硅锭制造工艺

硅锭生长所需的时间取决于诸多因素。75%以上的单晶硅片是通过直拉法(CZ)生长的,该方法使用大块的原生多晶硅。这些块状多晶硅与少量称为掺杂剂的元素一起放入石英坩埚中,其中最常见的元素有硼、磷、砷和锑。在纯硅中添加掺杂剂可以增强其导电性能。根据所使用的掺杂剂,硅锭可分为P型或N型(硼:P型;磷、锑、砷:N型)。

然后将硅锭加热至高于硅熔点的温度,大约1420℃。多晶硅和掺杂剂混合物加热至液化状态后,称为籽晶的单晶硅会置于熔融物顶部,几乎不接触表面。籽晶具有成品锭所需的相同晶向。为了实现均匀掺杂,籽晶和熔融硅的坩埚以相反的方向旋转。一旦晶体生长的条件得到满足,籽晶会从熔融物中慢慢上升。生长开始时,快速拉动籽晶,以尽量减少在生长过程开始时硅锭内的晶体缺陷数量。然后降低拉速,使晶体的直径增长到略大于最终所需直径。当获得目标直径后,稳定生长条件以保持该直径。当籽晶慢慢上升至熔融物上方时,籽晶和熔融物之间的表面张力会导致硅薄膜粘附在籽晶上,然后冷却。在冷却过程中,熔融的硅原子会根据籽晶的晶体结构在固液交界面上形成规则的结晶。

一旦硅锭完全生长,将其研磨成比成品晶圆所需直径稍大的粗略尺寸。然后,根据晶圆直径、客户规格或SEMI标准,给硅锭设置一个切口或切面,以表明其晶向。一旦检查合格,硅锭就会被切成晶圆。

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