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单晶硅的生产的基本工艺方法浅析
来源:产品展示   上传时间:2024-04-09 03:58:07

  单晶硅是一种金属半导体材料,具备优秀能力的光学特性。目前,单晶硅的制作的过程有哪几种呢?

  一种常见的制作的过程是通过CVD工艺制备单晶硅薄膜。该工艺是在反应炉中加热单晶硅片,使其转变成气态硅,然后通过催化剂和气体反应形成单晶硅膜。

  (1)硅源以石英砂(二氧化硅)为主,硅和氧元素以共价键相连。所以有必要把氧元素与二氧化硅分离开来,换而言之,即把硅还原成二氧化硅,所用的办法是把二氧化硅与碳元素(可使用煤、焦炭、木屑等等)放在电弧炉内加热到2100℃左右,此时碳使硅还原成二氧化硅。硅热还原法的优点有:可使原料得到综合利用;可降低能耗及生产所带来的成本;可避免环境污染;提升产品质量。

  (2)前一步所得硅还有约1个杂质存在,即冶金级硅(SISi),它的纯度远远不能够满足半导体工业的要求,所以还有必要对它进一步纯化。目前主要是采用化学气相沉积法(CVD)或热分解法制备冶金级硅。但由于热分解法需使用昂贵的还原剂和大量的设备投资,所以限制了它的发展。而其途径是将冶金级硅与氯化氢气体混合于流化床反应器内,最终获得沸点只有31℃的三氯化硅。

  (4)开展至今,半导体硅晶体在芯片制作的完整过程中还显得过于细小,所以需将块状多晶硅置于坩埚中加热至1440℃才能重新融化。但是,由于这种方法存在着成本高和生产效率低等问题,所以人们一直都在寻求新的技术来改善这种现状。现在日本三洋公司已成功地采用了一种“低温”法制备单晶。为避免硅经高温氧化,将坩埚抽真空通入惰性气体氩气。后又将硅晶种挂在纯度为99.0%的钨丝上,探出熔融硅,待晶体长大后,再以每分钟2~20转和3~10mm的速度慢慢地从熔液中拔出:。

  如此经过一段时间后便可获得纯度很高的硅晶棒状材料,其理论最大粒径可达到45cm,最大长3m。

  上面粗略地介绍的硅晶棒的制作的过程叫做切克劳斯法(Czochralskiprocess),又称柴氏长晶法,这种方法由于成本低得到了广泛应用,另外V-布里奇曼法、浮动区法等均可用于单晶硅的生产。

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