿热炉内，将炉料加热到2000摄氏度以上，二氧化硅被炭质还原剂还原生成工业硅液体和一氧化碳(CO)气体，CO气体通过料层逸出。
在硅水包底部通入氧气、空气混合气体，以除去钙、铝等其他杂质。
通过电动包车将硅水包运到浇铸间浇铸成硅锭。
硅锭冷却后进行破碎、分级、称量、包装、入库得到成品硅块。
烟气经炉口烟罩进入烟道，经空冷器、风机进入布袋除尘器除尘等环保设施处理后，达到国家规定排放标准排放。
一、原材料及电力（一）硅石：储量丰富，但整体质量不高硅在地壳中资源极为丰富，仅次于氧，占地壳比重超四分之一，主要以二氧化硅或硅酸盐形式存在于岩石、砂砾、尘土之中。
其中，硅石的主要成分是二氧化硅，种类包括石英岩、石英砂岩、天然石英砂、脉石英等。
我国硅石矿资源丰富，保有矿石储量超过40亿吨，但整体质量不高。
石英岩、石英砂岩、天然石英砂岩是国内常见的硅石资源，三者占我国硅石矿资源的99.07%，而高品质的脉石英仅占我国石英矿资源的0.93%。
每生产1吨工业硅大约需要2.7-3吨硅石，大约占比成本10%左右。
国内工业硅使用的硅石矿主产地集中在新疆、云南、湖北、江西、广西等地。
其中湖北、江西硅石质量较高，云南硅石供应充足但质量较普通，新疆硅石供给在品位上则较为复杂。
在考虑经济成本的情况下，硅石品位的高低直接决定了产成品工业硅的品质，具体而言：纯净的硅(Si)是从自然界中的石英矿石(主要成分二氧化硅)中提取出来的,分几步反应:1.二氧化硅和炭粉在高温条件下反应,生成粗硅:SiO2+2C=Si(粗)+2CO2.粗硅和氯气在高温条件下反应生成氯化硅:Si(粗)+2Cl2=SiCl43.氯化硅和氢气在高温条件下反应得到纯净硅:SiCl4+2H2=Si(纯)+4HCl以上是硅的工业制法,在实验室中可以用以下方法制得较纯的硅:1.将细砂粉(SiO2)和镁粉混合加热,制得粗硅:SiO2+2Mg=2MgO+Si(粗)2.这些粗硅中往往含有镁,氧化镁和硅化镁,这些杂质可以用盐酸除去:Mg+2HCl=MgCl2+H2MgO+2HCl=MgCl2+H2OMg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4（二）太阳能级多晶硅新工艺技术（1）改良西门子法—闭环式三氯氢硅氢还原法改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。
硅片生产工艺流程与注意要点说明
硅片生产工艺流程及注意要点简介硅片的准备过程从硅单晶棒开始，到清洁的抛光片结束，以能够在绝好的环境中使用。
期间，从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。
除了有许多工艺步骤之外，整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。
硅片的加工从一相对较脏的环境开始，最终在10级净空房内完成。
工艺过程综述硅片加工过程包括许多步骤。
所有的步骤概括为三个主要种类：能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能；能减少不期望的表面损伤的数量；或能消除表面沾污和颗粒。
硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。
工艺步骤的顺序是很重要的，因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。
在以下的章节中，每一步骤都会得到详细介绍。
表1.1 硅片加工过程步骤1.切片2.激光标识3.倒角4.磨片5.腐蚀6.背损伤7.边缘镜面抛光8.预热清洗9.抵抗稳定——退火10.背封11.粘片12.抛光13.检查前清洗14.外观检查15.金属清洗16.擦片17.激光检查18.包装/货运切片（class 500k）硅片加工的介绍中，从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。
这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗，也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。
为了尽量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。
切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。
切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。
这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小，对硅片的损伤也最小，并且允许硅片的翘曲也是最小。
切片是一个相对较脏的过程，可以描述为一个研磨的过程，这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。
硅片切割完成后，所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。
在这清除和清洗过程中，很重要的一点就是保持硅片的顺序，因为这时它们还没有被标识区分。
激光标识(Class 500k)在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片会被用激光刻上标识。
高纯晶硅生产工艺流程
高纯晶硅生产工艺流程一、概述高纯晶硅是一种重要的半导体材料，广泛应用于电子、光电子、太阳能等领域。
其生产工艺主要包括原料准备、氯化法制备气态硅、气相沉积法制备多晶硅和单晶硅、单晶硅切割和清洗等环节。
本文将详细介绍高纯晶硅的生产工艺流程。
二、原料准备高纯晶硅的主要原料为石英砂和木炭。
石英砂是一种无色透明的矿物，化学成分为SiO2，是制备高纯晶硅的重要原材料。
木炭是一种黑色固体，主要成分为碳，用于还原气态硅中的杂质。
在生产前需要对这两种原料进行精细加工和筛选，以保证其质量达到生产要求。
三、氯化法制备气态硅1. 碳还原反应将经过精细加工和筛选后的木炭与石英砂按一定比例混合，在电阻加热炉中进行碳还原反应。
反应式为SiO2+2C=Si+2CO，反应生成的气体为CO和SiCl4。
2. 氯化反应将碳还原反应产生的气体与氯气混合，进行氯化反应。
反应式为Si+2Cl2=SiCl4。
生成的气态硅化合物经过精馏和冷却后得到高纯度的气态硅（purity>99.999%）。
四、气相沉积法制备多晶硅和单晶硅1. 多晶硅制备将高纯度的气态硅通过热分解法制备成多晶硅。
在热分解过程中，将气态硅通过加热转变为SiH4，再通过放电分解成SiH3基团，在高温下再结晶形成多晶硅。
2. 单晶硅制备将多晶硅通过Czochralski法或Float-zone法制备成单晶硅。
在Czochralski法中，将多晶硅放入石英坩埚中，在高温下加入少量的掺杂剂和溶剂，然后用铜丝悬挂一根单晶种子，在坩埚中旋转并缓慢提升种子，使其在坩埚中形成一个单晶体。
在Float-zone法中，则是通过高温加热多晶硅，在硅棒中形成一个熔区，然后缓慢移动硅棒，使其在熔区中形成一个单晶体。
五、单晶硅切割和清洗将制备好的单晶硅进行切割和清洗处理。
首先将单晶硅切割成适当大小的圆片，然后用酸溶液或碱溶液进行清洗处理。
清洗过程中需要注意避免污染和损伤单晶硅表面。
六、总结高纯晶硅生产工艺流程包括原料准备、氯化法制备气态硅、气相沉积法制备多晶硅和单晶硅、单晶硅切割和清洗等环节。
MEMS工艺(5表面硅加工技术)
表面微加工
表面微加工技术主要靠在基底上逐 层添加材料而构造微结构
表面微加工器件是由三种典型的部 件组成：⑴牺牲层；⑵微结构层； ⑶绝缘层部分
基本概念
在微机械加工中，通常将两层薄膜中的下 面一层腐蚀掉，只保留上面的一层，这种 技术称为牺牲层腐蚀，又称为分离层腐蚀。 利用牺牲层腐蚀技术直接在衬底表面制作 微机械元件结构的技术被称为“硅表面微 机械加工技术”。
不同淀积方法生成的二氧化硅性质表
。）
PECVD 200℃ SiO1。9（H） 可变(Adams 说 不一致) 失氢 2．3 1．47 300（压）到300 （拉） 3到6
淀积类型 典型温度 成分 台阶覆盖率 热稳定性 密度(g/cm3) 折射率 应力（Mpa） 电介质强度 (106V/cm或 102V/μm) 腐蚀速率 (nm/min)(H2O: HF=100:1)
多晶硅材料的主要特点 （2）多晶硅薄膜对生长衬底的选择不 苛刻。衬底只要有一定的硬度、平整度 及能耐受住生长工艺温度即可。 （3）可以通过对生长条件及后工艺的 控制来调整多晶硅薄膜的电阻率，使它 成为绝缘体、导体或半导体，从而适应 不同器件或器件不同部分的需要。
多晶硅材料的主要特点
（4）多晶硅薄膜作为半导体材料 可以像单晶硅那样通过生长、扩散 或离子注入进行掺杂，形成N型或 P型半导体，制成p-n结；可以采用 硅平面工艺进行氧化、光刻、腐蚀 等加工。
二氧化硅当然是硅加工实验室中最常用的 介质。它可以自身生长，也可以淀积，有 无掺杂剂都行，既使掺杂后仍然绝缘。
热生长型SiO2常用作MOS门绝缘层。如 果淀积的SiO2 中掺入磷，那就叫做磷硅 玻璃、“P玻璃”或PSG，它常用作最终 钝化层；
如果掺入硼，那就叫做硼硅玻璃或BSG；如 果在玻璃中掺入磷和硼的混合物，则常称为 BPSG或低温氧化物（LTO），它具有良好 的低温回流特性，可使高深宽比表面结构 “光洁化”或平面化。 在IC工艺中，SiO2是一种多用途的基本材料， 它通过热氧化生长和为满足不同要求采用不 同工艺淀积获得。
硅材料加工及应用技术
硅材料加工及应用技术硅材料是一类重要的半导体材料，具有广泛的应用领域。
硅材料加工及应用技术可以分为硅晶体生长、硅材料加工工艺和硅材料的应用等方面。
下面将分别对这些方面进行详细阐述。
一、硅晶体生长技术硅晶体生长是硅材料制备的关键步骤之一，主要有单晶生长和多晶生长两种技术。
1. 单晶生长技术单晶生长技术是指将硅溶液或硅气体经过特殊方法制备成单晶硅。
常用的单晶生长方法有Czochralski法和区域熔融法。
Czochralski法是最常用的单晶生长方法之一，其原理是将高纯度的硅溶液放入铂或石英制成的坩埚中，然后通过在溶液表面引起温度梯度和晶体的旋转，使得溶液中的硅晶体逐渐生长。
区域熔融法是另一种重要的单晶生长方法，其原理是在硅晶体的腔中创建高温区域，通过控制高温区域的形态和移动，使得硅晶体逐渐生长。
2. 多晶生长技术多晶生长技术是指将硅溶液或硅气体制备成多晶硅。
常用的多晶生长方法有气相沉积法和溶液抛光法。
气相沉积法是一种多晶生长技术的主要方法，其原理是通过将硅气体在高温下分解成硅原子，并沉积在基底上形成多晶硅。
溶液抛光法是一种新兴的多晶生长技术，其原理是通过将硅溶液注入到特殊的设备中，通过机械抛光的方式在硅基底上形成多晶硅。
二、硅材料加工工艺硅材料加工工艺主要包括切割、研磨、抛光等过程。
1. 切割硅材料的切割主要是将大块的硅晶体切割成所需尺寸的晶片。
常用的切割方法有线锯切割和酸蚀切割。
线锯切割是一种常见的切割方法，其原理是通过用金刚石线锯将硅晶体切割成所需的尺寸。
酸蚀切割是另一种切割方法，其原理是通过在硅晶体上涂覆一层保护膜，然后将硅晶体浸入酸液中，使其被酸蚀，从而实现切割。
2. 研磨与抛光硅材料的研磨与抛光主要是为了获得光滑的表面，常用的方法有机械研磨和化学机械抛光。
机械研磨是通过使用研磨机械将硅材料的表面进行机械研磨，以去除表面的不均匀性和缺陷。
化学机械抛光是一种将硅材料的表面进行化学和机械结合的处理方法，其原理是通过在硅材料上涂覆一层化学溶液，然后使用机械研磨机械进行抛光，以获得光滑的表面。
硅片的倒角、研磨和热处理工艺技术
硅片倒角 简介 工艺 流程 主要参数
1. 倒角
倒角
定义：采用高速运转的金刚石磨轮，对进行 转动的硅片边缘进行摩擦，从而获得钝圆形 边缘的过程。属于固定磨粒式磨削。
作用：消除边缘锋利区，大大减小边缘崩裂 的出现，利于释放应力。
崩裂原因：边缘凸凹不平、存在边缘应力、 受热边缘膨胀系数不同等等。
c. 塑性变形。获得非晶的塑性层，最终去除。
(2) 研磨浆主要包括：
a. 磨料：粒度小，则磨削的表面粗糙度小，加 工精度高. 但是加工速度慢。粒度大，则加 工速度快，但是加工粗糙度大。
基于效率和精度要求：先用粗磨料加工，再 用细磨料加工。
磨片中，磨粒通常采用金刚砂，即SiC颗粒。
不同大小磨粒的磨削比较
磨削 表面粗 划痕 效率 糙度
大磨粒 高 大
深
比表 摩擦力 面积 发热量
小 摩擦小， 发热少
小磨粒 低 小
浅 大 摩擦大，
发热多
b. 磨削液的作用： 冷却作用：把切割区的热量带走。 排渣作用：将研磨屑和破碎的磨粒冲走。 润滑作用：减小磨粒和表面的机械摩擦。 防锈作用：磨粒除了磨削工件，对金属底盘 也进行切削，要防止金 属底盘生锈。
1）硅片研磨
磨片：多线切割以后的硅片，表面有一定 的损伤层，（存在晶格畸变、划痕以及较 大起伏度），为了获得光滑而平整的晶体 表面，需要将损伤层去除，通常分两步： 第一，机械研磨，第二，表面抛光。而采 用研磨方式，来去除损伤层，就是磨片。
磨片方式：研磨浆中的磨粒在一定压力作 用下，研磨工件的表面。
硅片的倒角、研磨和热处理
加工工艺： 1. 边缘倒角 2. 表面研磨 3. 热处理
工艺介绍
倒角：通过金刚石砂轮对硅片边缘进行打磨， 使其边缘钝圆光滑，而不易破碎。
硅微加工工艺 PPT
2、硅的体微加工技术
• 硅微细加工（Silicon Micromachining）主要是指以 硅材料为基础制作各种微机械零部件的加工技术。 总体上分为体加工和面加工两大类。
• 体加工主要指各种硅刻蚀（腐蚀）技术，而面加 工则指各种薄膜制备技术。
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2.1硅的体微加工技术
• 硅的体微加工（Bulk Micromachining）技术是指利 用刻蚀（Etching）等工艺对块硅进行准三维结构 的微加工，即去除部分基体或衬底材料，以形成 所需要的硅微结构。
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各向同性刻蚀的停蚀技术 • HNA系统在高稀释情况下(如体积1HF+3HNO3+8CH3COOH)
可以对掺杂浓度不同的硅进行选择性刻蚀。
• 实验表明，对于高掺杂硅和低掺杂硅，在HNA系统刻蚀 2min后，其刻蚀深度比为160:1；随时间的推移，15min 后，比值降为6.7:1。这是由于在反应中亚硝酸(HNO2)增 加，导致了两种硅的刻蚀程度开始接近。
• 表面微加工主要使用的薄膜沉积技术：蒸镀、溅射、 化学气相沉积等。
• 典型的表面微加工方法是牺牲层技术。
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牺牲层技术
• 牺牲层技术就是在微结构层中嵌入一层牺牲材料，在 后续工序中有选择地将这一层材料（牺牲层）腐蚀掉 （也称为释放）而不影响结构的本身。
• 目的：使结构薄膜与衬底材料分离，得到各种所需的 可变形或可动的表面微结构。
这些刻蚀剂的共同特点：对硅的[100]晶面的刻 蚀速度最快，[110]晶面次之，[111]晶面的刻蚀 速度最慢。 硅在[111]和[100]晶面的刻蚀速度之比为1:400。
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各向异性刻蚀的停蚀技术 • 主要方法有：重掺杂停蚀、(111)面停蚀、电化学停蚀和
硅片加工工艺技术
硅片加工工艺技术硅片加工工艺技术是指将硅原料通过一系列的工艺步骤，加工成用于电子器件制造的硅片。
硅片是电子产业的基础材料，广泛应用于集成电路、太阳能电池等领域。
下面就对硅片加工工艺技术进行详细介绍。
硅片加工的第一步是从硅原料中提取纯度较高的硅单质。
硅原料经过精炼、冷却等处理，从中分离出纯度达到99.9999%的硅单质。
第二步是将提取的硅单质制备成固态晶体硅。
硅单质通过化学反应，与氢气等气体反应生成二甲基硅烷。
随后，二甲基硅烷进一步裂解成三甲基硅烷和二甲基硅烷等组分。
最终，裂解产物通过化学反应形成结晶硅。
第三步是将固态晶体硅切割成硅片。
切割工艺通常采用线锯切割或者切割盘磨削。
通过钢丝将晶体硅切割成硅片，或者通过硅碳化切割盘在切割盘上进行磨削，以获得所需的硅片尺寸和平整度。
第四步是对硅片进行抛光和腐蚀处理。
抛光可以去除硅片表面的微小缺陷，提高平整度和光洁度。
腐蚀处理可以去除硅片表面的氧化层，恢复表面的活性，以便后续的工艺处理。
第五步是对硅片进行清洗和去背面处理。
清洗可以去除硅片表面的污染物和残留物，保证硅片的纯净度。
去背面处理可以将硅片的背面切割掉，以便后续的电极连接和封装工艺。
第六步是对硅片进行离子注入和扩散。
离子注入可以调节硅片内部的杂质浓度，形成P型和N型硅片。
扩散可以使杂质离子在硅片内部扩散，形成PN结和其他电子器件结构。
第七步是对硅片进行光刻和蚀刻。
光刻是通过光学照射将光刻胶成型，再通过化学蚀刻去除不需要的部分，形成电子器件的图形结构。
最后一步是对硅片进行测试、封装和组装。
测试可以对硅片进行电性能、光学性能和机械性能等方面的测试，以判断硅片质量是否符合要求。
封装和组装可以将硅片与其他电子元器件连接在一起，形成完整的电子器件。
综上所述，硅片加工工艺技术是一项复杂而精细的工艺过程。
只有经过严格的质量控制和精细的工艺操作，才能制备出质量优良的硅片。
硅片加工工艺技术的不断创新和优化，将进一步推动电子产业的发展和进步。
硅的制备原理
硅的制备原理
硅的制备原理是通过硅矿石的熔炼和还原工艺来获得纯净的硅。
具体步骤如下：
1. 选矿：首先从自然界的硅矿石中选择富含硅的矿石，常见的硅矿石主要有石英、石英砂、石英砾等。
2. 破碎和磨矿：将选好的矿石经过破碎和磨矿工序处理，使其颗粒度符合冶金过程的要求。
3. 浸取：将细碎的硅矿石与稀硫酸、盐酸等酸性溶液反应浸取，以溶解部分杂质。
4. 沉淀和过滤：将溶液经过沉淀处理，利用化学方法使杂质沉淀出来，然后经过过滤分离固体和液体。
5. 还原：将分离得到的杂质较少的硅溶液与钠或铝粉等还原剂共热，使硅离子与还原剂反应而生成纯硅。
6. 浇铸和制块：经过还原反应后的硅液铸入特定的模具中，冷却并凝固，形成硅块。
7. 精炼：对硅块进行再次加热，使其中的杂质进一步挥发或溶解，从而提高硅的纯度。
8. 制备硅片：将纯净的硅块通过切割、抛光等工艺加工成薄片，用于制造半导体器件。
需要注意的是，硅的制备过程中控制温度、压力和所用原料的纯度等因素对于获得高纯度的硅非常重要。
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硅加工工艺
离子注入的基本原理
• 离子注入和退火再分布 • 基本原理是用能量为100keV量级的离子
束入射到材料中去，离子束与材料中的 原子或分子将发生一系列物理的和化学 的相互作用，入射离子逐渐损失能量， 最后停留在材料中，并引起材料表面成 分、结构和性能发生变化，从而优化材 料表面性能，或获得某些新的优异性能。
硅加工工艺
IC制造中最 关键的步骤
IC晶圆中最 昂贵的设备
最有挑战 的技术
决定最小 特征尺寸
硅加工工艺
光刻胶：光敏材料，利用光刻胶的保护，能够 对区域选择加工，仅仅对未被保护的区域能够 进行注入、刻蚀、溅射等。
掩膜板：一块有图形的玻璃板，透过这块玻璃 板投射一束光到晶圆的表面，就在晶圆的表面 形成了图形的阴影。光线通过玻璃板上透过区 域照射到光刻胶上使其曝光，而板上的图形阻 碍了光线的通过，未被曝光的区域是抗蚀层。
➢ 等离子体提供了气体间化学反应的能量而不用提高晶圆的 温度，低温将有助于维持原先的杂志分布，避免杂质的进 一步扩散。
硅加工工艺
2.3.2 溅射
高能等离子体能够帮助我们沉积某些不能通过CVD沉 积的材料，在称为溅射台的设备中，利用氩气等惰性气体 产生等离子体，利用等离子体轰击出材料原子。 ➢在一个密闭容器中，晶圆上方悬挂着一大块准备沉积的 金属材料，该金属将被轰击到晶圆的表面形成一个新的表 面层，方法？
硅加工工艺
生长硅单晶
硅加工工艺
硅加工工艺
单晶生长设备
硅加工工艺
2.2 掺杂
▪扩散技术在集成电路发展初期是半导体器件生产的 主要技术之一。但随着离子注入的出现，扩散工艺 在制备浅结、低浓度掺杂和控制精度等方面的巨大 劣势日益突出，在制造技术中的使用已大大降低。
硅加工工艺
ⅢA族受主掺质(P型)
硅加工工艺
正胶和负胶的性质
硅加工工艺
• 正胶：曝光后可溶 • 负胶：曝光后不可溶
正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中 ，一般只采用正胶
负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条
硅加工工艺
下凹图形的加工（正胶）
暗场掩膜板：掩膜板上除了透光的地方全都覆 盖着一层铬层，被铬覆盖了大部分区域的掩膜 板被称为暗场掩膜板。
硅加工工艺
• 溅射：用高能等离子体轰击某种材料的 靶面，而使靶材表面的原子或分子从中 逸出并淀积在衬底材料上的现象。
硅加工工艺
2.3.3 蒸发
• 蒸发：通过不同的加热方式使原材料气 化后，直接（或与反应气体反应后）在 衬底上成膜。
硅加工工艺
2.4 氧化层生长
➢ 硅表面上总是覆盖一层二氧化硅（SiO2），即使 是刚刚解理的硅，在室温下，只要在空气中，一暴 露就会在表面上形成几个原子层的氧化膜。氧化膜 相当致密，能阻止更多的氧原子通过它继续氧化。
硅加工工艺
7．去胶
• 去胶是常规光刻工艺的最后一道工序， 简单地讲，是使用特定的方法将经过腐 蚀之后还留在表面的胶膜去除掉。通常， 采用的去胶方式有溶剂去胶、氧化去胶、 等离子体去胶等方式。
硅加工工艺
2.6.2 光刻方式
• 一、曝光光源
常用的紫外线光源是高压汞灯。
• 曝光光线波长越短能曝出的特征尺寸就越小，光刻一 直是不断缩小芯片特征尺寸的主要限制因素，1985年 有人预言光刻不可能分辨出小于0.5um的特征尺寸。 现在的光刻可以做到nm级。
硅加工工艺
4．显影
• 显影是把曝光后的硅片放在显影液里，将应去 除的光刻胶膜溶除干净，以获得腐蚀时所需要 的抗蚀剂膜保护图形。
• 显影液和显影时间的选择对显影效果的影响是 极为重要的。显影液的选择原则是：对需要去 除的那部分胶膜溶解得快，溶解度大，对需要 保留的那部分胶膜的溶解度极小。
曝光后
硅加工工艺
元素
原子量
硼
5
铝
13
镓
31
铟
49
ⅣA族半导体
元素
原子量
碳
6
硅
14
锗
32
锡
50
ⅤA族施体掺质(N型)
元素
原子量
氮
7
磷
15
砷
33
锑
51
硅加工工艺
间隙式扩散
硅加工工艺
替位式扩散
硅加工工艺
• 在目前的集成电路生产中，扩散方式主要有两种： 恒定表面源扩散和有限表面源扩散。 (1) 恒定表面源扩散。如果硅片(或其他半导 体晶片)表面的扩散杂质浓度在扩散的过程中始终 保持不变，则这种扩散方式叫做恒定表面源扩散。 在恒定表面源扩散的过程中，不断有外来源补充 因扩散到硅片(或其他半导体晶片)中而损失的杂 质源。 (2) 有限表面源扩散。如果扩散之前在硅片 表面先沉积一层杂质作为扩散的杂质源，在整个 扩散过程中不再有新源补充，则这种扩散称为有 限表面源扩散。
硅加工工艺
离子注入的基本原理
硅加工工艺
离子注入设备
硅加工工艺
硅加工工艺
Hale Waihona Puke 加工工艺2.3 生长外延层
• 外延生长用来生长薄层单晶材料，即薄膜 • 外延生长：按照原来的晶向在单晶衬底上，
生长另一层合乎要求的单晶层的方法。 • 生长的这层单晶叫外延层。（厚度为几微米）
硅加工工艺
2.3.1 化学气相沉积
升起来，在籽晶的周围逐渐生长出单晶硅，最后 形成圆柱形的单晶棒。
➢ 生成的单晶硅经过物理性能测试和电气参数测 试后对其进行切割，形成硅单晶片，然后再对硅 单晶片进行研磨、倒角、抛光，最后得到需要的 单晶硅片。
硅加工工艺
硅加工工艺
单晶生长设备
将多晶硅和掺杂剂置入单晶炉内的石英坩埚中，掺杂剂可以选择掺杂P、B、 As等（选择掺杂材料用以产生P型或N型材料），当装料结束后，驱动石墨加 热系统的电源，加热至大于硅的熔化温度（1420℃），使单晶硅和掺杂物熔 化。
湿氧氧化方法中，二氧化硅的生长 速率介于干氧氧化和水汽氧化之间，生 长的二氧化硅薄膜质量也介于二者之间。
硅加工工艺
2.5 去除材料层
刻蚀技术：包含了所有将材质表面均匀移 除或是有选择性的部分去除的技术。例如 去除金属、氧化层等。
硅加工工艺
2.6 光刻
• 光刻是利用光学系统把掩膜版上的图形 精确地投影曝光到涂过光刻胶的硅片上。 最终的图形是用多个掩膜版按照特定的 顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来 的。光刻占硅片工艺60%的时间。
的光刻胶
二氧化硅膜
显影液
光刻胶 硅片
硅加工工艺
5．坚膜
• 坚膜是在一定的温度下，将显影后的片子 进行烘干处理，除去显影时胶膜所吸收的 显影液和残留水分，改善胶膜与基片间的 粘附性．增强胶膜的抗蚀能力，以及消除 显影时所引起的图形变形。
硅加工工艺
6．腐蚀
• 腐蚀就是用适当的腐蚀剂，对未被胶膜覆盖的二氧化硅或其他 性质的薄膜进行腐蚀，按照光刻胶膜上已经显示出来的图形， 进行完整、清晰、准确的腐蚀，达到选择性扩散或金属布线的 目的。它是影响光刻精度的重要环节。
硅加工工艺
硅加工工艺
硅加工工艺
2.1 硅晶圆制程
1．硅单晶片的制备 制造集成电路芯片需要硅单晶，硅
单晶片实际上是从圆柱形的单晶硅锭上 切割下来的。
单晶硅锭的生长方法主要有“直拉 法”和“悬浮区熔法”。一般用直拉法 制造硅单晶，在这里我们介绍采用直拉 法制备硅单晶。
硅加工工艺
直拉法制备硅单晶： ➢ 加热一个大坩埚中的硅，直到它熔化。 ➢ 一块称为籽晶的单晶硅浸入熔融的硅熔液中 ➢ 在旋转籽晶的同时缓慢地将其从硅的熔融液中提
多晶
硅
SiO2
SiO2
Si P-
5）刻蚀二氧化硅，只有多晶硅栅下的二氧化硅由于 栅的保护而留下来，栅条则位于二氧化硅薄层的上面。
多晶 硅
SiO2
SiO2
Si P-
硅加工工艺
6）离子注入，栅条、裸露的衬底以及厚氧化层都被 注入
多晶
硅
SiO2
SiO2
Si P-
7）栅和厚氧化层屏蔽了各自下面的硅，只有栅条两
硅加工工艺
表面绝缘层
图4-5 作为绝缘层的二氧化硅层
硅加工工艺
器件绝缘层
图4-6 在MOS栅极中，二氧化硅作为场氧化
硅加工工艺
干氧氧化
干氧氧化是指在高温下，氧气与硅 反应生成二氧化硅的氧化方法。干氧氧 化具有速度慢、氧化膜质量好的特点。 其反应方程式如式所示。
Si O2 高温SiO 2
(3.2)
➢ 将晶圆放在一个特制的炉内，炉是一个能够承受非常高温 度的石英炉管。
➢ 在炉管的一端安放了一些将被泵入的可高度反应的气体。 混合气体被高温激励而相互碰撞反应，这些反应气体在炉 管内被输运直到它们撞击到晶圆，由于晶圆的温度比气体 低，因此，混合气体中的硅被凝聚在晶圆的表面。
➢ 这个过程就在晶圆表面生长了与衬底晶格一致的外延层。
➢ 这种天然形成的氧化层厚度只能达到40Å左右。形 成的二氧化硅不但能紧紧地依附在硅衬底上，而且 具有极为稳定的化学特性和电绝缘特性。
硅加工工艺
氧化硅层的主要应用
二氧化硅的重要应用可归结为以下几个方 面：
表面钝化层 掺杂阻挡层 表面绝缘层 器件绝缘层
硅加工工艺
掺杂阻挡层
图4-4 作为掺杂阻挡层的二氧化硅
硅加工工艺
2．前烘
• 涂胶后的胶膜要立即进行烘干。一般是在80oC温 度下烘烤10～15分钟。烘烤的温度不能过高，时 间不能太长，否则会造成显影困难。例如温度若 在100oC以上，由于增感剂挥发而造成曝光时间 增长，甚至完全显不出图形来。
硅加工工艺
3．曝光
• 曝光就是对涂有光刻胶且进行了前烘之后 的硅片进行选择性的光照，曝光部分的光 刻胶将改变其在显影液中的溶解性，经显 影后在光刻胶膜上得到和“掩膜”相对应 的图形。