概述

　　半導體硅材料(semiconductorsilicon)是最主要的元素半導體材料，包括硅多晶、硅單晶、硅片、硅外延片、非晶硅薄膜等，可直接或間接用于制備半導體器件。

　　特性

　　硅為周期表中Ⅳ族元素。在地殼中主要以二氧化硅和硅酸鹽形式存在。豐度為27.7％，僅次于氧。硅的原子量為28.05，25℃下密度為2.329g／cm3，具有灰色金屬光澤，較脆，硬度6.5Mohs，稍低于石英。熔點1410℃，在熔點時體積收縮率9.5％。常溫下硅表面覆蓋一層極薄氧化層，化學性質不活潑。高溫下與氧反應生成無定形二氧化硅層，在器件工藝中常用半作掩蔽層和隔離層。硅不溶于酸，但溶于HNO3。和HF的混合溶液中，常用這種溶液作腐蝕液。硅稍溶于加溫的堿溶液中，還可采用等離子腐蝕技術來腐蝕硅。硅有結晶態(tài)和非晶。常溫下硅單晶介電系數(shù)11.7，對光具有高的折射率(n=3.42)，反射損失較大，涂以適當減反射膜可大大提高透過率。硅中的雜質會引起光的吸收，氧和碳的吸收帶在室溫下分別位于1107和607cm-1處。

　　制備及應用

　　結晶態(tài)硅材料的制備方法通常是先將硅石(SiO2)在電爐中高溫還原為冶金級硅(純度95％——99％)，然后將其變?yōu)楣璧柠u化物或氫化物，經(jīng)提純，以制備純度很高的硅多晶。包括硅多晶的西門子法制備、硅多晶的硅烷法制備。在制造大多數(shù)半導體器件時，用的硅材料不是硅多晶，而是高完整性的硅單晶。通常用直拉法或區(qū)熔法由硅多晶制得硅單晶。目前世界上直拉硅單晶和區(qū)熔硅單晶的用量約為9：1，直拉硅主要用于集成電路和晶體管，其中用于集成電路的直拉硅單晶由于其有明確的規(guī)格，且其技術要求嚴格，成為單獨一類稱集成電路用硅單晶。區(qū)熔硅主要用于制作電力電子元件，純度極高的區(qū)熔硅還用于射線探測器。硅單晶多年來一直圍繞著純度、物理性質的均勻性、結構完整性及降低成本這些問題而進行研究與開發(fā)。材料的純度主要取決于硅多晶的制備工藝，同時與后續(xù)工序的玷污也有密切關系。材料的均勻性主要涉及摻雜劑，特別是氧、碳含量的分布及其行為，在直拉生長工藝中采用磁場(見磁控直拉法單晶生長)計算機控制或連續(xù)送料，使均勻性得到很大改善；對區(qū)熔單晶采用中子嬗變摻雜技術，大大改善了均勻性。在結構完整性方面，直拉硅單晶早已采用無位錯拉晶工藝，目前工作主要放在氧施主、氧沉淀及其誘生缺陷與雜質的相互作用上。氧在熱處理中的行為非常復雜。直拉單晶經(jīng)300——500℃熱處理會產生熱施主，而經(jīng)650℃以上熱處理可消除熱施主，同時產生氧沉淀成核中心，在更高溫度下處理會產生氧沉淀，形成層錯和位錯等誘生缺陷，利用這些誘生缺陷能吸收硅中有害金屬雜質和過飽和熱點缺陷的特性，發(fā)展成使器件由源區(qū)變成“潔凈區(qū)”的吸除工藝，能有效地提高器件的成品率。

　　對硅單晶錠需經(jīng)切片、研磨或拋光(見半導體晶片加工)后，提供給器件生產者使用。

　　某些器件還要求在拋光片上生長一層硅外延層，此種材料稱硅外延片。