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前面提到矽製備成晶圓的流程

今天來深入補充一下 方法的部分

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矽的初步純化

矽的初步純化 → 多晶矽的製造 → 矽晶圓製造

矽的初步純化:
方程式:
SiO2 + C → Si + CO2
SiO2 + 2C → Si + 2CO

將『二氧化矽』的礦石(砂),與定量的碳在電弧爐中約2000度高溫中冶煉,產生達到99.0%以上純度的矽塊(粉)也就是冶金級矽

 

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多晶矽的製造

矽的初步純化 → 多晶矽的製造 → 矽晶圓製造

西門子式製程方程式:
Si + 3HCl → HSiCl3 + H2 (氯化)
HSiCl3 → HSiCl3 (蒸餾)
HSiCl3 + H2→Si + 3HCl (分解)

將『冶金級矽』粉碎,經以高溫及鹽酸等處理後純化為99.99999(小數點後.5個9),即可做為太陽能電池的原料,(.9個9以上可以做為IC級晶片原料)
西門子式製程是最古早的製程,是用來製造半導體級多晶矽的,目前有75%左右的公司採用。優點是良率高,但缺點則是投資成本高、製造成本高、汙染較嚴重。
基於此,另外還有一些製成方式,如改良式西門子製程、REC式製成等,目前有少量公司採用,優點是較便宜、省電、輕汙染,缺點則是良率較低,一般是用在製造太陽能級矽晶圓用。

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矽晶圓製造

矽的初步純化 → 多晶矽的製造 → 矽晶圓製造

IC製造用的矽晶圓都是單晶矽晶圓,而太陽能電池製造用的矽晶圓則是單晶矽晶圓與多晶矽晶圓皆有。一般來說,單晶矽的效率會較多晶矽高,當然成本也較高
這裡是台灣最熱鬧的地方,有做太陽能晶圓的綠能(3519)、達能(3686),做半導體晶圓的台勝科(3532)、尚志(3579),與兩者兼做的中美晶(5483)、合晶(6182)。基本上,矽晶圓製造是兩個步驟:長晶(拉晶)→切晶

 

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長晶(拉晶):
製程方式:
單晶矽:CZ法、FZ法
多晶矽:casting

矽單晶通常以柴氏法或浮區法成長。圖為柴氏法成長單 晶示意圖。大致上是將矸鍋中,盛有高純度矽的熔融液 (維持在矽熔點攝氏1414度以上的高溫 )利用長條狀的晶 種與熔液接觸,再緩緩升起。單晶在固體晶種與熔液界 面成長。目前矽單晶成長技術已相當成熟,可長成一米 長,直徑超過二十公分的龐大晶體。其純度可達到每十 億矽原子中僅含一個雜質原子,而晶體中幾乎 全無缺陷。

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矽晶圓製造

長成的圓柱形矽晶棒首先經切割成晶片。晶片的厚度選取隨其直徑增加而增加,一般約數百微米。切割好的晶片再經機械研磨及化學侵蝕,將表面磨光平滑如鏡,即成為積體電路基底的晶圓。
切割常見有刀切以及線切割,刀切的切面平坦但線切的磨耗少產速快。

(1)半導體用的晶圓大都是切成圓片,送往IC製造廠;而太陽能用的矽則是切成方的,送往太陽能電池製造廠
(2)大晶圓(12吋)多是用來製作記憶體等技術層次較低的IC,而小晶圓(6吋)則多用來製作類比IC等技術層次較高之IC,8吋的話則都有

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