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  • 1 # 江湖一筒

    單晶矽片是單晶矽棒經由一系列工藝切割而成的,製備單晶矽的方法有直拉法( CZ 法)、區熔法( FZ 法)和外延法,其中直拉法和區熔法用於製備單晶矽棒材。區熔矽單晶的最大需求來自於功率半導體器件。

    半導體單晶矽片的生產工藝流程

    直拉法簡稱 CZ 法。 CZ 法的特點是在一個直筒型的熱系統彙總,用石墨電阻加熱,將裝在高純度石英坩堝中的多晶矽熔化,然後將籽晶插入熔體表面進行熔接,同時轉動籽晶,再反轉坩堝,籽晶緩慢向上提升,經過引晶、放大、轉肩、等徑生長、收尾等過程,得到單晶矽。

    區熔法是利用多晶錠分割槽熔化和結晶半導體晶體生長的一種方法,利用熱能在半導體棒料的一端產生一熔區,再熔接單晶籽晶。調節溫度使熔區緩慢地向棒的另一端移動,透過整根棒料,生長成一根單晶,晶向與籽晶的相同。

    區熔法又分為兩種:水平區熔法和立式懸浮區熔法。前者主要用於鍺、 GaAs 等材料的提純和單晶生長。後者是在氣氛或真空的爐室中,利用高頻線圈在單晶籽晶和其上方懸掛的多晶矽棒的接觸處產生熔區,然後使熔區向上移動進行單晶生長。

    由於矽熔體完全依靠其表面張力和高頻電磁力的支託,懸浮於多晶棒與單晶之間,故稱為懸浮區熔法。

    半導體單晶矽片的生產工藝流程

    單晶矽是從大自然豐富的矽原料中提純製造出多晶矽,再透過區熔或直拉法生產出區熔單晶或直拉單晶矽,進一步形成矽片、拋光片、外延片等。直拉法生長出的單晶矽,用在生產低功率的積體電路元件。

    而區熔法生長出的單晶矽則主要用在高功率的電子元件。直拉法加工工藝:加料→熔化→縮頸生長→放肩生長→等徑生長→尾部生長,長完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時間後取出,即完成一次生長週期。

    懸浮區熔法加工工藝:先從上、下兩軸用夾具精確地垂直固定棒狀多晶錠。用電子轟擊、高頻感應或光學聚焦法將一段區域熔化,使液體靠表面張力支援而不墜落。移動樣品或加熱器使熔區移動。這種方法不用坩堝,能避免坩堝汙染,因而可以製備很純的單晶,也可採用此法進行區熔。

    半導體單晶矽片的生產工藝流程

    工業生產中對矽的需求主要來自於兩個方面:半導體級和光伏級。半導體級單晶矽和光伏級單晶矽在加工工藝流程中存在著一些差異,半導體級單晶矽的純度遠遠高於光伏級單晶矽。半導體級單晶矽片的加工工藝流程:單晶生長→切斷→外徑滾磨→平邊或 V 型槽處理→切片,倒角→研磨,腐蝕--拋光→清洗→包裝。

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