单晶硅的生产工艺方法浅析

单晶硅是一种金属半导体材料，具有优异的光学特性。目前，单晶硅的制作方法有哪几种呢？

一种常见的制作方法是通过CVD工艺制备单晶硅薄膜。该工艺是在反应炉中加热单晶硅片，使其转变成气态硅，然后通过催化剂和气体反应形成单晶硅膜。

另一种常见的制备方法是利用激光刻蚀法制备单晶硅薄膜。

（1）硅源以石英砂（二氧化硅）为主，硅和氧元素以共价键相连。所以有必要把氧元素与二氧化硅分离开来，换而言之，即把硅还原成二氧化硅，所用的办法是把二氧化硅与碳元素（可使用煤、焦炭、木屑等等）放在电弧炉内加热到2100℃左右，此时碳使硅还原成二氧化硅。硅热还原法的优点有：可使原料得到综合利用；可降低能耗及生产成本；可避免环境污染；提高产品质量。

(2)前一步所得硅还有约1个杂质存在，即冶金级硅（SISi），它的纯度远远不能满足半导体工业的要求，所以还有必要对它进一步纯化。目前主要采用化学气相沉积法（CVD）或热分解法制备冶金级硅。但由于热分解法需使用昂贵的还原剂和大量的设备投资，所以限制了它的发展。而其途径是将冶金级硅与氯化氢气体混合于流化床反应器内，最终获得沸点只有31℃的三氯化硅。

(3）然后把三氯化硅与氢气混合蒸馏，然后与加热至1100℃的硅棒在气相沉积反应炉内进行反应，使氢气被去除，而固态硅被沉淀下来并被打碎成块状多晶硅。然后将此硅块用氢氧化钠溶液进行清洗，再用去离子水冲洗干净即可。最后把洗净的硅放入真空干燥箱里干燥24小时。干燥后即得成品。这种方法是非常有效的。这便可获得纯度高达99.9999999的硅质，换言之，即平均10亿个硅质原子中只有1个杂质原子。

(4）开展至今，半导体硅晶体在芯片制造过程中还显得过于细小，所以需将块状多晶硅置于坩埚中加热至1440℃才能重新融化。但是，由于这种方法存在着成本高和生产效率低等问题，所以人们一直都在寻求新的技术来改善这种现状。现在日本三洋公司已成功地采用了一种“低温”法制备单晶。为避免硅经高温氧化，将坩埚抽真空通入惰性气体氩气。后又将硅晶种挂在纯度为99.0%的钨丝上，探出熔融硅，待晶体长大后，再以每分钟2～20转和3～10mm的速度慢慢地从熔液中拔出：。

探出晶体的“种子”；

长出被称为“肩”；

长出所谓“身”；

如此经过一定时间后便可获得纯度很高的硅晶棒状材料，其理论最大粒径可达到45cm,最大长3m。

上面简单介绍的硅晶棒的制作方法叫做切克劳斯法（Czochralskiprocess），又称柴氏长晶法，这种方法由于成本低得到了广泛应用，另外V-布里奇曼法、浮动区法等均可用于单晶硅的生产。