半導體級的硅常用制備方法

『壹』 高純硅的制備方法是什麼

高純硅的制備：

1、硅按不同的純度可以分為冶金級硅（MG）、太陽能級硅（SG）和電子級硅（EG）。一般來說，經過浮選和磁選後的硅石（主要成分是SiO2）放在電弧爐里和焦炭生成冶金級硅，

2、然後進一步提純到更高級數的硅。目前處於世界主流的傳統提純工藝主要有兩種：改良西門子法和硅烷法，它們統治了世界上絕大部分的多晶硅生產線，是多晶硅生產規模化的重要級數。

3、在此主要介紹改良西門子法，改良西門子法是以HCl（或H2，Cl2）和冶金級工業硅為原料，在高溫下合成為SiHCl3，然後通過精餾工藝，提純得到高純SiHCl3，最後用超高純的氫氣對SiHCl3進行還原，得到高純多晶硅棒。

高純硅的應用領域：

1、高純的單晶硅是重要的半導體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導體；摻入微量的第VA族元素，形成n型半導體。p型半導體和n型半導體結合在一起形成p-n結，就可做成太陽能電池，將輻射能轉變為電能，在開發能源方面是一種很有前途的材料。

2、金屬陶瓷、宇宙航行的重要材料。將陶瓷和金屬混合燒結，製成金屬陶瓷復合材料，它耐高溫，富韌性，可以切割，既繼承了金屬和陶瓷的各自的優點，又彌補了兩者的先天缺陷。可應用於軍事武器的製造。

3、光導纖維通信，最新的現代通信手段。用純二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纖維。激光可在玻璃纖維的通路里，發生無數次全反射而向前傳輸，代替了笨重的電纜。光纖通信容量高，一根頭發絲那麼細的玻璃纖維，可以同時傳輸256路電話。

以上內容參考 網路-硅

『貳』 半導體所用的高純硅是如何提純到 99.999999999% 的

利用摻雜硅與單晶硅的熔點差異來提純的。

簡單說一塊粗硅圓柱體置於惰性氣體環境中，中間套一個加熱環，加熱到硅的熔點附近，加熱環從硅圓柱體一段開始，含雜質的硅熔點較低，呈熔融狀態，然後加熱環緩慢的向另一端移動，這時候雜質會隨著加熱環的移動向一段移動，後面的硅重新結晶得到單晶硅。

最後雜質集中到硅棒一段，整個硅棒就提純了。反復多次進行，就可得到極高純度的單晶硅。

旋轉提拉的過程中，在固液界面上雜質在兩相中重新分配，絕大多數都留在了液相里，於是上面就形成了高純度的單晶硅硅錠。這樣就從99.99%的硅製得99.99999999(好多9)%的硅單質。

目前國際上能生產電子級高純硅的國家不多，歐美和日本相對比較發達。在我國研製並生產電子級高純硅的有陝西黃河水電和江蘇鑫華半導體。

工業角度中因為生產體量大，在保證其品質的基礎上有成本與盈利方面的壓力，所以對工藝流程要求的更嚴苛。具體的技術細節一般為各公司核心機密，是受到嚴格管控的。

『叄』 硅原料是從哪裡提煉出來的

工業用硅，通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而製得。高純度硅則是在石英中提取。冶金級硅，它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。

以硅是地球上儲量第二的化學元素，作為半導體材料，人們對它研究得最多、技術最成熟，而且晶硅性能穩定、無毒，因此成為太陽電池研究開發、生產和應用中的主體材料。

硅的性質

硅具有優良的半導體電學性質。禁帶寬度適中，為1.12電子伏。載流子遷移率較高，電子遷移率為1350厘米2/伏·秒，空穴遷移率為480厘米2/伏·秒。

本徵電阻率在室溫(300K)下高達2.3×105歐·厘米,摻雜後電阻率可控制在104～10-4 歐·厘米的寬廣范圍內，能滿足製造各種器件的需要。硅單晶的非平衡少數載流子壽命較長,在幾十微秒至1毫秒之間。

『肆』 簡單介紹硅的製取。

工業上，通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而製得。

化學反應方程式：

SiO2 + 2C → Si + 2CO

這樣製得的硅純度為97~98%，叫做金屬硅。再將它融化後重結晶，用酸除去雜質，得到純度為99.7~99.8%的金屬硅。如要將它做成半導體用硅，還要將其轉化成易於提純的液體或氣體形式，再經蒸餾、分解過程得到多晶硅。如需得到高純度的硅，則需要進行進一步的提純處理。

詳細資料：http://ke..com/view/4748.htm

『伍』 製作單晶硅的方法

（1）

硅的主要來源是石英砂（二氧化硅），硅元素和氧元素通過共價鍵連接在一起。因此需要將氧元素從二氧化硅中分離出來，換句話說就是要將硅還原出來，採用的方法是將二氧化硅和碳元素（可以用煤、焦炭和木屑等）一起在電弧爐中加熱至2100°C左右，這時碳就會將硅還原出來。化學反應方程式為：SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)（吸熱）

（2）

上一步驟中得到的硅中仍有大約2%的雜質，稱為冶金級硅，其純度與半導體工業要求的相差甚遠，因此還需要進一步提純。方法則是在流化床反應器中混合冶金級硅和氯化氫氣體，最後得到沸點僅有31°C的三氯化硅。化學反應方程式為：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放熱）

(3）

隨後將三氯化硅和氫氣的混合物蒸餾後再和加熱到1100°C的硅棒一起通過氣相沉積反應爐中，從而除去氫氣，同時析出固態的硅，擊碎後便成為塊狀多晶硅。這樣就可以得到純度為99.9999999%的硅，換句話說，也就是平均十億個硅原子中才有一個雜質原子。

（4）

進行到目前為止，半導體硅晶體對於晶元製造來說還是太小，因此需要把塊狀多晶硅放入坩堝內加熱到1440°C以再次熔化 。為了防止硅在高溫下被氧化，坩堝會被抽成真空並注入惰性氣體氬氣。之後用純度99.7%的鎢絲懸掛硅晶種探入熔融硅中，晶體成長時，以2~20轉/分鍾的轉速及3~10毫米/分鍾的速率緩慢從熔液中拉出：
探入晶體「種子」
長出了所謂的「肩部」
長出了所謂的「身體」
這樣一段時間之後就會得到一根純度極高的硅晶棒，理論上最大直徑可達45厘米，最大長度為3米。

以上所簡述的硅晶棒製造方法被稱為切克勞斯法（Czochralski process，也稱為柴氏長晶法），此種方法因成本較低而被廣泛採用，除此之外，還有V-布里奇曼法（Vertikalern Bridgman process）和浮動區法（floating zone process）都可以用來製造單晶硅。

『陸』 工業製取單質硅的方法

工業上生產硅是在電弧爐中還原硅石（二氧化硅含量大於99%）。使用的還原劑為石油焦和木炭等。使用直流電弧爐時，能全部用石油焦代替木炭。石油焦的灰分低（0.3%～0.8%），採用質量高的硅石（二氧化硅大於99%），可直接煉出製造硅鋼片用的高質量硅。

高純的半導體硅可在1，200℃的熱硅棒上用氫氣還原高純的三氯氫硅製得。超純的單晶硅可通過直拉法或區域熔煉法等制備。實驗室里可用鎂粉在赤熱下還原粉狀二氧化硅，用稀酸洗去生成的氧化鎂和鎂粉，再用氫氟酸洗去未作用的二氧化硅，即得單質硅。

(6)半導體級的硅常用制備方法擴展閱讀

硅的應用領域：

1、高純的單晶硅是重要的半導體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導體；摻入微量的第VA族元素，形成n型半導體。

2、金屬陶瓷、宇宙航行的重要材料。將陶瓷和金屬混合燒結，製成金屬陶瓷復合材料，它耐高溫，富韌性，可以切割，既繼承了金屬和陶瓷的各自的優點，又彌補了兩者的先天缺陷。

3、光導纖維通信，最新的現代通信手段。用純二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纖維。激光可在玻璃纖維的通路里，發生無數次全反射而向前傳輸，代替了笨重的電纜。

『柒』 簡單介紹硅的製取。

工業上，通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而製得。
化學反應方程式：
SiO2
+
2C
→
Si
+
2CO
這樣製得的硅純度為97~98%，叫做金屬硅。再將它融化後重結晶，用酸除去雜質，得到純度為99.7~99.8%的金屬硅。如要將它做成半導體用硅，還要將其轉化成易於提純的液體或氣體形式，再經蒸餾、分解過程得到多晶硅。如需得到高純度的硅，則需要進行進一步的提純處理。
詳細資料：http://ke..com/view/4748.htm

『捌』 硅的主要制備方法

實驗室里可用鎂粉在赤熱下還原粉狀二氧化硅，用稀酸洗去生成的氧化鎂和鎂粉，再用氫氟酸洗去未作用的二氧化硅，即得單質硅。這種方法製得的都是不夠純凈的無定形硅，為棕黑色粉末。工業上生產硅是在電弧爐中還原硅石（SiO2含量大於99%）。使用的還原劑為石油焦和木炭等。使用直流電弧爐時，能全部用石油焦代替木炭。石油焦的灰分低（0.3%～0.8%），採用質量高的硅石（SiO2大於99%），可直接煉出製造硅鋼片用的高質量硅。高純的半導體硅可在1，200℃的熱硅棒上用氫氣還原高純的三氯氫硅SiHCl3或SiCl4製得。超純的單晶硅可通過直拉法或區域熔煉法等制備。 用鎂還原二氧化硅可得無定形硅。用碳在電爐中還原二氧化硅可得晶體硅。電子工業中用的高純硅則是用氫氣還原三氯氫硅或四氯化硅而製得。

『玖』 集成電路製造五個步驟

半導體產業開始於上世紀。隨著 1947 年固體晶體管的發明， 半導體行業已經獲得了長足發展， 之後的發展方向是引入了集成電路和硅材料。集成電路將多個元件結合在了一塊晶元上，提高了晶元性能、降低了成本。隨著硅材料的引入，晶元工藝逐步演化為器件在矽片上層以及電路層的襯底上淀積。

晶元製造主要有五大步驟：矽片制備、晶元製造、晶元測試與挑選、裝配與封裝、終測。

晶元製造主要有五大步驟_國內矽片製造商迎來春天

晶元製造的五大步驟

（1）矽片制備。

首先是將硅從礦物中提純並純化，經過特殊工藝產生適當直徑的硅錠。然後將硅錠切割成用於製造晶元的薄矽片。最後按照不同的定位邊和沾污水平等參數製成不同規格的矽片。 本文討論的主要內容就是矽片制備環節。

（2）晶元製造。

裸露的矽片到達矽片制廠，經過各種清洗、成膜、光刻、刻蝕和摻雜等步驟，矽片上就刻蝕了一整套集成電路。晶元測試/揀選。 晶元製造完後將被送到測試與揀選區，在那裡對單個晶元進行探測和電學測試，然後揀選出合格的產品，並對有缺陷的產品進行標記。

（3）裝配與封裝。

矽片經過測試和揀選後就進入了裝配和封裝環節，目的是把單個的晶元包裝在一個保護殼管內。 矽片的背面需要進行研磨以減少襯底的厚度，然後把一個後塑料膜貼附在矽片背面，再沿劃線片用帶金剛石尖的鋸刃將矽片上每個晶元分開，塑料膜能保持晶元不脫落。在裝配廠，好的晶元被壓焊或抽空形成裝配包，再將晶元密封在塑料或陶瓷殼內。

（4）終測。

為確保晶元的功能， 需要對每一個被封裝的集成電路進行測試， 以滿足製造商的電學和環節的特性參數要求。

矽片製作的工藝流程

矽片制備之前是製作高純度的半導體級硅（semiconctor-grade silicon， SGS），也被稱為電子級硅。 制備過程大概分為三步，第一步是通過加熱含碳的硅石（SiO2） 來生成氣態的氧化硅 SiO；第二步是用純度大概 98%的氧化硅，通過壓碎和化學反應生產含硅的三氯硅烷氣體（SiHCl3）； 第三步是用三氯硅烷經過再一次的化學過程，用氫氣還原制備出純度為 99.9999999%的半導體級硅。

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半導體硅的生產過程

對半導體級硅進一步加工得到矽片的過程被稱為矽片制備環節。 矽片制備包括晶體生長、整型、切片、拋光、清洗和檢測等步驟，通過單晶硅生長、 機械加工、化學處理、表面拋光和質量檢測等環節最終生產出符合條件的高質量矽片。