单晶硅片--直拉硅片详解

2021-11-11 11:00:44 0

直拉硅片

什么是单晶硅?什么是硅片?什么是单晶硅片?

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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:

Diameter2" 3" 4" 5" 6" 8" 12" 
Grade Prime 
Growth MethodCZ
Orientation < 1-0-0 > , < 1-1-1 > , < 1-1-0 >
Type/DopantP Type/Boron , N Type/Phos,  N Type/As, N Type/Sb
Thickness (μm)279380525625675725775
Thickness ToleranceStandard ± 25μm, Maximum Capabilities ± 5μm± 20μm± 20μm
Resistivity 0.001 - 100 ohm-cm
Surface FinishedP/E , P/P, E/E, G/G
TTV (μm)Standard < 10 um, Maximum Capabilities <5 um
Bow/Warp  (?m)Standard <40 um,  Maximum Capabilities <20 um<40μm<40μm
Particle<10@0.5um; <10@0.3um; <10@0.2um; 


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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