单晶硅片–直拉硅片详解

直拉硅片

什么是单晶硅？什么是硅片？什么是单晶硅片？

单晶硅片简称硅片，是一种圆形的片状材料，其原子经过人工重新排列，是具有晶向的高纯半导体材料。由于硅元素在占地壳质量的26%，所以单晶硅是目前主要的半导体材料。

单晶硅是单质硅的一种形态。

熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。

集成电路级别的纯度要求达到9N以上（99.9999999%），区熔单晶硅片甚至达到11N（99.999999999%）以上。通常通过直拉法（CZ）和区熔法（FZ）长晶得到，其晶向通过籽晶来决定。

单晶硅是目前最重要的半导体材料，占据半导体材料市场的90%以上，是信息技术和集成电路的基础材料。

一般规格有：

硅片的生产通常有以下几个步骤：

1）长晶，有直拉法（CZ）和区熔法（FZ）之分，由于熔融多晶材料会直接跟石英坩埚接触，这样石英坩埚的杂质会污染熔融多晶，直拉法拉直单晶碳氧含量比较高，杂质缺陷比较多，但是成本低，适合拉制大直径（300mm）的硅片，是目前主要的半导体硅片材料。区熔法拉制的单晶，由于多晶原材料没有跟石英坩埚接触，因此内部缺陷少、碳氧含量低，但是价格贵，成本高，适合用于大功率器件和某些高端产品。

2）切片，拉制好的单晶硅棒需要切除头尾料，然后滚磨成所需的直径大小，切平边或者V槽后，再切成薄硅片。目前通常用金刚线线切割技术，效率高，硅片翘曲度和弯曲度比较好。少部分特殊异形片，会用内圆切。

3）研磨：切片后需要通过研磨来去除切割面的损伤层，以保证硅片表面的质量，大概去除50um。

4）腐蚀：腐蚀是为了进一步去除切割和研磨造成的损伤层，以便为一下步的抛光工艺做好准备。腐蚀通常有碱腐蚀和酸腐蚀，目前由于环保因素，大多数都采用碱腐蚀。腐蚀的去除量会达到30-40um，表面粗糙度也可以达到微米级。

5）抛光：抛光是硅片生产的一道重要工艺，抛光是通过CMP（Chemical Mechanical Polished ）技术进一步提高硅片的表面质量，使其达到生产芯片的要求，抛光后表面粗糙度通常Ra<5A。

6）清洗包装：由于集成电路线宽越来越小，因此对提高的颗粒度指标要求也越来越高，清洗包装也是硅片生产的一道重要工艺，通过兆声清洗能够洗净附着在硅片表面>0.3um以上的大部分颗粒，再通过免清洗的卡塞盒真空密封包装或者冲惰性气体包装，从而使硅片表面的洁净度达到集成电路的要求。

     单晶硅是一种优良的高纯半导体材料，IC级别的纯度要求达到9N以上（99.9999999%），区熔单晶硅片甚至达到11N（99.999999999%）以上。通常通过直拉法（CZ）和区熔法（FZ）长晶得到，其晶向通过籽晶来决定。单晶硅是目前最重要的半导体材料，占据半导体材料市场的90%以上，是信息技术和集成电路的基础材料。

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