晶棒制备工艺简述

admin

半导体晶棒制备是晶圆制造的核心环节，其工艺流程可分为以下关键步骤：

• 高纯度硅熔炼‌
  以电子级硅砂（SiO₂含量≥95%）为原料，经碳热还原反应生成冶金级硅，再通过三氯氢硅（SiHCl₃）提纯工艺获得纯度达99.9999999%（9N）以上的多晶硅‌。将多晶硅置于石英坩埚中，在氩气保护环境下加热至1420℃以上熔融成液态硅‌。

• 晶种定向植入‌
  使用〈1.0.0〉或〈1.1.1〉晶向的单晶硅棒作为晶种，通过精密温控系统将其缓慢浸入硅熔液。初始阶段以0.5-2mm/min速度提拉，形成直径约6mm的细颈结构（Neck Growth），消除晶种内部晶格缺陷‌。

• 晶冠扩展成型‌
  逐步降低提拉速度与熔液温度，使晶体直径从颈部扩展到目标尺寸（如200mm或300mm）。此阶段需保持±0.1mm的直径波动控制，确保晶棒锥形过渡区的结构稳定性‌。

• 等径晶体生长‌
  采用闭环控制的直拉法（Czochralski法），通过实时监测熔液温度、提拉速度（典型值1-3mm/min）及坩埚旋转速度（10-20rpm），生长出长度1-2米、直径偏差≤±1mm的圆柱形单晶硅锭‌。

• 晶棒后处理‌

  
  
  • ‌端部切除‌：用金刚石线锯去除头尾直径不达标部分（约占总长15%）‌
  • ‌外径研磨‌：采用数控磨床配合氧化铝砂轮，将表面粗糙度从Ra3.2μm降至Ra0.4μm，圆度误差控制在5μm以内‌
  • ‌晶向标识‌：通过X射线衍射法检测晶向，在晶棒侧面激光刻制定位平面或凹槽（Notch）作为后续加工基准‌
    
  
  

该工艺需在百级洁净环境下进行，最终获得的晶棒电阻率均匀性可达±5%，位错密度低于500/cm²，满足半导体器件制造需求‌。