硅片是怎么做出来的 硅片的制作工艺

什么是硅片，怎样制造硅片？

将某一特定晶向的Si seed(种子,通常为一小的晶棒)棒插入熔融状态Si下,并慢慢向上拉起晶棒,一根和seed相同晶向的晶柱就被生产出来,晶柱的直径可以通过控制向上拉的速度等工艺变量来控制.将晶柱切割成很多的一小片,wafer就被制造出来了.晶柱两头无法切割成可用的wafer的部分可被称为头尾料.初步切割出来的wafer,表面通常比较粗糙,无法用作晶圆生产,因而通常都在后续工艺中进行抛光,抛光片的名词就由此而来.针对不同晶圆制造要求,通常需要向粗制晶圆内掺杂一些杂质,如P,B等,以改变其阻值,因而就有了低阻,高阻,重掺等名词.镀膜片可以理解为外延片Epi,是针对特定要求的半导体dev而制定的wafer,通常是在高端IC和特殊IC上使用,如绝缘体上Si(SOI)等. 在晶圆IC的生产过程中,需要一些wafer来测试生产设备的工艺状态,如particle水平,蚀刻率,缺陷率等,这些wafer通常叫做控片,控片也用来随正常生产批一起工艺以测试某一工艺的质量状况,如CVD膜厚等.生产设备在维护或维修后,立即工艺生产批的wafer,容易造成报废,因而通常要用一些非常低成本的wafer来运行工艺以确定维护或修理工作的质量,这类wafer通常叫做dummy wafer,当然有的时候dummy wafer也会用在正常生产过程中,如某些机台必须要求一定数量的wafer才能工艺,不足的就用dummy wafer补足,而有的机台必须在工艺一定数量的wafer后进行某一形式的dummy run,否则工艺质量无法保证等等诸如此类的很多wafer都可以叫做dummy. 挡片基本上可以视为dummy wafer的一种. dummy wafer,控片,挡片等通常都是可以回收利用的.

硅片是怎么做出来的 硅片的制作工艺

硅片是怎么做出来的 硅片的制作工艺

硅片是怎么做出来的 硅片的制作工艺

硅片，是制作集成电路的重要材料，通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成各种半导体器件。用硅片制成的芯片有着惊人的运算能力。科学技术的发展不断推动着半导体的发展。自动化和计算机等技术发展，使硅片（集成电路）这种高技术产品的造价已降到十分低廉的程度。这使得硅片已广泛应用于航空航天、工业、农业和国防，甚至悄悄进入每一个家庭。

多晶硅生产流程是什么？

多晶硅生产流程：

（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅， 其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑

（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的(SiHCl3)。

其化学反应Si+HCl→SiHCl3+H2↑

反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物(Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si)。

（3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiНС13,SiC14，而气态Н2,НС1返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiНС13,SiC14，净化（多级精馏）。

（4）净化后的采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。

其化学反应SiHCl3+H2→Si+HCl。

多晶硅的反应容器为密封的，用电加热硅池硅棒（直径5-10毫米，长度1.5-2米，数量80根），在1050-1100度在棒上生长多晶硅，直径可达到150-200毫米。

这样大约三分之一的发生反应，并生成多晶硅。剩余部分同Н2,НС1,SiНС13,SiC14从反应容器中分离。这些混合物进行低温分离，或再利用，或返回到整个反应中。气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的，从某种程度上决定了多晶硅的成本和该工艺的竞争力。

进出口企业在线服务中心提示：以下过程作为参考

洗料

为得到纯净的多晶硅原料，须将多晶硅原料清洗，去除杂质和油污。将多晶硅料放入和中浸泡，然后用高纯水多次清洗，清洗干净后进入下一道工序。

b、烘料

将清洗干净的多晶硅原料放入烘箱中烘干。

c、装袋

烘干后的多晶硅原料按型号、电阻率分别包装。

d 、配料

根据生产需要将不同电阻率的多晶硅料加入母合金配制成符合要求的原料。

（2）多晶铸锭阶段

a、准备阶段

经减压、放气后打开炉盖，清洁炉壁及石墨件，将清洗好的石英坩埚装入炉内。

b、投料

将配制好的多晶硅料500 公斤装入石英坩埚中，合上炉盖。检查水和泵油情况，正常后进入下一工序。

c、抽真空

密封炉盖后启动真空泵，将炉体内抽成真空，然后充入氩气。

d、化料

将坩埚加热到1420℃以上将多晶料融化。

e、定向凝固

多晶料全部融化后开始凝固多晶，开始时多晶每分钟生长0.8 mm～1.0 mm,长晶速度由工作台下移速度及冷却水流量控制，长晶速度近于常速，硅锭长度受设备及坩埚高度限制，当硅锭达到工艺要求时，凝固结束。停机使多晶炉降，约四个小时后将多晶锭取出。

f、检验

检验多晶锭的电阻率、寿命及氧炭含量，合格的进入下一道工序，不合格的作标记切断，部分可以回收重新铸锭。

（3）切片

a.多晶硅锭

将铸锭生产工序检测的硅锭清洗干净

b.切方

将硅锭固定在切方机上，要完全水平。固定好后切成方棒（6 英寸125mm×125mm；8 英寸156mm×156mm）。

c.抛光

将切好的方棒在抛光机上抛光。

e.清洗粘胶

将切方抛光好的方棒用清洗机清洗干净后，粘在工件板的玻璃板上。

f.切片

将粘好硅棒的工件板按在切片机上（4 根），将硅片切成180微米厚的硅片。

g.脱胶

将切割好的粘在玻璃板上的硅片用70 度的热水将硅片与玻璃板分离

h.清洗

将脱过胶的硅片插在硅片盒中在清洗机中清洗。清洗时先在常清水中清洗，然后在放有清洗剂的70 度热水中清洗，在常清水中清洗。

i.甩干

将经过清洗的硅片连盒插在甩干机的甩干工位上甩干。

j.检片

将甩干好的硅片检测硅片TV 和TTV 及表面洁净度，并将硅片按等级分类。

k.包装

该工艺方案具有简单，易作，产品成品率高等特点。

改良西门子法的生产多晶硅的生产主要流程 合成车间，硅粉和反应生成 精馏车间，提纯要使之达要工艺要求 还原车间，精馏输送的（气态）和氢气在1000度CVD炉内发生化学反应，产物多晶硅沉积在硅芯上 尾气车间，还原车间排放的尾气被尾气车间回收，分离（主要是，，氢气）送至精馏车间再次提纯 氢气送至氢化车间和还原车间再次使用 氢化车间 还原车间的产物和氢气在1100氢化炉内发生化学反应产生 送至精馏再次提纯。这是一个闭路循环的生产过程

关于硅片制作的过程

1. 单晶硅生长：首先，通过化学气相沉积（CVD）或单晶硅浮区法等方法，在高温下将硅材料以单晶形式生长出来。这一步骤产生的单晶硅块被称为硅锭。

2. 硅锭切割：硅锭经过机械或者光切割工艺，被切割成圆盘形的硅片。常见的硅片直径包括2英寸（50.8毫米）、4英寸（101.6毫米）、6英寸（152.4毫米）、8英寸（203.2毫米）和12英寸（304.8毫米）。

3. 调平和抛光：硅片表面不平整，因此需要进行机械或化学机械抛光，以使其表面平整度达到要求。这一步骤通常涉及多个抛光步骤，以获得高度平坦的表面。

4. 清洗和去污：为了保持硅片的纯净性和干净度，需要对硅片进行严格的清洗和去污处理。这通常包括化学清洗、去除有机和无机污染物的处理步骤。

5. 掺杂：根据需要，硅片表面可以通过离子注入或扩散等方法掺杂特定的杂质，以调整硅片的电学性能和导电特性。这一步骤可以形成PN结构和控制电阻率。

6. 薄膜沉积：在硅片表面上沉积薄膜，例如金属薄膜、氧化物薄膜、光刻胶等。这些薄膜在制备集成电路和其他半导体器件时发挥重要作用。

7. 图案化和刻蚀：通过光刻和刻蚀工艺，将特定图案和结构定义在硅片上。这些图案和结构用于制作电路、晶体管和其他微细结构。

8. 检测和测试：，对制备好的硅片进行检测和测试，以确保其质量和性能符合要求。这包括电性测试、表面质量检查和外观检验等。

硅片是什么材料做的

硅片是由高纯结晶硅为材料制造的圆片，一般作为集成电路和半导体器件的载体。

硅片可分为单晶硅片和多晶硅片。（单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,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，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅，提一嘴：多晶硅可作为生产单晶硅的原料哦～）

硅片是什么做的呢？

简单理解硅片是一种硅材料通过加工切成一片一片的。硅是一种硬度很高的物质，硅材料看起来像石头一样，他要经过清洗干净然后用炉子加热融化形成一个大块的硅锭，然后再用特定机器来进行细切成一片一片。

硅棒拉晶铸锭完了了，就是硅片了，接着就要进行太阳能电池片的加工了，加工完了，组件然后出厂就是太阳能路灯了

主要工艺过程：多晶硅——区熔或直拉——单晶硅棒——滚、切、磨、抛——硅片。

硅片的切割，可以找广州三义激光

硅窗口具有良好的热传导率和低密度，除了作为硅窗口之外，还可以做成硅激光反射镜、硅透镜，硅平凸透镜、硅双凸透镜、硅平凹透镜、硅楔角窗口片，硅激光窗口片等，多种激光设备和工业应用，用于波段的高精密仪器。

芯片内的硅片到底是怎样做的？

如果问及CPU的原料是什么，大家都会轻而易举的给出—是硅。这是不，但硅又来自哪里呢？其实就是那些最不起眼的沙子。难以想象吧，价格昂贵，结构复杂，功能强大，充满着神秘感的CPU竟然来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造过程才行。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑细选，从中提取出最最纯净的硅原料才行。试想一下，如果用那最最廉价而又储量充足的原料做成CPU，那么成品的质量会怎样，你还能用上像现在这样高性能的处理器吗？

除去硅之外，制造CPU还需要一种重要的材料就是金属。目前为止，铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料，而铜则逐渐被淘汰，这是有一些原因的，在目前的CPU工作电压下，铝的电迁移特性要明显好于铜。所谓电迁移问题，就是指当大量电子流过一段导体时，导体物质原子受电子撞击而离开原有位置，留下空位，空位过多则会导致导体连线断开，而离开原位的原子停留在其它位置，会造成其它地方的短路从而影响芯片的逻辑功能，进而导致芯片无法使用。这就是许多Northwood Pentium 4换上SNDS（北木暴毕综合症）的原因，当发烧友们次给Northwood Pentium 4超频就急于求成，大幅提高芯片电压时，的电迁移问题导致了CPU的瘫痪。这就是in首次尝试铜互连技术的经历，它显然需要一些改进。不过另一方面讲，应用铜互连技术可以减小芯片面积，同时由于铜导体的电阻更低，其上电流通过的速度也更快。

除了这两样主要的材料之外，在芯片的设计过程中还需要一些种类的化学原料，它们起着不同的作用，这里不再赘述。

CPU制造的准备阶段

在必备原材料的采集工作完毕之后，这些原材料中的一部分需要进行一些预处理工作。而作为最主要的原料，硅的处理工作至关重要。首先，硅原料要进行化学提纯，这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别。而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要，还必须将其整形，这一步是通过溶化硅原料，然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。而后，将原料进行高温溶化。中学化学课上我们学到过，许多固体内部原子是晶体结构，硅也是如此。为了达到高性能处理器的要求，整块硅原料必须高度纯净，及单晶硅。然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出，此时一个圆柱体的硅锭就产生了。从目前所使用的工艺来看，硅锭圆形横截面的直径为200毫米。不过现在in和其它一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度的，不过只要企业肯投入大批资金来研究，还是可以实现的。in为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了大约35亿美元，新技术的成功使得in可以制造复杂程度更高，功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元。下面就从硅锭的切片开始介绍CPU的制造过程。

在制成硅锭并确保其是一个的圆柱体之后，下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片，切片越薄，用料越省，自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面光滑，之后检查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要，它直接 决定了成品CPU的质量。

新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料，而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙，彼此之间发生原子力的作用，从而使得硅原料具有半导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺（互补型金属氧化物半导体）。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情况下，切片被掺入化学物质而形成P型衬底，在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计，这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时在多数情况下，必须尽量限制pMOS型晶体管的出现，因为在制造过程的后期，需要将N型材料植入P型衬底当中，而这一过程会导致pMOS管的形成。

在掺入化学物质的工作完成之后，标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热，通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度，空气成分和加温时间，该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在in的90纳米制造工艺中，门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分，晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动，通过对门电压的控制，电子的流动被严格控制，而不论输入输出端口电压的大小。

准备工作的一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果，而且在光刻蚀过程结束之后，能够通过化学方法将其溶解并除去。

光刻蚀

这是目前的CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤，为什么这么说呢？光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕， 由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格，需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量，而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步（每一步进行一层刻蚀）。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话，可以和整个纽约市外加郊区范围的地图相比，甚至还要复杂，试想一下，把整个纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上，那么这个芯片的结构有多么复杂，可想而知了吧。

当这些刻蚀工作全部完成之后，晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上，然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质，而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。

掺杂

在残留的感光层物质被去除之后，剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后，另一个二氧化硅层制作完成。然后，加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料（因此称作金属氧化物半导体），多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀，所需的全部门电路就已经基本成型了。然后，要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击，此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接，每个晶体管都有输入端和输出端，两端之间被称作端口。

重复这一过程

从这一步起，你将持续添加层级，加入一个二氧化硅层，然后光刻一次。重复这些步骤，然后就出现了一个多层立体架构，这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接，而Athlon64使用了9层，所使用的层数取决于最初的版图设计，并不直接代表着最终产品的性能异

接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试，包括检测晶圆的电学特性，看是否有逻辑错误，如果有，是在哪一层出现的等等。而后，晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。

而后，整片的晶圆被切割成一个个的处理器芯片单元。在最初测试中，那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装，这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数in和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在处理器成品完成之后，还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品，一些芯片的运行频率相对较高，于是打上高频率产品的名称和编号，而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造，打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷（这种缺陷足以导致绝大多数的CPU瘫痪），那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量，降低了性能，当然也就降低了产品的售价，这就是Celeron和Sempron的由来。

在CPU的包装过程完成之后，许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏，且产品完全遵照规格所述，没有偏。

我们希望这篇文章能够为一些对于CPU制作过程感兴趣的人解答一些疑问。毕竟作者水平有限，不可能以专业的水平把制作过程完全展示给您，如果您有兴趣继续钻研，建议您去阅读一些有关集成电路制造的高级教材

关于硅片制作的过程

硅片的等级：

MG-Si → SeG-Si → SoG-Si

提炼要经过一下过程：

石英砂→冶金级硅→提炼和精炼→沉积多晶硅锭→单晶硅→硅片切割。

冶金级硅MG-Si

提炼硅的原始材料是SiO2，主要是砂成分，目前采用SiO2的结晶岩即石灰岩，在大型的电弧炉中用碳还原：SiO2+2C→Si+2CO

定期倒出炉，用氧气、氧氯混合气体提纯，然后倒入浅槽在槽中凝固，随后被捣成块状。

MG-Si提纯为SeG-Si

提炼标准方法为：西门子工。

MG-Si被转变为挥发性的化合物，接着采用分馏的方法将其冷凝被提纯。

工艺程序：用Hcl把细碎的MG-Si变成流体

使用催化剂加速反应进行：Si+3Hcl→SiHcl3+H2

MG-Si →SiHcl3 硅胶工业原材料

为提取MG-Si可加热混合气体使SiHcl3 被H2还原，硅以细晶粒的多晶硅形成沉积到电加热棒上如右：SiHcl3+H2 →Si+3Hcl

SeG-Si提纯到SoG-Si

将SeG-Si多晶硅熔融，同时加入器件所需的微量参杂剂，通常采用硼（P型参杂剂）。

在温度可以精细控制的情况下用籽晶能够成熔融的硅中拉出大圆柱形的单晶硅棒。直径过125cm长度为1~2m。

手工录入，忘采纳，有追问亦可。