硅晶片又称晶圆片，是由硅锭加工而成的，通过专门的工艺可以在硅晶片上刻蚀出数以百万计的晶体管，被广泛应用于集成电路的制造。
硅属于半导体材料，其自身的导电性并不是很好。然而，可以通过添加适当的掺杂剂来精确控制它的电阻率。制造半导体前，必须将硅转换为晶圆片(wafer)。
硅晶棒经过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，激光刻，包装后，即成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是“晶圆”。
硅晶圆片生产过程及主要控制点
切片（Slicing）影响质量的主要因素
（1）机械运动的精确和稳定性；
（2）刀片的张紧度；
（3）刀片的质量；
（4）人为操作因素。
倒角（Edge Contouring）
倒角的主要目的有：
（1）防止晶圆边缘的碎裂；
（2）防止热应力造成的缺陷；
（3）增加外延层和光刻胶在硅片边缘的平坦度。
晶面研磨（Lapping）
（1）将硅片表面因切片所引起的刀痕和凹凸面。
（2）规整硅片的厚度，使片与片之间的厚度差值缩小。
（3）使表面加工损伤达到一致，这样在化学腐蚀过程中表面腐蚀速率才能达到一致。
（4）提高平行度，使硅晶圆片各处的厚度均匀。
（5）提高表面平坦度。
晶圆腐蚀（Etching）
硅晶圆片的腐蚀工艺主要目的是去除晶圆表面在机械加工过程中产色好难过的加工损伤层和油污。腐蚀还能暴露磨平过程中产生的不易观察的划痕等缺陷。根据磨片工艺中常用磨料Ml4颗粒的粒径，可以估计出加工损伤层厚度约为10～20μm，因此化学腐蚀这道工序应从硅片的两个表面个去除20μm左右。
晶圆抛光
1．机械抛光法
2．化学抛光法
3．化学机械抛光法（CMP）
要获得好的平整度需要控制以下参数：
（1）抛光时间；
（2）晶圆和抛光垫上的压力。
（3）旋转速度。
（4）抛光液颗粒尺寸。
（5）抛光液流速。
（6）抛光液的PH值。
（7）抛光垫材料等。
晶圆片中主要杂质是用来自于加工的本身，另外，晶圆片清洗工序本身也能引起污染沉积，清洗方法不当或者清洗操作不正确，会使清洗不起作用，或者引起杂质的再污染，也是造成产品污染的一个原因。通常来说，一个晶圆片清洗的工艺必须在去除芯片表面全部污染物的同时，不会刻蚀或损害晶圆片表面，它在生产配制上是安全的，经济的。
硅单晶介绍：
硅（Si)单晶是一种化学惰性气体材料，硬度高，不溶于水。它在1-7μm波段具有很好的透光性能，同时它在远红外波段30-300μm也具有很好的透光性能，这是其它光红外材料所不具有的特点。硅单晶通常用于3-5μm中波红外光学窗口和光学滤光片的基片。由于该材料导热性能好，密度低，也是制作激光反射镜的常用材料。
硅单晶的产品根据不同的需要包括P型和N型。制备从原料配制开始，将高纯硅原料进行称重，根据需要生长的晶体类型选取适当掺杂剂按比例进行称重，混合后装入坩埚中。装好原料的坩埚放入晶体生长炉内，进行抽气，真空度达到10-3Pa，然后充入氩气，进行升温。待坩埚中晶体原料熔化后，降低籽晶对籽晶进行预热，然后略降炉温，通过调节功率寻找合适的下晶温度。找到合适的温度后进行引晶，一般会缩晶，长度6cm，然后进行放肩，达到尺寸后进入等径状态。在等径时也需要对晶体生长情况进行观察，如果出现多晶，要及时回熔。在晶体生长结束时，不能将晶体直接从熔体中提拉出来，因为这会使晶体受到较大的热冲击力，会导致晶体开裂或尾部大量缺陷。在收尾过程中要较慢收尾，形成尾锥。
生长后的晶体需要进行加工设计，然后按照设计进行定向、切割、掏棒和加工，以得到较高的利用率。最后可根据需要进行镀膜，成为光学器件。
性能要求:
1.纯度：晶体生长时所使用的原材料纯度应不低于9N（99.9999999%），所使用的掺杂剂纯度不低于5N（99.999%）。
2.结晶质量：硅单晶棒应无镶嵌、无晶界、无孪晶。
3.位错密度：位错密度应不大于100个/cm2。
4.导电类型：硅单晶的导电类型共两类：N型、P型。
5.晶向：硅单晶材料的晶向主要包含以下结晶学方向。
6.电阻率：硅单晶的电阻率分为四级
7.外观质量：硅单晶材料表面无污染、无崩边、无裂纹、无孔洞。
透过率检测
样品：单晶硅，直径不小于20 ~ 50mm，厚度10±0.5mm，通光面抛光光洁度达到80/50
测试波段：3-15um
合格要求：≥52.5%@3-5um
技术概述：
单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。
直拉法（CZ）单晶硅材料应用最广。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~8英寸。
区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品，目前直径可控制在Φ3~6英寸。
外延法生长单晶硅薄膜,外延片主要用于集成电路领域。
本征晶体拥有晶体生长炉，内圆切割设备，双面研磨设备，CNC加工中心，镀膜机，可以提供给客户各种形状毛坯及镀膜服务，产品交货日期3-7天， 独有的红外及类金刚石膜系保证不脱模且透过率高。所有材料均满足ROHS, REACH, MSDS，GDMS等要求。尺寸范围：2*2毫米到350毫米 * 厚度0.35-1400毫米；电阻范围：0-6000欧姆；掺杂型号：N型号/P型号/Intrinsic型号；方向种类：<100><110><111>
工艺对比：
CZ法因使用石英坩埚而不可避免地引入一定量的氧，对大多数半导体器件来说影响不大，但对高效太阳电池，氧沉淀物是复合中心，从而降低材料少子寿命。区熔法可以获得高纯无缺陷单晶
直拉法比用区熔法更容易生长获得较高氧含量(12～14 mg/kg)和大直径的硅单晶棒。根据现有的工艺水半，采用直拉法已可生长出6～18in(150～450 mm)的大直径硅单晶棒。
直拉法优势：
直拉法(CZ:Czochralski)制备单晶硅是Czochralski于1918年发明的，直拉法是半导体单晶生长用的最多的一种晶体生长技术。目前太阳电池市场主要是由CZ硅和多晶硅组成，这是因为CZ硅具有下列的优势：
（1）不同形状不同掺杂的多晶硅原料均适合CZ直拉硅生长，这样可使光伏产业能够购买性价比高的多晶硅原料生产太阳电池。由于多晶硅原料的熔化是在坩埚中完成的，不同形状、不同电阻率、不同晶粒大小的原料可以混合。
（2）CZ拉单晶过程是一个提纯过程，对于载流子寿命有影响的杂质可以通过CZ拉单晶并结合吸杂等技术去除。同时，CZ也是一个质量控制的过程。
（3）CZ法具有成熟、低成本等特点。设备和工艺很成熟，一个操作工人可以操作几台机器。
生长流程：
硅单晶的产品根据不同的需要包括P型和N型。制备从原料配制开始，将高纯硅原料进行称重，根据需要生长的晶体类型选取适当掺杂剂按比例进行称重，混合后装入坩埚中。
装好原料的坩埚放入晶体生长炉内，进行抽气，真空度达到10-3Pa，然后充入氩气，进行升温。
待坩埚中晶体原料熔化后，降低籽晶对籽晶进行预热，然后略降炉温，通过调节功率寻找合适的下晶温度。找到合适的温度后进行引晶，一般会缩晶，长度6cm，然后进行放肩，达到尺寸后进入等径状态。
在等径时也需要对晶体生长情况进行观察，如果出现多晶，要及时回熔。在晶体生长结束时，不能将晶体直接从熔体中提拉出来，因为这会使晶体受到较大的热冲击力，会导致晶体开裂或尾部大量缺陷。在收尾过程中要较慢收尾，形成尾锥。
生长后的晶体需要进行加工设计，然后按照设计进行定向、切割、掏棒和加工，以得到较高的利用率。最后可根据需要进行镀膜，成为光学器件。
悬浮区熔法(FZ法)制备单晶硅工艺：
区熔法又分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。前者主要用于锗、GaAs等材料的提纯和单晶生长。后者主要用于硅，这是由于硅熔体的温度高，化学性能活泼，容易受到异物的玷污，难以找到适合的舟皿，不能采用水平区熔法。
然而硅又具有两个比锗、GaAs优越的特性：即密度低(2.33g／cm3和表面张力大(0.0072N／cm)，所以，能用无坩埚悬浮区熔法。该法是在气氛或真空的炉室中，利用高频线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的多晶硅棒的接触处产生熔区，然后使熔区向上移动进行单晶生长。由于硅熔体完全依靠其表面张力和高频电磁力的支托，悬浮于多晶棒与单晶之间，故称为悬浮区熔法。
悬浮区熔法：
用此法拉晶时，先从上、下两轴用夹具精确地垂直固定棒状多晶锭。用电子轰击、高频感应或光学聚焦法将一段区域熔化，使液体靠表面张力支持而不坠落。移动样品或加热器使熔区移动。这种方法不用坩埚，能避免坩埚污染，因而可以制备很纯的单晶和熔点极高的材料（如熔点为3400℃的钨），也可采用此法进行区熔。大直径硅的区熔是靠内径比硅棒粗的“针眼型”感应线圈实现的。为了达到单晶的高度完整性，在接好籽晶后生长一段直径约为2～3毫米、长约10～20毫米的细颈单晶，以消除位错。此外,区熔硅的生长速度超过约5～6毫米/分时，还可以阻止所谓漩涡缺陷的生成。
为确保生长沿所要求的晶向进行，也需要使用籽晶，采用与直拉单晶类似的方法，将一个很细的籽晶快速插入熔融晶柱的顶部，先拉出一个直径约3mm，长约10-20mm的细颈，然后放慢拉速，降低温度放肩至较大直径。顶部安置籽晶技术的困难在于，晶柱的熔融部分必须承受整体的重量，而直拉法则没有这个问题，因为此时晶定还没有形成。这就使得该技术仅限于生产不超过几公斤的晶锭
用区熔法单晶生长技术制备的半导体硅材料，是重要的硅单晶产品。由于硅熔体与坩埚容器起化学作用，而且利用硅表面张力大的特点，故采用悬浮区熔法，简称FZ法或FZ单晶
特点和应用
由于不用坩埚，避免了来自坩埚的污染，而且还可以利用悬浮区熔进行多次提纯，所以单晶的纯度高。用于制作电力电子器件、光敏二极管、射线探测器、红外探测器等。Fz单晶的氧含量比直拉硅单晶(见半导体硅材料)的氧含量低2～3个数量级，这一方面不会产生由氧形成的施主与沉积物，但其机械强度却不如直拉单晶硅，在器件制备过程中容易产生翘曲和缺陷。在Fz单晶中掺入氮可提高其强度。
硅材料注意事项-单晶硅和多晶硅区别：
单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶硅。
通常，硅单晶中发生位错的主要原因往往是在高温工艺过程中，硅材料内应力引起了范性形变，此时作为位错滑移区的边界不会在晶体内部凭空终止，而是一直延伸到表面，或在晶体内形成闭环或与其他位错相交，否则不会自行终止。位错对于器件性排列晶面上缺少或多余出一层原子而构成的缺陷，层错也是硅晶体中最常见的一种基本缺陷能的影响包括：?
（1）位错密度较大时可以导致寿命下降，位错起到复合中心的作用。?
（2）杂质会沿着位错加速扩散，容易导致pn结面不平整甚至穿通。?
（3）沿着位错杂质的沉淀会破坏pn结的反向特性。?
层错（面缺陷）?
层错是在硅晶体的密集，对器件的性能会产生较大的影响。
（1）不同程度地破坏pn结的反向特性。?
（2）层错的边缘会引起杂质沉淀。
光学镀膜概念及原理
镀膜是用物理或化学的方法在材料表面镀上一层透明的电解质膜，或镀一层金属膜，目的是改变材料表面的反射和透射特性，达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求。常用的镀膜法有真空镀膜(物理镀膜的一种)和化学镀膜。光学零件表面镀膜后，光在膜层层上多次反射和透射，形成多光束干涉，控制膜层的折射率和厚度，可以得到不同的强度分布，这是干涉镀膜的基本原理。
光学薄膜分类：
增透膜：硅、锗、硫化锌、硒化锌等基底较多，氟化物较为少见。
单波长、双波长、宽带
反射膜：分介质与金属反射膜，金属反射膜一般为镀金加保护层。
半反射、单波长、双波长、宽带
硬碳膜 :也叫DLC膜，一般镀在硅、锗、硫系玻璃外表面，做保护/增透作用， 产品另一侧一般要求镀增透膜。
分光膜 :有些要求特定入射角情况下，可见光波段反射，红外波段透过，多用于光谱分析中。
45度分光片、双色分束、偏振分束片&棱镜
滤光膜：宽带、窄带
激光晶体膜：YAG/YV04/KTP/LBO/BBO/LIND03
紫外膜-增透：193/248/266/308/340/355,铝反射180-400nm
红外膜：CO210.6UM/YAG2940NM/SI&GE&ZNSE&ZNS
增透膜波长选择表
标准可见光增透膜曲线
标准红外光增透膜曲线
高反射膜
金属镜(Metallic Mirror)
成本较低，反射波段较宽。
一般用于反射率要求不是特别高，但是波段很宽的应用。
因为存在部分吸收，因此限制了其在激光领域的应用。
全介质反射镜(Dielectric HR coatings )
成本较高，反射波段较窄。
反射率可以做到很高。
反射波段范围有限，如加大反射波段范围，膜层镀制难度将提高。
膜层较厚，应力较大，存在膜层脱落风险。
镀膜基片
指在什么材质上镀膜。基底往往是使用环境和用途决定。常见的镀膜基底选择？ 如气体分析保护金多用氟化钙基底，普通反射镜用浮法玻璃，激光腔镜用硅基底，红外滤光片多用硅锗，可见及近红外多是玻璃，无氧铜多是镍和金等。
氟化钙，氟化钡，氟化镁，蓝宝石，锗，硅，硫化锌，硒化锌，硫系玻璃，N-BK7,熔融石英等
镀膜材料
附着在基底上的起到透射，反射，分光等作用的材料，可能是光学材料如硫化锌、氟化镁等，也可能是金属，如铝金等。目前成熟大批量光学镀膜材料多是颗粒状或是药片状，也有整块晶体镀膜靶材；金属镀膜材料多是丝及块状；基底，用途，和镀膜指标决定用什么镀膜材料。
镀膜工序和设备
清洗设备：
超声波清洗机：指清洗和烘干一体化的，可直接装盘镀膜。同时这个机器必须在洁净空间使用；
光学镜片的超声波清洗技术
在光学冷加工中，镜片的清洗主要是指镜片抛光后残余抛光液、黏结剂、保护性材料的清洗；镜片磨边后磨边油、玻璃粉的清洗；镜片镀膜前手指印、口水以及各种附着物的清洗。
传统的清洗方法是利用擦拭材料（纱布、无尘纸）配合化学试剂（汽油、乙醇、丙酮、乙醚）采取浸泡、擦拭等手段进行手工清擦。
这种方法费时费力，清洁度差，显然不适应现代规模化的光学冷加工行业。这迫使人们寻找一种机械化的清洗手段来代替。于是超声波清洗技术逐步进入光学冷加工行业并大显身手，进一步推动了光学冷加工业的发展。
超声波清洗技术的基本原理，大致可以认为是利用超声场产生的巨大作用力，在洗涤介质的配合下，促使物质发生一系列物理、化学变化以达到清洗目的的方法。
当高于音波（28～40khz）的高频振动传给清洗介质后，液体介质在高频振动下产生近乎真空的空腔泡，空腔泡在相互间的碰撞、合并、消亡的过程中，可使液体局部瞬间产生几千大气压的压强，如此大的压强使得周围的物质发生一系列物理、化学变化。
工艺流程：
等离子增强化学气相沉积 (PECVD)：
是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。因为利用了等离子的活性来促进化学反应，PECVD可以在较低的温度下实现
等离子辅助气相沉积
目前DLC膜常用制备方法。采用射频技术（RF-PACVD）将通入的气体（丁烷、氩气）离化，在极板自偏压（负）的吸引下，带正电的粒子向基板撞击，沉积在基板表面。
