4-硅和硅片制备详解
半导体-硅片生产工艺流程及工艺注意要点
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。
光伏硅片生产流程
光伏硅片生产流程光伏硅片是光伏发电的核心材料，制造光伏硅片需要经过多道工序，每一个步骤都关系到光伏硅片的品质和效率。
下面我们就来看一下光伏硅片的生产流程。
第一步：原材料准备光伏硅片的主要材料是硅和半导体元素，生产过程需要用到压缩空气、氢气、氨气、溶液等原材料和辅助材料。
而半导体材料中最重要的是硅原料，硅原料需要经过高温熔炼和精细的纯化处理才能用于生产光伏硅片。
第二步：硅原料制备在准备好原材料后，我们需要对硅原料进行熔炼、提纯等处理。
硅原料先通过熔炼炉进行熔炼，然后用气体加热将杂质及有害气体挥发，最终通过精密的分离和纯化技术使得硅材料达到高纯度的要求，以便制造出高品质光伏硅片。
第三步：硅片切割将制造好的硅材料通过加工和成型技术进行分割和切割，得到具有特定厚度的硅片如垫片、单晶片等，以满足后续工序的需求。
硅片切割的精度和对材料的损伤程度对后续的光电转化效率都有直接影响。
第四步：硅片去除表面缺陷硅片表面会有一些颗粒、缺陷、氧化物等，这些会直接影响光电转化效率。
因此，需要进行表面处理，通过研磨、蚀刻等工艺去除杂质、氧化物和减少表面缺陷，达到光伏硅片的质量标准。
第五步：硅片补充材料在硅片表面形成p型或n型半导体材料薄膜，以便形成光电流。
主要用到的技术是物理气相沉积、化学气相沉积、液相扩散等。
通过这些技术，将半导体元素在硅原料表面上2019年 / 误版独立浏览器隔离式仅特权访问，形成p-n结，使得光子能够被捕获并转换成电子。
第六步：阳极氧化处理为了让光伏硅片稳定持久、良好互换，我们需要在硅片表面上加上一层氧化层。
这个过程我们叫做阳极氧化，主要利用的是电解沉积和热处理两种技术，使硅片表面形成一层以防止氧化、耐腐蚀和抗紫外线的氧化层。
第七步：检测和封装检测和封装是最终品质保证的环节。
对生产好的硅片进行抛光和检测，检测出偏差后进行调整。
然后将硅片进行包装，如切割、清洗、涂覆等，这些步骤可以增强硅片的稳定性、保证材料安全，以便于后续使用。
第2章硅和硅片制备.ppt.Convertor
第2章硅和硅片制备.ppt.Convertor第二章硅和硅片制备图2.1 化学元素周期表根据流经材料电流的不同可分为三类材料: 导体；绝缘体；半导体。
半导体材料具有较小的禁带宽度,其值介于绝缘体和导体之间。
这个禁带宽度允许电子在获得能量时从价带跃迁到导带。
这种行为在半导体被加热时发生,因而其导电性随温度增加而提高(对导体而言则正相反)。
硅是用来制造芯片的主要半导体材料，也是半导体产业中最重要的材料。
锗是第一个用做半导体的材料，它很快被硅取代了，这主要有四个原因：1）硅的丰裕度2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限3）更宽的工作温度范围4）氧化硅的自然生成硅是地球上含量第二丰富的元素，其含量仅次于氧。
然而，自然界中几乎不存在单质的硅，绝大部分的硅是以化合物的形式存在，如各种硅酸盐和二氧化硅等。
要获得高纯度的硅，就必须将这些化合物中的硅还原出来。
图2.2 地壳元素含量分布2.1 半导体级硅用来做芯片的高纯硅被称为半导体级硅（semiconductor-grade silicon）, 或者SGS，有时也被称做电子级硅。
现介绍一种得到SGS的主要方法：第一步，在还原气体环境中，通过加热含碳的硅石（SiO2），一种纯沙，来生产冶金级硅。
SiC（固体）+SiO2（固体）→Si（液体）+SiO（气体）+CO（气体）第二步，将冶金级硅压碎并通过化学反应生成含硅的三氯硅烷气体。
Si（固体）+3HCl（气体）→SiHCl3（气体）+H2（气体）+加热第三步，含硅的三氯硅烷气体经过再一次化学过程并用氢气还原制备出纯度为99.9999999%的半导体级硅。
2SiHCl3（气体）+2H2（气体）→2Si（固体）+6HCl（气体）这种生产纯SGS的工艺称为西门子工艺。
半导体级硅具有半导体制造要求的超高纯度，它包含少于百万分之（ppm）二的碳元素和少于十亿分之（ppb）一的Ⅲ、Ⅴ族元素（主要的掺杂元素）。
半导体级硅的西门子反应器提纯的SGS多晶2.2 晶体结构不仅半导体级硅的超高纯度对制造半导体器件非常关键，而且它也要有近乎完美的晶体结构。
硅片生产工艺流程及注意要点
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。
硅片生产工艺流程及注意要点
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。
第二章 硅和硅片制_
第二章硅和硅片制备硅是用来制造芯片的主要半导体材料，也是半导体产业中最重要的材料。
锗是第一个用做半导体的材料，它很快被硅取代了，这主要有四个原因：1）硅的丰裕度：硅是地球上第二丰富的元素，占到地壳成分的25%，经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本。
2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限：硅1412℃的熔点远高于锗937℃的熔点，使得硅可以承受高温工艺。
3）更宽的工作温度范围：用硅制造的半导体元件可以用于比锗更宽的温度范围。
4）氧化硅的自然生成：硅表面有自然生长氧化硅(SiO2)的能力。
SiO2是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污。
现在，全世界芯片的85%以上都是由硅来制造的。
2.1半导体级硅用来做芯片的高纯硅被称为半导体级硅（semiconductor-grade silicon）, 或者SGS，有时也被称做电子级硅。
从天然硅中获得生产半导体器件所需纯度的SGS要分几步。
现介绍一种得到SGS的主要方法：第一步，在还原气体环境中，通过加热含碳的硅石（SiO2），一种纯沙，来生产冶金级硅。
SiC（固体）+SiO2（固体）→Si（液体）+SiO（气体）+CO（气体）在反应式右边所得到的冶金级硅的纯度有98%。
由于冶金级硅的沾污程度相当高，所以它对半导体制造没有任何用处。
第二步，将冶金级硅压碎并通过化学反应生成含硅的三氯硅烷气体。
Si（固体）+3HCl（气体）→SiHCl3（气体）+H2（气体）+加热第三步，含硅的三氯硅烷气体经过再一次化学过程并用氢气还原制备出纯度为99.9999999%的半导体级硅。
2SiHCl3（气体）+2H2（气体）→2Si（固体）+6HCl（气体）这种生产纯SGS的工艺称为西门子工艺。
（图2.1）半导体级硅具有半导体制造要求的超高纯度，它包含少于百万分之（ppm）二的碳元素和少于十亿分之（ppb）一的Ⅲ、Ⅴ族元素（主要的掺杂元素）。
硅片生产工艺流程
硅片生产工艺流程
《硅片生产工艺流程》
硅片是集成电路、太阳能电池以及其他电子设备中不可或缺的组件之一。
它是由高纯度的硅材料制成，经过一系列复杂的工艺流程才能生产出来。
下面将介绍硅片的生产工艺流程。
首先，硅片的制造过程通常从硅矿石提炼开始。
硅矿石经过冶炼、气化和还原等步骤，最终得到高纯度的多晶硅块。
接着，多晶硅块要经过液相扩散法或气相扩散法来制备单晶硅。
在这一步骤中，需要将多晶硅块放入炉中加热，然后缓慢冷却，使得硅晶体按照单晶结构生长。
接下来，单晶硅需要进行切割，这一步骤称为切片。
将单晶硅块放入线锯或者电子束切割机中，切割成薄薄的硅片。
硅片切割后，需要进行多次的抛光和清洗，确保表面光洁度和无尘污。
之后，硅片要进行掺杂和扩散工序，以调节硅片的电学性能，比如电导率和电子迁移率等。
在这一步骤中，需要将硅片暴露在高温的炉内，以使得掺杂原子能够渗透到硅片内部，从而改变其电学特性。
最后，硅片还需要进行薄膜沉积、光刻、蚀刻和清洗等步骤，以在硅片表面形成电路图案和其他必要的结构。
最终，生产出的硅片将会被检测和测试，以确保其质量和性能符合要求。
总的来说，硅片的生产工艺流程是一个十分复杂的过程，它需
要经历多个步骤和环节，才能最终得到高质量的硅片产品。
这些工艺流程的不断发展和改进，将有助于提高硅片的生产效率和质量，推动整个电子产业的发展。
硅片制程描述
硅片制程描述
硅片制程是现代半导体工业的核心技术之一，用于制造各种芯片和集成电路。
其制程流程主要包括：硅单晶生长、切割、抛光、清洗和化学氧化等环节。
硅单晶生长是硅片制程的第一步，主要是通过熔融硅的方式，使硅原料在特定条件下形成一块单晶硅，即硅单晶。
这一步骤决定了硅片的品质和性能。
切割是将硅单晶切割成薄片的过程。
常见的切割方式有线锯切割和磨盘切割。
线锯切割工艺适用于生产大尺寸硅片，而磨盘切割则适用于生产小尺寸硅片。
抛光是将硅片表面进行光亮度处理的过程。
这一步骤主要是为了消除表面缺陷和不平整，从而保证硅片的表面质量和光学性能。
清洗是将硅片表面的杂质和污染物清除的过程。
常见的清洗方式有化学清洗、蒸汽清洗和超纯水清洗等。
化学氧化是将硅片表面进行氧化处理的过程。
通过在硅片表面形成氧化层，可以改善硅片的电学性能和化学稳定性。
总之，硅片制程是一个复杂、精细的制造过程，需要严格的控制和管理。
只有通过不断的技术创新和提高，才能生产出高品质的硅片和半导体器件。
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4-硅和硅片制备
RF
籽晶 惰性气体出口 图 4.11区熔法晶体生长示意图
卡盘
晶圆尺寸和参数
直径 (mm) 150 200 300 400 厚度 (m) 675 20 725 20 775 20 825 20 面积 (cm2) 176.71 314.16 706.86 1256.64 重量 (grams/lbs) 28 / 0.06 53.08 / 0.12 127.64 / 0.28 241.56 / 0.53 重量/25 硅片 (lbs) 1.5 3 7 13
4.7 硅片制备
磨片倒角 晶体生长 清洗
整形
刻蚀
检查
切片
抛光
包装
图 4.19 硅片制备的基本工艺步骤
4.7.1 整形处理
为研磨准备单晶锭
径向研磨
定位边磨角
图 4.20
硅锭径向研磨
P-type (111)
P-type (100)
N-type (111) 图 4.21
N-type (100) 硅片标识定位边
定位槽
被刻印的标识数字
图 4.22
硅片定位槽和激光刻印
4.7.2 切片
锯刃
图 4.23 内园切割机
4.7.3 磨片和倒角
图 4.24
抛光的晶圆边缘
4.7.4 刻 蚀
图 4.25 用于去除硅片表面损伤的化学刻蚀
4.7.5 抛 光
上抛光垫
硅片
磨料
下抛光垫
图 4.26
双面硅片抛光
质量测量
• • • • • • • 物理尺寸 平整度 微粗糙度 氧含量 晶体缺陷 颗粒 体电阻率
点缺陷
点缺陷存在于晶格的特定位置。图4.15显示 了三种点缺陷。 最基本的一种缺陷是空位。这种缺陷当一个 原子从其格点位置移动到晶体表面时出现。 另一种点缺陷是间隙原子，它存在于晶体结 构的空隙中，这种点缺陷是由于化学元素杂质引 入到格点里所产生的。 还有一种缺陷是当一个原子离开其格点位置 并且产生了一个空位时，就会产生间隙原子－空 位对，或叫Frenkel缺陷。
第七章 硅的理化性质 硅片的制备
第七章硅的理化性质，纯硅和硅片的制备7.1概述早在1876年，英国科学家亚当斯等在研究半导体材料时发现：当用太阳能照射硒半导体时，如同伏特电池一样，会产生电流，称为光生伏特电。
但是，硒产生的光电效应很弱，到20世纪中期转化率只有1%左右。
1954年，美国贝尔实验室的Chapin等研制出世界上第一块真正意义上的硅太阳电池，光电转化率达到6%左右，又很快达到10%，从此拉开了现代太阳能光伏的研究、开发和应用的序幕。
几乎同时，CuS/CdS异质结电池也被开发，称为薄膜太阳电池研究的基础。
到目前为止，太阳能光电工业基本是建立在硅材料基础上，世界上绝大部分的太阳能光电器件是用晶体硅制造的，其中单晶硅太阳电池是最早被研究和利用的。
但是由于生产成本较昂贵，至20世纪70年代铸造多晶硅发明以来，由于价格较便宜，迅速挤占单晶硅的市场，成为最有竞争力的太阳电池材料。
目前，国际太阳电池材料电池市场中，单晶硅和多晶硅约占市场的80%以上。
7.1.1硅的理化性质（1）物理性质硅有晶态和无定形态两种同素异形体。
晶态硅根据原子排列不同分为单晶硅和多晶硅，它们均有金刚石晶格，属于原子晶体，晶体硬而脆，抗拉应力远远大于抗剪切应力，在室温下没有延展性；在热处理温度大于750℃时，硅材料由脆性材料转变为塑性材料，在外加应力下，产生滑移位错，形成塑性变形。
硅材料还具有一些特殊的物理化学性质，如硅材料熔化时体积缩小，固化时体积增大。
硅具有良好的半导体性质，其本征载流子浓度为1.5×1010个/cm3，本征电阻率为1.5×1010Ω·cm，电子迁移率为1350cm2/(V·s)，空穴迁移率为480cm2/（V·s）。
作为半导体材料，硅具有典型的半导体材料的电学性质。
①电阻率特性硅材料的电阻率在10-5~1010Ω·cm之间，介于导体和绝缘体之间，高纯未掺杂的无缺陷的晶体硅材料称为本征半导体，电阻率在10Ω·cm以上。
光伏硅片的制作流程
光伏硅片的制作流程光伏硅片的制作是非常复杂的制程，需要在无尘实验室内进行。
主要步骤包括：多晶硅净化、晶圆拉制、单晶硅生长、切割、电池片制作等。
1. 多晶硅净化多晶硅净化是制作光伏硅片的第一步，其目的是去除多晶硅中的杂质，使其纯度达到99.9999% 以上。
这一步是非常关键的，因为多晶硅的纯度对后续工艺影响非常大。
首先将多晶硅放入熔炉中进行融化，然后加入一定量的磷酸来去除杂质，最后进行晶粒长大处理，使多晶硅晶粒逐渐变大，提高纯度。
2. 晶圆拉制晶圆拉制是将纯净的多晶硅拉成一根圆柱形的硅棒。
这一步需要用到拉棒机器设备，将多晶硅放入熔炉中进行加热融化，然后通过拉棒机进行拉伸，使硅棒逐渐变细变长。
晶圆拉制需要控制温度、速度等一系列参数，以确保拉出的硅棒质量和尺寸均匀。
3. 单晶硅生长晶圆拉制好后，需要将其变成单晶硅。
单晶硅是制作光伏电池片必须的材料之一。
单晶硅生长是一项复杂的工艺，首先需要将硅棒切成小的圆柱形块体，然后在特定的环境下进行生长。
将圆柱形块体放入熔融炉中加热，使其融化，在高温、高真空的环境下，使单晶硅逐渐从熔融中生长出来。
这一步需要严格控制温度、压力以及其它参数，确保生长出来的单晶硅纯度、晶格完整性和组织结构的良好。
生长出来的单晶硅大多数为圆锥形，后续需要对其进行切割、成型和制备。
4. 切割及成型单晶硅生长完成后，需要对其进行切割以便制成硅片。
切割硅片主要有两种方法：线锯和磨削。
线锯是将单晶硅锯成薄片的一种传统方法，而磨削则是将单晶硅磨成薄片的现代方法。
切割完成后，还需要进行成型的工序。
这个过程包括在硅片前面做出电极和在背面做出表面处理，以及裁剪成适合太阳能电池的尺寸。
5. 硅片的涂层及铝背线的制备硅片的涂层包括抗反射涂层和硅氮化层，为太阳能电池片的组装和后续低温共烧做准备。
电池片的制备还需要在背面铺设铝背线，用于向外输出太阳能电池片产生的电能。
以上五个步骤完成后，即可得到基本的光伏电池片，这些电池片需要在组装工艺中通过串联并联等方式，制成太阳能电池板，再通过组合成太阳能电池板平板等方式带动电能输出。
四氟化硅制造纯硅的工艺流程
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新能源硅片知识点总结
新能源硅片知识点总结新能源硅片是一种应用于太阳能光伏发电领域的重要材料。
在过去几十年中，随着对可再生能源的需求不断增长，硅片的生产和应用也得到了迅速发展。
本文将从硅片的制备方法、特性、应用领域、未来发展等方面对新能源硅片的知识点进行总结。
一、硅片的制备方法1. 单晶硅片制备方法：单晶硅片是太阳能电池的一种常见材料，其制备方法主要包括几种步骤：首先通过气相混合法或者溶液法得到硅晶粒，然后通过典型的凝固过程使晶粒逐渐生长成为单晶硅坩埚，最后将单晶硅坩埚切割成薄片，制备成单晶硅片。
2. 多晶硅片制备方法：多晶硅片是另一种常见的太阳能电池材料，其制备方法则主要分为熔融法和气相混合法。
熔融法是通过将硅晶砂加热到熔点形成硅液，然后将硅液冷却凝固成为多晶硅块，最后切割成多晶硅片；而气相混合法则是通过气相混合反应和沉积来制备多晶硅片。
二、硅片的特性1. 光吸收特性：硅片是一种半导体材料，其能够对太阳光进行较好的光吸收，将光能转化为电能；2. 电学特性：硅片具有良好的电导性和载流子扩散性，能够有效地将光能转化为电能，并且还具有良好的电子级联效应，提高了光伏发电系统的效率；3. 热稳定性：硅片具有较好的热稳定性，能够在高温环境下工作，并且具有较长的使用寿命；4. 光谱响应特性：硅片在不同波长的太阳光下有不同的响应特性，从近红外到近紫外都有较好的光吸收效果。
三、硅片的应用领域1. 太阳能电池：硅片是太阳能电池的核心组件，其良好的光伏特性和稳定性使其成为目前最主流的太阳能电池材料；2. 光学器件：硅片还可用于制备光学器件，如光学透镜、光学棱镜等，用于光学传感器、光学通信等领域；3. 半导体器件：硅片是半导体材料的主要基底，可以用于制备各种微电子器件，如集成电路、光电传感器、发光二极管等。
四、新能源硅片的未来发展1. 高效率生产技术：未来硅片的生产技术将不断提高，以降低成本、提高效率为目标，通过新工艺、新设备实现新能源硅片的快速大规模生产；2. 高性能材料：研发高效率、高稳定性的新能源硅片材料，包括提高硅片的光伏转化效率、耐腐蚀性、热稳定性等方面的性能；3. 多元化应用：新能源硅片将不仅仅局限于太阳能电池领域，还将在光学器件、半导体器件等领域得到更多的应用，推动新能源硅片材料的多元化发展。
硅片生产过程详解
培训目的：1、确定硅片生产过程整个目标；2、为工艺过程确定一典型流程；3、描述每个工艺步骤的目的；4、在硅片生产过程中，硅片性能的三个主要关系的确定。
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。
硅片制程描述
硅片制程描述
硅片制程是指将硅块进行一系列加工，制成硅晶片的过程。
硅晶片是集成电路等电子元件的基础材料，也是太阳能电池的主要材料之一。
硅片制程通常分为以下几个步骤：
1.硅块切割：将硅块切成薄片，通常厚度为0.3-0.5毫米。
2.研磨抛光：对硅片表面进行研磨和抛光，使其表面光滑度达到要求。
3.清洗：对硅片进行清洗，以去除表面的污垢和杂质，避免对后续工艺产生影响。
4.光刻：在硅片表面涂覆一层光刻胶，并在光刻机中进行曝光和显影，形成所需的图形。
5.蚀刻：将硅片表面不需要的部分进行蚀刻，以形成所需的结构。
6.薄膜沉积：将所需的薄膜沉积在硅片表面，用于电子元件的制造。
7.烘烤固化：将硅片进行烘烤固化，以使光刻胶和沉积的薄膜牢固粘附在硅片表面。
8.清洗：再次对硅片进行清洗，以去除残留的光刻胶和杂质。
9.检测测试：对硅片进行检测和测试，以确保其符合要求。
以上是硅片制程的基本步骤，具体的加工流程会根据产品和工艺的不同而有所差异。
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4.3 晶体结构
不仅 SGS 的超高纯度对制造半导体器件非常 关键，而且它也要有几乎完美的晶体结构。只有 这样才能避免对器件特性非常有害的电学和机械 缺陷。
单晶是一种固体材料，它的特点是在许多原 子长程范围内，原子都在三维空间中保持有序且 重复的排列结构，如图4.2所示。 非晶材料同样也是固体材料，但它们没有重 复的结构，并且在原子级结构上体现的是杂乱无 序的结构（见图4.3）。
半导体制造技术
第4章
硅和硅片制备
4.1 引 言
硅是用来制造芯片的最重要半导体材料。对于 可用于制造半导体器件的硅而言。使用一种特殊纯 度级以满足严格的材料和物理要求。 在硅片上制作的芯片的最终质量与开始制作时 所采用的硅片的质量有直接关系。如果原始硅片有 缺陷，那么最终芯片上也肯定会存在缺陷。对硅片 以及制备过程的了解有助于理解硅片在整个芯片制 造过程中的重要性。 纯硅要求将硅原子级的微缺陷降到最小，这些 缺陷对芯片的性能是非常有害的。一旦得到了纯硅 ，就要把它制作成带有想要的晶向、适量的掺杂浓 度和半导体芯片制备所需物理尺寸的硅片。
图 4.6
面心立方金刚石结构
晶向 晶向非常重要， 因为它决定了在硅片中 晶体结构的物理排列是 怎样的。不同晶向的硅 片，其化学、电学和机 械性能是不一样的，而 且会影响工艺条件和最 终的器件性能。 为了描述晶向，我 们需要一个坐标系，如 图4.8所示。 对于单晶 结构，所有的晶胞就会 沿着这个坐标轴重复地 排列。
图 4.2 晶体结构的原子排列
图 4.3 非晶原子结构
晶胞 在晶体材料中，对于长程有序的原子模式最基本的实 体就是晶胞。晶胞在三维结构中是最简单的由原子组成的重 复单元，它给出了晶体结构。下图给出了由晶胞组成的三维 结构。
晶胞
图 4.4
三维结构的晶胞
图 4.5 面心立方（FCC）晶胞
对于硅晶体来说，其 晶胞如图 4.6所示，它是 由俩个面心立方沿对角线 位移四分之一构成的面心 立方金刚石结构，如右图 所示。和面心立方不同之 处的是体对角线上还有四 个原子，所以对硅晶胞来 说，一个晶胞总共有 8个 完整的原子,其中4个共有 原子和4个非共有原子。
浓度 (Atoms/cm3) 杂质 五价 三价 材料类 型 n p < 1014
(极轻掺杂)
1014 to 1016
(轻掺杂)
1016 to 1019
(中掺杂)
>1019
(重掺杂)
n-p--
np-
n p
n+ p+
表 4.2
硅掺杂浓度术语
区熔法
气体入口 (惰性) 卡盘 多晶棒 (硅) 熔融区 可移动 RF 线圈
CZ 法
单晶坩锅 碳加热部件
热屏蔽 水套
图 4.10 CZ直拉单晶炉
Photo 4.1 用CZ 法生长的硅锭
Photo 4.2 CZ 拉单晶炉
CZ法的特点是工艺成熟，能较好地拉制低位错 、大直径的硅单晶。缺点是难以避免来自石英坩埚 和加热装置的杂质污染。 为了在最后得到所需电阻率的晶体，掺杂材料 被加到拉单晶炉的熔体中，晶体生长中最常用的掺 杂杂质是生产p型硅的三价硼或者生产n型硅的五价 磷。硅中的掺杂浓度范围可以用字母和上标来表示 ，如下表所示。
表 4.3
更大直径硅片上芯片数的增长
88 die 200-mm wafer 232 die 300-mm wafer
图 4.13
300 毫米硅片尺寸和晶向要求的发展说明
参 数 直径 厚度 (center point) 翘曲 (max) 九点厚度差异 (max) 定位槽深度 定位槽角度 背面修整 边缘轮廓表面完整 固定质量区域 FQA（硅片 表面半径允许范围） mm 单位 mm m m m mm Degree 数 值 300.00 775 100 10 1.00 90 明亮/抛光 抛光 147 + 0.25, -0.00 +5, -1 容许误差 0.20 25
本章要点
1. 了解硅原材料如何精炼成半导体级硅；
2. 解释晶体结构和单晶硅的生长方法；
3. 讨论硅晶体的主要缺陷种类；
4. 了解硅片制备的基本步骤，也就是从硅锭到 硅片的制作过程；
5. 解释什么是外延及其对硅片的重要性。
4.2 半导体级硅
用来制造芯片的高纯硅称为半导体级硅（SemiconductorGrade Silicon ），简称SGS，从天然硅中获得达到生产半导体器 件所需纯度的SGS通常通过下面几个步骤来实现。
2
Si (s) + 3HCl (g) SiHCl3 (g) + H2 (g)
3
2SiHCl3 (g) + 2H2 (g) 2Si (s) + 6HCl (g)
表 4.1
上面简单介绍的生产半导体级硅(SGS)的工 艺称为西门子工艺。
半导体级硅具有半导体制造要求的超高纯 度，它包含少于百万分之（ppm）二的碳元素和 少于十亿分之(ppb)一的Ⅲ、Ⅴ族元素（主要的 掺杂元素）。然而用以上工艺生产的硅，未必 是我们所希望的按照某种序列排列硅原子的晶 体。下面我们将讨论晶体结构以了解半导体级 硅正确的原子排列。
制备半导体级硅 (SGS)的过程 步骤 过程描述 用碳加热硅石来制备冶金级 硅 (MGS) 纯度：98% 通过化学反应将冶金级硅提 纯以生成三氯硅烷 (SiHCl3) 通过三氯硅烷和氢气反应来 生产半导体级硅 (SGS) 纯度：＞99.9999999% 反应方程式
1
SiC (s) + SiO2 (s) Si (l) + SiO(g) + CO (g)
RF
籽晶 惰性气体出口 图 4.11区熔法晶体生长示意图
卡盘
晶圆尺寸和参数
直径 (mm) 150 200 300 400 厚度 (m) 675 20 725 20 775 20 825 20 面积 (cm2) 176.71 314.16 706.86 1256.64 重量 (grams/lbs) 28 / 0.06 53.08 / 0.12 127.64 / 0.28 241.56 / 0.53 重量/25 硅片 (lbs) 1.5 3 7 13
Z
1
0
1
Y
X
1
图 4.8 晶胞的坐标轴方向
用来描述硅晶体平面及其方向的参数称作密勒指数，其 中（）用来表示特殊的平面，而<>表示对应的方向。
Z Z Z
Y X X
Y X (110) 图 4.9 晶面的密勒指数 (111)
Y
(100)
4.5 单晶硅的生长
• CZ (Czochralski)法 –CZ 直拉单晶炉 –掺杂 –杂质控制 • 区熔法 • 追求更大直径的理由