半导体硅片制造工序
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半导体硅片制造流程复杂，拉单晶是关键环节
半导体硅片的上游是半导体级多晶硅材料，下游是半导体产品。硅元素在自然界中以二氧化硅为主要存在形式，通过化学还原生成多晶硅材料，之后再进行提纯。光伏用多晶硅材料纯度要求为6~9个“9”之间（99.9999%-99.9999999%），半导体用纯度要求11个“9”以上（99.999999999%)。制作完成的半导体硅片被晶圆厂用作衬底制造出各类半导体产品，并最终应用于手机、电脑等终端产品中。
半导体硅片制造流程复杂，主要包括拉单晶和硅片的切磨抛外延等工艺。半导体硅片的生产流程复杂，涉及工序较多。研磨片工序包括拉单晶、截断、滚圆、切片、倒角、研磨等，抛光片是在研磨片的基础上经边缘抛光、表面抛光等工序制造而来；抛光片经外延工艺制造出硅外延片，经退火热处理制造出硅退火片，经特殊工艺制造出绝缘体上硅 SOI。硅片制造过程中需要经过多次清洗，在销售给客户之前还需要经过检验和包装。
步骤一：拉单晶。电子级高纯度多晶硅通过单晶生长工艺可拉制成单晶硅棒，常用方法有直拉法（Czochralsk，CZ 法）和区熔法（Float-Zone，FZ 法）两种。FZ法纯度高，氧含量低，电阻率较高，能耐高压，但工艺难度大，大尺寸硅片制备困难且成本高，因此主要以 8 英寸及以下尺寸为主，主要用于中高端功率器件。CZ 法氧含量高，更容易生产出大尺寸单晶硅棒，工艺也已成熟，成本较低，因此目前半导体行业主要采用 CZ 法拉制单晶硅棒。拉单晶技术直接决定了位错、COP（crystal originated pit,晶体原生凹坑）、旋涡等晶体原生缺陷的密度及电阻率、电阻率梯度、氧、碳含量等晶体技术指标的好坏，是半导体硅片生产工序中最为核心的技术。
直拉法加工工艺：
装料：将多晶硅和掺杂剂放入单晶炉内的石英坩埚内，掺杂剂的种类依所需生长的电阻率而定，主要有生长 P 型的硼和生长N 型的磷、砷、锑等。
熔化：装料结束后，加热至硅熔化温度（1420℃）以上，将多晶硅和掺杂剂熔化，挥发一定时间后，将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤晶”，以除去表面挥发性杂质同时可减少热冲击。
引晶：当温度稳定后，将籽晶与熔体接触，然后具有一定转速的籽晶按一定速度向上提升，随着籽晶上升硅在籽晶头部结晶，称为“引晶”或“下种”。
缩颈：在引晶后略微降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的部分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸。颈一般要长于 20 mm。
放肩：缩颈工艺完成后，通过逐渐降低提升速度及温度调整，使晶体直径逐渐变大到所需的直径为止。在放肩时可判别晶体是否是单晶，否则要将其熔掉重新引晶。
等径生长：当晶体直径到达所需尺寸后，提高拉速，使晶体直径不再增大，称为收肩。收肩后保持晶体直径不变，就是等径生长。此时要严格控制温度和拉速不变。单晶硅片取自于等径部分。
收尾：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么效应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。
区熔法加工工艺：
步骤一：在真空或稀有气体环境下的炉室中，利用电场给多晶硅棒加热，直到被加热区域的多晶硅融化，形成熔融区。用籽晶接触熔融区，并融化。使多晶硅上的熔融区不断上移，同时籽晶缓慢旋转并向下拉伸，逐渐形成单晶硅棒。
步骤二：切片。单晶硅棒磨成相同直径，然后根据客户要求的电阻率，用内径锯或线锯将晶棒切成约 1 mm 厚的薄片，形成晶圆。根据目前的工艺、技术水平，为了降低硅材料的损耗、提高生产效率和表面质量，一般采用线切割方法进行切片。
步骤三：倒角：硅片倒角加工的目的是消除硅片边缘表面经切割加工所产生的棱角、裂缝、毛刺、崩边或其他的缺陷以及各种边缘表面污染，从而降低硅片边缘表面的粗糙度，增加硅片边缘表面的机械强度、减少颗粒的表面沾污。
步骤四：研磨。在研磨机上用磨料将切片抛光到所需的厚度，同时提高表面平整度。研磨的目的是为了去除在切片工序中，硅片表面因切割产生的深度约20~25 μm的表面机械应力损伤层和表面的各种金属离子等杂质污染，并使硅片具有一定的平坦表面。
步骤五：蚀刻和抛光。通过化学蚀刻去除前面步骤对晶圆表面造成的机械损伤，然后采用硅溶胶机械化学抛光法使晶圆表面更加平整和光洁。
步骤六：清洁和检查。清洁后，对产品进行严格的质量检查，合格后销售给客户。也可进一步用来制作 SOI、外延片等特殊硅片。
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