单晶拉晶工艺流程的四个步骤介绍

揭秘！从沙子到高纯度芯片原材料的奇妙之旅

高纯度的单晶硅片是现代电子技术的基石，尤其对于半导造而言，其纯度至关重要。通常，这种硅的纯度要达到极高的标准，甚至可以精确到小数点后数个九的纯度。而令人惊讶的是，这些高纯度的硅原材料竟然是从普通的沙子中提炼而来的。今天，就让我们一同探索这一神奇的转变过程。

沙子的蜕变

整个过程通常在石墨电弧炉中进行。将石英岩（或沙子）与焦炭、煤及木屑等混合，加热至1500到2000摄氏度时，会发生碳热还原反应。这一步制造的硅被称为“冶金硅”，其纯度可以达到96-99%，主要用于铝合金和有机硅工业。

要达到半导体级别的高纯度硅，还需要进一步的提纯。大型企业会采用大容量电炉，并配备先进的自动化系统和独立的烟气净化系统。提纯的方法多种多样，包括三氯氢硅还原法、硅烷热分解法等，其中最常用的方法是三氯氢硅还原法。

精密的提纯工艺

提纯过程中，首先合成三氯氢硅（又称三氯硅烷或硅氯仿）。在特定的温度和压力下，硅粉（SI）和氯化氢（HCl）经过催化合成反应生成三氯氢硅。这一过程需要精密的控制和高质量的原料。

接下来是三氯氢硅的连续精熘提纯。工业上有成熟的解决方案，通过多塔连续精熘，将三氯氢硅中的杂质降低到极低的水平，以满足半导体级别的纯度要求。

单晶硅的诞生

提纯后的三氯氢硅经过氢还原反应，在高温高纯度的环境下，与氢气反应，使高纯硅沉积在细棒上。这一过程本质上是将硅原子从液相的随机排列转变为有序阵列，由不对称结构变为对称结构，从而形成单晶硅。

单晶硅的制造过程中，坩埚直拉法是一种常用的方法。通过精确控制温度和固液交界面的操作，硅原子顺着籽晶的排列结构形成规则的结晶。这个过程需要极高的技术和严格的控制。

硅片的诞生与加工

单晶硅锭完成后，需要经过一系列的加工步骤才能成为我们熟悉的硅片。这些步骤包括切断、滚圆、切片、倒角、磨片、化学腐蚀和抛光等。其中，切片是关键步骤之一，通常使用内圆切割机和线切割机来完成。

内圆切割机使用环状刀片进行切割，而线切割则通过金属丝上的金刚石颗粒进行切割。两种方法各有优缺点，内圆切割损耗大但对设备要求较高，线切割则对硅片损伤较小但平整度稍差。

总结