半导体芯片制造技术综述课件.ppt

1、 硅是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在地壳中是第二丰富的元素，构成地壳总质量的25.7%，占地壳的四分之一，仅次于第一位的氧（49.4%）。一、硅的简介1物理性质 硅包括晶态和无定形两种同素异形体，晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色。晶体硅根据晶面取向不同又分为单晶硅和多晶硅，它们都具有金刚石晶格，硬而有金属光泽，有半导体性质。晶体硅密度2.32-2.34克立方厘米，熔点1410，沸点2355。二、工业硅的制备1工业硅的生产原理SiO2+C Si+CO2工业硅的生产设备 工业硅的生产主要采用电弧炉，电弧

2、炉又称矿热炉。它主要用于还原冶炼矿石，碳质还原剂及溶剂等原料，主要生产铁硅系合金。第二节 三氯氢硅还原制备高纯硅一、原料的制备1.硅粉的制备 2.氢气的制备和净化 氢气在多晶硅厂中一般是通过水解法生产。常用的氢气净化方法有两种：钯合金扩散法、催化脱氧吸附干燥法。3氯气的制取及液氯的汽化（1）氯气的制取NaCl+H2O NaOH+H2+Cl2（2）液氯的汽化图2-1液氯的汽化工艺流程图 二、三氯氢硅的合成及提纯1三氯氢硅的合成（1）三氯氢硅的合成原理Si+HCl SiHCl3+H2（2）合成气干法分离工序2三氯氢硅的提纯（1）三氯氢硅的加压提纯（2）三氯氢硅的精馏三、三氯氢硅还原1三氯氢硅还原原

3、理 将提纯净化好的三氯氢硅和氢气按一定比例进入还原炉，在1080-1100温度下,三氯氢硅被氢气还原，主要反应式：SiHCl3+H2 Si+HCl 同时还会发生三氯氢硅热分解反应：SiHCl3 Si+SiCl4+HCl 2还原工艺过程 在还原炉中，预先装好材质是高纯度硅的硅晶体细棒，称为硅芯，通常直径是5-6厘米。经氯硅烷分离提纯工序精制的三氯氢硅，送入三氯氢硅汽化器，被热水加热汽化；氢气流经氢气缓冲罐后，也通入汽化器内，与三氯氢硅蒸汽形成一定比例的混合气体。从三氯氢硅汽化器来的三氯氢硅与氢气的混合气体，送入还原炉内。在还原炉内通电将硅芯加热到1080-1100，硅芯作为发热体，三氯氢硅和氢气

4、发生氢还原反应，生成硅就沉积在硅芯上，硅芯随着反应的不断进行而逐渐长粗，直至达到规定的尺寸。四、还原尾气干法分离回收 在还原尾气中含有大量的未反应的三氯氢硅、氢气和反应产物SiCl4、HCl等气体，必须回收并分离提纯加以利用。分离出的三氯氢硅和氢气提纯后可再用于生产，HCl可再利用于三氯氢硅的合成。对于SiCl4，可以将SiCl4提纯到6个“9”以上制作光纤，或者将SiCl4用于各种硅酸盐的生产。但目前多晶硅生产企业都倾向于将SiCl4转化为三氯氢硅，再用于多晶硅的生产，这种方法称为冷氢化，反应温度500左右。第三节 硅烷热分解法制备高纯硅一、硅烷概述图2-4硅烷结构 二、硅烷的制备及提纯1硅

5、烷的制备（1）硅化镁分解法Mg+Si Mg2SiMg2Si+HCl MgCl2+SiH4 除上面方法外，硅化镁也可以与固体氯化铵在低温液氨中反应，可得到硅烷，这种方法也叫Johnsons法。Mg2Si+NH4Cl MgCl2+SiH4+NH3（2）氢化物还原法 以氢化铝锂、氢化硼锂等作为还原剂，在乙醚中还原四氯化硅生成硅烷。LiAlH4+SiCl4 SiH4+LiCl+AlCl32硅烷的提纯三、硅烷热分解SiH4 Si+H2硅烷热分解法有如下优点：（1）分解过程不加还原剂，因而不存在还原剂的玷污。（2）生成的硅纯度高。（3）硅烷热分解温度一般为850至900，远低于其它方法，因此由高温挥发或扩散引入的杂质就少。贮藏和运输硅烷常采用两种方法：一种是用分子筛吸附硅烷，使用时可用氖气携带；另一种是把硅烷压入钢瓶，再以氢气稀释，使其浓度降低，从而避免爆炸、燃烧的危险。