FZ法

制备高纯度硅片的方法研究硅是一种非常重要的工业原料，也是电子元器件重要的基底材料。

制备高纯度硅片对于电子产业的发展至关重要。

因此，研究如何制备高纯度硅片，就成为了电子产业领域的重要问题。

现在，让我们一起来探讨一下制备高纯度硅片的方法。

一、气相沉积法气相沉积法是一种在低压和高温条件下，将硅水解为单质，再沉积到基板上的方法。

这种方法对于硅片的纯度要求非常高。

在气相沉积法中，气氛的组成对于制备高纯度硅片影响非常大。

实验表明，在湿氧气氛下制备的硅片具有很高的纯度。

但是，由于气相沉积法需求高温，导致制备过程中会有很多待解决的技术难点。

二、扩散法扩散法是一种把杂质通过扩散移除掉的方法。

这种方法适用于在硅表面扩散形成多晶硅的情况下，移除表面杂质。

但是，扩散法有一个不可避免的缺点就是，扩散时间过长会导致硅片受到极大的污染。

三、CZ法CZ法是一种用高纯度硅单晶作为母粒，在熔融的硅坩埚中搅拌，通过磨合的方式让熔体缓慢冷却形成单晶硅的方法。

CZ法可以制备非常大的单晶硅。

但是，由于这种方法需要的工艺条件非常苛刻，同时成本很高，所以在实际应用中使用的不多。

四、FZ法FZ法是一种用诱导线圈在单晶硅熔体中诱导形成的方法。

这种方法可以制备出非常高的单晶纯度，不会有氧化问题，不会有扩散问题，可以获得非常高品质的硅片。

但是，由于制备设备和工艺非常专业和复杂，所以成本也相对比较高。

结论制备高纯度硅片是一个非常严肃的问题。

虽然说现在有多种方法可以制备高纯度硅片，但是不同的方法适用于不同的场合。

气相沉积法在产业上应用较多，但同时也面临着制备难题。

扩散法最适合于移除表面杂质，但是需要精确的扩散时间，一旦时间过长就会导致硅片受到污染。

CZ法虽然可以制备出非常大的单晶硅，但是制备难度也很大，成本非常高。

FZ法具有优良的性质，但也需要专业的设备和工艺。

总的来说，制备高纯度硅片是一项需要大量实践和实验的工作，同时也是一个需要综合考虑各种因素的问题。

集成电路制造工艺------区熔法制备单晶硅班级：电艺3091学号：38#姓名：赵剑指导老师：张喜凤日期：2010.04.25区熔法制备单晶硅作者：赵剑（陕西国防工业职业技术学院电艺309138 西安户县 710300）【摘要】区熔法晶体生长是在本文中介绍的技术历史上早期发展起来的几种工艺之一，仍然在特殊需要中使用。

直拉法的一个缺点是坩埚中的氧进入到晶体中，对于有些器件，高水平的氧是不能接受的。

对于这些特殊情况，晶体必须用区熔法技术来生长以获得低氧含量晶体。

【关键词】区熔法、直拉法、单晶硅1引言集成电路通常用硅制造，硅是一种非常普遍且分布广泛的元素。

石英矿就是一整块二氧化硅。

尽管硅化物储量丰富，但硅本身不会自然生长，一般用大量存在的二氧化硅作原料，经过一系列的工艺步骤就可以得到多晶硅，多晶硅经过提纯就变成了高纯度的可以制作集成电路的单晶硅。

目前制备单晶硅的常用方法有直拉法和区熔法。

本文主要介绍区熔法制备单晶硅。

2单晶硅的制备区熔法又分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。

前者主要用于锗、GaAs 等材料的提纯和单晶生长。

后者主676要用于硅，这是由于硅熔体的温度高，化学性能活泼，容易受到异物的玷污，难以找到适合的舟皿，不能采用水平区熔法。

然而硅又具有两个比锗、GaAs优越的特性：即密度低(2.33g／cm3和表面张力大(0.0072N／cm)，所以，能用无坩埚悬浮区熔法。

该法是在气氛或真空的炉室中，利用高频线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的多晶硅棒的接触处产生熔区，然后使熔区向上移动进行单晶生长。

由于硅熔体完全依靠其表面张力和高频电磁力的支托，悬浮于多晶棒与单晶之间，故称为悬浮区熔法。

2.1区熔法制备单晶硅利用多晶锭分区熔化和结晶半导体晶体生长的一种方法。

区熔法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。

调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。

区熔法又分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。

集成电路制造工艺------区熔法制备单晶硅班级：电艺3091学号：38#*名：**指导老师：***日期：2010.04.25区熔法制备单晶硅作者：赵剑（陕西国防工业职业技术学院电艺309138 西安户县 710300）【摘要】区熔法晶体生长是在本文中介绍的技术历史上早期发展起来的几种工艺之一，仍然在特殊需要中使用。

直拉法的一个缺点是坩埚中的氧进入到晶体中，对于有些器件，高水平的氧是不能接受的。

对于这些特殊情况，晶体必须用区熔法技术来生长以获得低氧含量晶体。

【关键词】区熔法、直拉法、单晶硅1引言集成电路通常用硅制造，硅是一种非常普遍且分布广泛的元素。

石英矿就是一整块二氧化硅。

尽管硅化物储量丰富，但硅本身不会自然生长，一般用大量存在的二氧化硅作原料，经过一系列的工艺步骤就可以得到多晶硅，多晶硅经过提纯就变成了高纯度的可以制作集成电路的单晶硅。

目前制备单晶硅的常用方法有直拉法和区熔法。

本文主要介绍区熔法制备单晶硅。

2单晶硅的制备区熔法又分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。

前者主要用于锗、GaAs 等材料的提纯和单晶生长。

后者主676要用于硅，这是由于硅熔体的温度高，化学性能活泼，容易受到异物的玷污，难以找到适合的舟皿，不能采用水平区熔法。

然而硅又具有两个比锗、GaAs优越的特性：即密度低(2.33g／cm3和表面张力大(0.0072N／cm)，所以，能用无坩埚悬浮区熔法。

该法是在气氛或真空的炉室中，利用高频线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的多晶硅棒的接触处产生熔区，然后使熔区向上移动进行单晶生长。

由于硅熔体完全依靠其表面张力和高频电磁力的支托，悬浮于多晶棒与单晶之间，故称为悬浮区熔法。

2.1区熔法制备单晶硅利用多晶锭分区熔化和结晶半导体晶体生长的一种方法。

区熔法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。

调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。

区熔法又分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。

绪论1.硅晶体结构，最密原子面、最优解理面答：结构：立方晶系，两个面心立点阵的嵌套：每个原子贡献出四个价电子与周围的四个碳原子共有，形成四个共价键，构成正四面体。

一个碳原子在中心，与它共价的四个碳原子在四个顶角上，其配位数为4最密原子面：（111）面是最密原子面、最优解理面。

2.硅熔点：14203.金属硅制备方法（99.8%）、高纯硅制备方法（8个9）、单晶硅制备方法。

答：①金属硅的制备：从矿石(SiO2)中将硅还原出来的过程。

纯度：~ 99.7%-99.8%在电弧炉中用C还原SiO2，方程式：SiO2+2C 电弧炉Si+2CO②高纯硅的制备：将金属硅进一步提纯，达到最佳纯度。

纯度：99.999999%，即8个9以上。

1）改良西门子法：主：Si(粉)+3HCl(气，220℃) →SiHCl3(气)+H2(气) ↑副：Si(粉)+4HCl(气) →SiCl4(气)+2H2(气) ↑2）进一步提纯：SiHCl3(气)+H2(气，1100℃) →Si (固)+ 3HCl(气) ↑③高纯硅的制备方法：将金属硅进一步提纯，达到最佳纯度。

纯度：99.999999%，即8个9以上。

1）改良西门子法：主：Si(粉)+3HCl(气，220℃) →SiHCl3(气)+H2(气) ↑副：Si(粉)+4HCl(气) →SiCl4(气)+2H2(气) ↑2）进一步提纯：SiHCl3(气)+H2(气，1100℃) →Si (固)+ 3HCl(气)3. 4.单晶的两种生长方法各自的优点、缺点答：直拉法（CZ）区熔法（FZ）直拉法的优点：设备和工艺比较简单，易于实现自动控制；生产效率高，易于制备大直径单晶；容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低阻单晶。

直拉法的不足：原料易被坩埚污染，使得硅单晶纯度降低，拉制的硅单晶电阻率不可能太高。

竖直生长，籽晶需要承担自重。

FZ法的优点：不需要坩埚，避免了污染源，可以获得更高纯度的单晶。

如悬浮区熔法可以生长高电阻率的硅单晶，适用于制作大功率器件。

1.特征尺寸（Critical Dimension,CD）的概念特征尺寸是芯片上的最小物理尺寸，是衡量工艺难度的标志，代表集成电路的工艺水平。

①在CMOS技术中，特征尺寸通常指MOS管的沟道长度，也指多晶硅栅的线宽。

②在双极技术中，特征尺寸通常指接触孔的尺寸。

2.集成电路制造步骤：①Wafer preparation(硅片准备)②Wafer fabrication (硅片制造)③Wafer test/sort (硅片测试和拣选)④Assembly and packaging (装配和封装)⑤Final test(终测)3.单晶硅生长：直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法）。

区熔法（FZ法）的特点使用掺杂好的多晶硅棒；优点是纯度高、含氧量低；缺点是硅片直径比直拉的小。

4.不同晶向的硅片，它的化学、电学、和机械性质都不同，这会影响最终的器件性能。

例如迁移率，界面态等。

MOS集成电路通常用（100）晶面或<100>晶向；双极集成电路通常用（111）晶面或<111>晶向。

5.硅热氧化的概念、氧化的工艺目的、氧化方式及其化学反应式。

氧化的概念：硅热氧化是氧分子或水分子在高温下与硅发生化学反应，并在硅片表面生长氧化硅的过程。

氧化的工艺目的：在硅片上生长一层二氧化硅层以保护硅片表面、器件隔离、屏蔽掺杂、形成电介质层等。

氧化方式及其化学反应式：①干氧氧化：Si＋O2 →SiO2②湿氧氧化：Si ＋H2O ＋O2 →SiO2+H2③水汽氧化：Si ＋H2O →SiO2 ＋H2硅的氧化温度：750 ℃～1100℃6.硅热氧化过程的分为两个阶段：第一阶段：反应速度决定氧化速度，主要因为氧分子、水分子充足，硅原子不足。

第二阶段：扩散速度决定氧化速度，主要因为氧分子、水分子不足，硅原子充足7.在实际的SiO2 – Si 系统中，存在四种电荷。

①. 可动电荷：指Na＋、K＋离子，来源于工艺中的化学试剂、器皿和各种沾污等。

单晶硅抛光片的物理性能参数同硅单晶技术参数厚度（T） 200-1200um总厚度变化（TTV）＜10um弯曲度（BOW）＜35um翘曲度（WARP）＜35um单晶硅抛光片的表面质量：正面要求无划道、无蚀坑、无雾、无区域沾污、无崩边、无裂缝、无凹坑、无沟、无小丘、无刀痕等。

背面要求无区域沾污、无崩边、无裂缝、无刀痕。

（2）加工工艺知识多晶硅加工成单晶硅棒：多晶硅长晶法即长成单晶硅棒法有二种：CZ（Czochralski）法FZ（Float-Zone Technique）法目前超过98％的电子元件材料全部使用单晶硅。

其中用CZ法占了约85％，其他部份则是由浮融法FZ生长法。

CZ法生长出的单晶硅，用在生产低功率的集成电路元件。

而FZ法生长出的单晶硅则主要用在高功率的电子元件。

CZ法所以比FZ法更普遍被半导体工业采用，主要在于它的高氧含量提供了晶片强化的优点。

另外一个原因是CZ法比FZ法更容易生产出大尺寸的单晶硅棒。

目前国内主要采用CZ法CZ法主要设备：CZ生长炉CZ法生长炉的组成元件可分成四部分（1）炉体：包括石英坩埚，石墨坩埚，加热及绝热元件，炉壁（2）晶棒及坩埚拉升旋转机构：包括籽晶夹头，吊线及拉升旋转元件（3）气氛压力控制：包括气体流量控制，真空系统及压力控制阀（4）控制系统：包括侦测感应器及电脑控制系统加工工艺：加料→熔化→缩颈生长→放肩生长→等径生长→尾部生长（1）加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定。

杂质种类有硼，磷，锑，砷。

（2）熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（1420℃）以上，将多晶硅原料熔化。

（3）缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。

由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩劲生长使之消失掉。

缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（4-6mm）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。

单晶硅棒、单晶硅片加工工艺关于硅材料知识(2008/03/18 10:36)目录：太阳能行业资料浏览字体：大中小单质硅有无定形及晶体两种。

无定形硅为灰黑色或栗色粉末，更常见的是无定形块状，它们是热和电的不良导体、质硬，主要用于冶金工业（例如铁合金及铝合金的生产）及制造硅化物。

晶体硅是银灰色，有金属光泽的晶体，能导电（但导电率不及金属）故又称为金属硅。

高纯度的金属硅（≥99．99％）是生产半导体的材料，也是电子工业的基础材料。

掺杂有微量硼、磷等元素的单晶硅可用于制造二极管、晶体管及其他半导体器件。

由于半导体技术不断向高集成度，高性能，低成本和系统化方向发展，半导体在国民经济各领域中的应用更加广泛。

单晶硅片按使用性质可分为两大类：生产用硅片；测试用硅片。

半导体元件所使用的单晶硅片系采用多晶硅原料再经由单晶生长技术所生产出来的。

多晶硅所使用的原材料来自硅砂（二氧化硅）。

目前商业化的多晶硅依外观可分为块状多晶与粒状多晶。

多晶硅的品质规格：多晶硅按外形可分为块状多晶硅和棒状多晶硅；等级分为一、二、三级免洗料。

多晶硅的检测：主要检测参数为电阻率、碳浓度、N型少数载流子寿命；外形主要是块状的大小程度；结构方面要求无氧化夹层；表面需要经过酸腐蚀，结构需致密、平整，多晶硅的外观应无色斑、变色，无可见的污染物。

对于特殊要求的，还需要进行体内金属杂质含量的检测。

单晶硅棒品质规格：其中电阻率、OISF密度、以及碳含量是衡量单晶硅棒等级的关键参数。

这些参数在单晶成型后即定型，无法在此后的加工中进行改变。

测试方法：电阻率：用四探针法。

OISF密度：利用氧化诱生法在高温、高洁净的炉管中氧化，再经过腐蚀后观察其密度进行报数。

碳含量：利用红外分光光度计进行检测。

单晶硅抛光片品质规格：单晶硅抛光片的表面质量：正面要求无划道、无蚀坑、无雾、无区域沾污、无崩边、无裂缝、无凹坑、无沟、无小丘、无刀痕等。

背面要求无区域沾污、无崩边、无裂缝、无刀痕。

1.特征尺寸（Critical Dimension,CD）的概念特征尺寸是芯片上的最小物理尺寸，是衡量工艺难度的标志，代表集成电路的工艺水平。

①在CMOS技术中，特征尺寸通常指MOS管的沟道长度，也指多晶硅栅的线宽。

②在双极技术中，特征尺寸通常指接触孔的尺寸。

2.集成电路制造步骤：①Wafer preparation(硅片准备)②Wafer fabrication (硅片制造)③Wafer test/sort (硅片测试和拣选)④Assembly and packaging (装配和封装)⑤Final test(终测)3.单晶硅生长：直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法）。

区熔法（FZ法）的特点使用掺杂好的多晶硅棒；优点是纯度高、含氧量低；缺点是硅片直径比直拉的小。

4.不同晶向的硅片，它的化学、电学、和机械性质都不同，这会影响最终的器件性能。

例如迁移率，界面态等。

MOS集成电路通常用（100）晶面或<100>晶向；双极集成电路通常用（111）晶面或<111>晶向。

5.硅热氧化的概念、氧化的工艺目的、氧化方式及其化学反应式。

氧化的概念：硅热氧化是氧分子或水分子在高温下与硅发生化学反应，并在硅片表面生长氧化硅的过程。

氧化的工艺目的：在硅片上生长一层二氧化硅层以保护硅片表面、器件隔离、屏蔽掺杂、形成电介质层等。

氧化方式及其化学反应式：①干氧氧化：Si＋O2 →SiO2②湿氧氧化：Si ＋H2O ＋O2 →SiO2+H2③水汽氧化：Si ＋H2O →SiO2 ＋H2硅的氧化温度：750 ℃～1100℃6.硅热氧化过程的分为两个阶段：第一阶段：反应速度决定氧化速度，主要因为氧分子、水分子充足，硅原子不足。

第二阶段：扩散速度决定氧化速度，主要因为氧分子、水分子不足，硅原子充足7.在实际的SiO2 – Si 系统中，存在四种电荷。

①. 可动电荷：指Na＋、K＋离子，来源于工艺中的化学试剂、器皿和各种沾污等。

第一单元 习题1. 以直拉法拉制掺硼硅锭，切割后获硅片，在晶锭顶端切下的硅片，硼浓度为3×1015atoms/cm 3。

当熔料的90％已拉出，剩下10％开始生长时，所对应的晶锭上的该位置处切下的硅片，硼浓度是多少?已知：C 0B =3×1015atoms/cm 3；k B =0.35；由ls C C k =得： 硅熔料中硼的初始浓度为：C 0l = C 0B / k B =3×1015 /0.35≈8.57×1015 atoms/cm 3；由10)1(--=k s X kC C 得：剩下10％熔料时，此处晶锭的硼浓度为：C 90%B = k B C 0l ×0.1 kB-1= 0.35×8.57×1015×0.10.35-1=1.34×10162. 硅熔料含0.1％原子百分比的磷，假定溶液总是均匀的，计算当晶体拉出10％，50％，90％时的掺杂浓度。

已知：硅晶体原子密度为：5×1022 atoms/cm 3, 含0.1％原子百分比的磷, 熔料中磷浓度为： C 0p =5×1022 ×0.1％=5×1019atoms/cm 3；k p =0.8由10)1(--=k s X kC C 计算得：C 10%p = k P C 0p ×0.9 kp-1=0.8×5×1019×0.9-0.2=4.09×1019 atoms/cm 3C 50%p =0.8×5×1019×0.5-0.2=4.59×1019 atoms/cm 3C 90%p =0.8×5×1019×0.1-0.2=6.34×1019 atoms/cm 33. 比较硅单晶锭CZ 、MCZ 和FZ 三种生长方法的优缺点？答：CZ 法工艺成熟可拉制大直径硅锭，但受坩锅熔融带来的O 等杂质浓度高，存在一定杂质分布，因此，相对于MCZ 和FZ 法，生长的硅锭质量不高。