制作单晶硅的方法

（1）硅的主要来源是石英砂（二氧化硅），硅元素和氧元素通过共价键连接在一起。因此需要将氧元素从二氧化硅中分离出来，换句话说就是要将硅还原出来，采用的方法是将二氧化硅和碳元素（可以用煤、焦炭和木屑等）一起在电弧炉中加热至2100°C左右，这时碳就会将硅还原出来。化学反应方程式为：SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)（吸热） （2）上一步骤中得到的硅中仍有大约2%的杂质，称为冶金级硅，其纯度与半导体工业要求的相差甚远，因此还需要进一步提纯。方法则是在流化床反应器中混合冶金级硅和氯化氢气体，最后得到沸点仅有31°C的三氯化硅。化学反应方程式为：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放热） (3）随后将三氯化硅和氢气的混合物蒸馏后再和加热到1100°C的硅棒一起通过气相沉积反应炉中，从而除去氢气，同时析出固态的硅，击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为99.9999999%的硅，换句话说，也就是平均十亿个硅原子中才有一个杂质原子。 （4）进行到目前为止，半导体硅晶体对于芯片制造来说还是太小，因此需要把块状多晶硅放入坩埚内加热到1440°C以再次熔化 。为了防止硅在高温下被氧化，坩埚会被抽成真空并注入惰性气体氩气。之后用纯度99.7%的钨丝悬挂硅晶种探入熔融硅中，晶体成长时，以2~20转/分钟的转速及3~10毫米/分钟的速率缓慢从熔液中拉出：探入晶体“种子” 长出了所谓的“肩部” 长出了所谓的“身体” 这样一段时间之后就会得到一根纯度极高的硅晶棒，理论上最大直径可达45厘米，最大长度为3米。以上所简述的硅晶棒制造方法被称为切克劳斯法（Czochralski process，也称为柴氏长晶法），此种方法因成本较低而被广泛采用，除此之外，还有V-布里奇曼法（Vertikalern Bridgman process）和浮动区法（floating zone process）都可以用来制造单晶硅。

为了满足量产上的需求，半导体的电性必须是可预测并且稳定的，因此包括掺杂物的纯度以及半导体晶格结构的品质都必须严格要求。常见的品质问题包括晶格的位错（dislocation）、孪晶面（twins）或是堆垛层错（stacking fault）都会影响半导体材料的特性。对于一个半导体器件而言，材料晶格的缺陷（晶体缺陷）通常是影响元件性能的主因。

目前用来成长高纯度单晶半导体材料最常见的方法称为柴可拉斯基法（钢铁场常见工法）。这种工艺将一个单晶的晶种（seed）放入溶解的同材质液体中，再以旋转的方式缓缓向上拉起。在晶种被拉起时，溶质将会沿着固体和液体的接口固化，而旋转则可让溶质的温度均匀。

单晶硅的生产工艺:1.石材加工一开始是石头(所有石头都含硅)。这块石头被加热后变成了液态。加热后变成气态，气体通过一个密封的大盒子。盒子里有N多个加热的子晶体，两端用石墨夹住。当气体通过盒子时，子晶体会将其中一种气体吸收到子晶体中，子晶体逐渐变厚。因为有些变成固体了，所以很慢，大概一个月。2.酸洗当然还有大量的废气等等。(四氯化硅)在生产过程中产生。现在看来是处理不好了。事不宜迟，等原生多晶体有了，就开始酸洗，氢氟酸，硝酸，醋酸等等。原生多晶体外的东西洗干净后，会放入烘房烘干，无尘检验，包装。3.拉晶要拉晶，拉晶就是在拉晶炉里加热熔化多晶硅。将晶体向上提拉后，工人们首先将多晶硅放入应时坩埚中。(为了降低成本，工厂还会用一些洗过的电池片和碎硅片一起熔化。)关炉加热。应时锅的熔点是1700度，硅的熔点只有1410度左右。硅熔化后，应时坩埚慢慢上升，晶体从上面下降到坩埚的中心液面。同时锅底电加热，液面冷却，晶体指向液面会出现光点。慢慢旋转，拉起，放肩，转肩，正常拉杆，完成。大约一天半后，一根单晶棒就会出来。4.切割正方形当单晶棒可用时，切割正方形。单晶棒通常为6英寸，P型，电阻率为0.5-6欧姆(一英寸约等于2.4厘米)。把棒的四边切掉，做成带倒角的正方形，切片，每片0.22毫米。

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