硅晶片又稱晶圓片，是由硅錠加工而成的，通過專門的工藝可以在硅晶片上刻蝕出數以百萬計的晶體管，被廣泛應用于集成電路的制造。
硅屬于半導體材料，其自身的導電性并不是很好。然而，可以通過添加適當的摻雜劑來精確控制它的電阻率。制造半導體前，必須將硅轉換為晶圓片(wafer)。
硅晶棒經過切段，滾磨，切片，倒角，拋光，激光刻，包裝后，即成為集成電路工廠的基本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。
硅晶圓片生產過程及主要控制點
切片（Slicing）影響質量的主要因素
（1）機械運動的精確和穩定性；
（2）刀片的張緊度；
（3）刀片的質量；
（4）人為操作因素。
倒角（Edge Contouring）
倒角的主要目的有：
（1）防止晶圓邊緣的碎裂；
（2）防止熱應力造成的缺陷；
（3）增加外延層和光刻膠在硅片邊緣的平坦度。
晶面研磨（Lapping）
（1）將硅片表面因切片所引起的刀痕和凹凸面。
（2）規整硅片的厚度，使片與片之間的厚度差值縮小。
（3）使表面加工損傷達到一致，這樣在化學腐蝕過程中表面腐蝕速率才能達到一致。
（4）提高平行度，使硅晶圓片各處的厚度均勻。
（5）提高表面平坦度。
晶圓腐蝕（Etching）
硅晶圓片的腐蝕工藝主要目的是去除晶圓表面在機械加工過程中產色好難過的加工損傷層和油污。腐蝕還能暴露磨平過程中產生的不易觀察的劃痕等缺陷。根據磨片工藝中常用磨料Ml4顆粒的粒徑，可以估計出加工損傷層厚度約為10～20μm，因此化學腐蝕這道工序應從硅片的兩個表面個去除20μm左右。
晶圓拋光
1．機械拋光法
2．化學拋光法
3．化學機械拋光法（CMP）
要獲得好的平整度需要控制以下參數：
（1）拋光時間；
（2）晶圓和拋光墊上的壓力。
（3）旋轉速度。
（4）拋光液顆粒尺寸。
（5）拋光液流速。
（6）拋光液的PH值。
（7）拋光墊材料等。
晶圓片中主要雜質是用來自于加工的本身，另外，晶圓片清洗工序本身也能引起污染沉積，清洗方法不當或者清洗操作不正確，會使清洗不起作用，或者引起雜質的再污染，也是造成產品污染的一個原因。通常來說，一個晶圓片清洗的工藝必須在去除芯片表面全部污染物的同時，不會刻蝕或損害晶圓片表面，它在生產配制上是安全的，經濟的。
硅單晶介紹：
硅（Si)單晶是一種化學惰性氣體材料，硬度高，不溶于水。它在1-7μm波段具有很好的透光性能，同時它在遠紅外波段30-300μm也具有很好的透光性能，這是其它光紅外材料所不具有的特點。硅單晶通常用于3-5μm中波紅外光學窗口和光學濾光片的基片。由于該材料導熱性能好，密度低，也是制作激光反射鏡的常用材料。
硅單晶的產品根據不同的需要包括P型和N型。制備從原料配制開始，將高純硅原料進行稱重，根據需要生長的晶體類型選取適當摻雜劑按比例進行稱重，混合后裝入坩堝中。裝好原料的坩堝放入晶體生長爐內，進行抽氣，真空度達到10-3Pa，然后充入氬氣，進行升溫。待坩堝中晶體原料熔化后，降低籽晶對籽晶進行預熱，然后略降爐溫，通過調節功率尋找合適的下晶溫度。找到合適的溫度后進行引晶，一般會縮晶，長度6cm，然后進行放肩，達到尺寸后進入等徑狀態。在等徑時也需要對晶體生長情況進行觀察，如果出現多晶，要及時回熔。在晶體生長結束時，不能將晶體直接從熔體中提拉出來，因為這會使晶體受到較大的熱沖擊力，會導致晶體開裂或尾部大量缺陷。在收尾過程中要較慢收尾，形成尾錐。
生長后的晶體需要進行加工設計，然后按照設計進行定向、切割、掏棒和加工，以得到較高的利用率。最后可根據需要進行鍍膜，成為光學器件。
性能要求:
1.純度：晶體生長時所使用的原材料純度應不低于9N（99.9999999%），所使用的摻雜劑純度不低于5N（99.999%）。
2.結晶質量：硅單晶棒應無鑲嵌、無晶界、無孿晶。
3.位錯密度：位錯密度應不大于100個/cm2。
4.導電類型：硅單晶的導電類型共兩類：N型、P型。
5.晶向：硅單晶材料的晶向主要包含以下結晶學方向。
6.電阻率：硅單晶的電阻率分為四級
7.外觀質量：硅單晶材料表面無污染、無崩邊、無裂紋、無孔洞。
透過率檢測
樣品：單晶硅，直徑不小于20 ~ 50mm，厚度10±0.5mm，通光面拋光光潔度達到80/50
測試波段：3-15um
合格要求：≥52.5%@3-5um
技術概述：
單晶硅按晶體生長方法的不同，分為直拉法（CZ）、區熔法（FZ）和外延法。
直拉法（CZ）單晶硅材料應用最廣。直拉法生長的單晶硅主要用于半導體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽能電池。目前晶體直徑可控制在Φ3~8英寸。
區熔法單晶主要用于高壓大功率可控整流器件領域，廣泛用于大功率輸變電、電力機車、整流、變頻、機電一體化、節能燈、電視機等系列產品，目前直徑可控制在Φ3~6英寸。
外延法生長單晶硅薄膜,外延片主要用于集成電路領域。
本征晶體擁有晶體生長爐，內圓切割設備，雙面研磨設備，CNC加工中心，鍍膜機，可以提供給客戶各種形狀毛坯及鍍膜服務，產品交貨日期3-7天， 獨有的紅外及類金剛石膜系保證不脫模且透過率高。所有材料均滿足ROHS, REACH, MSDS，GDMS等要求。尺寸范圍：2*2毫米到350毫米 * 厚度0.35-1400毫米；電阻范圍：0-6000歐姆；摻雜型號：N型號/P型號/Intrinsic型號；方向種類：<100><110><111>
工藝對比：
CZ法因使用石英坩堝而不可避免地引入一定量的氧，對大多數半導體器件來說影響不大，但對高效太陽電池，氧沉淀物是復合中心，從而降低材料少子壽命。區熔法可以獲得高純無缺陷單晶
直拉法比用區熔法更容易生長獲得較高氧含量(12～14 mg/kg)和大直徑的硅單晶棒。根據現有的工藝水半，采用直拉法已可生長出6～18in(150～450 mm)的大直徑硅單晶棒。
直拉法優勢：
直拉法(CZ:Czochralski)制備單晶硅是Czochralski于1918年發明的，直拉法是半導體單晶生長用的最多的一種晶體生長技術。目前太陽電池市場主要是由CZ硅和多晶硅組成，這是因為CZ硅具有下列的優勢：
（1）不同形狀不同摻雜的多晶硅原料均適合CZ直拉硅生長，這樣可使光伏產業能夠購買性價比高的多晶硅原料生產太陽電池。由于多晶硅原料的熔化是在坩堝中完成的，不同形狀、不同電阻率、不同晶粒大小的原料可以混合。
（2）CZ拉單晶過程是一個提純過程，對于載流子壽命有影響的雜質可以通過CZ拉單晶并結合吸雜等技術去除。同時，CZ也是一個質量控制的過程。
（3）CZ法具有成熟、低成本等特點。設備和工藝很成熟，一個操作工人可以操作幾臺機器。
生長流程：
硅單晶的產品根據不同的需要包括P型和N型。制備從原料配制開始，將高純硅原料進行稱重，根據需要生長的晶體類型選取適當摻雜劑按比例進行稱重，混合后裝入坩堝中。
裝好原料的坩堝放入晶體生長爐內，進行抽氣，真空度達到10-3Pa，然后充入氬氣，進行升溫。
待坩堝中晶體原料熔化后，降低籽晶對籽晶進行預熱，然后略降爐溫，通過調節功率尋找合適的下晶溫度。找到合適的溫度后進行引晶，一般會縮晶，長度6cm，然后進行放肩，達到尺寸后進入等徑狀態。
在等徑時也需要對晶體生長情況進行觀察，如果出現多晶，要及時回熔。在晶體生長結束時，不能將晶體直接從熔體中提拉出來，因為這會使晶體受到較大的熱沖擊力，會導致晶體開裂或尾部大量缺陷。在收尾過程中要較慢收尾，形成尾錐。
生長后的晶體需要進行加工設計，然后按照設計進行定向、切割、掏棒和加工，以得到較高的利用率。最后可根據需要進行鍍膜，成為光學器件。
懸浮區熔法(FZ法)制備單晶硅工藝：
區熔法又分為兩種：水平區熔法和立式懸浮區熔法。前者主要用于鍺、GaAs等材料的提純和單晶生長。后者主要用于硅，這是由于硅熔體的溫度高，化學性能活潑，容易受到異物的玷污，難以找到適合的舟皿，不能采用水平區熔法。
然而硅又具有兩個比鍺、GaAs優越的特性：即密度低(2.33g／cm3和表面張力大(0.0072N／cm)，所以，能用無坩堝懸浮區熔法。該法是在氣氛或真空的爐室中，利用高頻線圈在單晶籽晶和其上方懸掛的多晶硅棒的接觸處產生熔區，然后使熔區向上移動進行單晶生長。由于硅熔體完全依靠其表面張力和高頻電磁力的支托，懸浮于多晶棒與單晶之間，故稱為懸浮區熔法。
懸浮區熔法：
用此法拉晶時，先從上、下兩軸用夾具精確地垂直固定棒狀多晶錠。用電子轟擊、高頻感應或光學聚焦法將一段區域熔化，使液體靠表面張力支持而不墜落。移動樣品或加熱器使熔區移動。這種方法不用坩堝，能避免坩堝污染，因而可以制備很純的單晶和熔點極高的材料（如熔點為3400℃的鎢），也可采用此法進行區熔。大直徑硅的區熔是靠內徑比硅棒粗的“針眼型”感應線圈實現的。為了達到單晶的高度完整性，在接好籽晶后生長一段直徑約為2～3毫米、長約10～20毫米的細頸單晶，以消除位錯。此外,區熔硅的生長速度超過約5～6毫米/分時，還可以阻止所謂漩渦缺陷的生成。
為確保生長沿所要求的晶向進行，也需要使用籽晶，采用與直拉單晶類似的方法，將一個很細的籽晶快速插入熔融晶柱的頂部，先拉出一個直徑約3mm，長約10-20mm的細頸，然后放慢拉速，降低溫度放肩至較大直徑。頂部安置籽晶技術的困難在于，晶柱的熔融部分必須承受整體的重量，而直拉法則沒有這個問題，因為此時晶定還沒有形成。這就使得該技術僅限于生產不超過幾公斤的晶錠
用區熔法單晶生長技術制備的半導體硅材料，是重要的硅單晶產品。由于硅熔體與坩堝容器起化學作用，而且利用硅表面張力大的特點，故采用懸浮區熔法，簡稱FZ法或FZ單晶
特點和應用
由于不用坩堝，避免了來自坩堝的污染，而且還可以利用懸浮區熔進行多次提純，所以單晶的純度高。用于制作電力電子器件、光敏二極管、射線探測器、紅外探測器等。Fz單晶的氧含量比直拉硅單晶(見半導體硅材料)的氧含量低2～3個數量級，這一方面不會產生由氧形成的施主與沉積物，但其機械強度卻不如直拉單晶硅，在器件制備過程中容易產生翹曲和缺陷。在Fz單晶中摻入氮可提高其強度。
硅材料注意事項-單晶硅和多晶硅區別：
單晶硅和多晶硅的區別是，當熔融的單質硅凝固時,硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。例如在力學性質、電學性質等方面，多晶硅均不如單晶硅。多晶硅可作為拉制單晶硅的原料。單晶硅可算得上是世界上最純凈的物質了，一般的半導體器件要求硅的純度六個9以上。大規模集成電路的要求更高，硅的純度必須達到九個9。人們已經能制造出純度為十二個9的單晶硅。
通常，硅單晶中發生位錯的主要原因往往是在高溫工藝過程中，硅材料內應力引起了范性形變，此時作為位錯滑移區的邊界不會在晶體內部憑空終止，而是一直延伸到表面，或在晶體內形成閉環或與其他位錯相交，否則不會自行終止。位錯對于器件性排列晶面上缺少或多余出一層原子而構成的缺陷，層錯也是硅晶體中最常見的一種基本缺陷能的影響包括：?
（1）位錯密度較大時可以導致壽命下降，位錯起到復合中心的作用。?
（2）雜質會沿著位錯加速擴散，容易導致pn結面不平整甚至穿通。?
（3）沿著位錯雜質的沉淀會破壞pn結的反向特性。?
層錯（面缺陷）?
層錯是在硅晶體的密集，對器件的性能會產生較大的影響。
（1）不同程度地破壞pn結的反向特性。?
（2）層錯的邊緣會引起雜質沉淀。
光學鍍膜概念及原理
鍍膜是用物理或化學的方法在材料表面鍍上一層透明的電解質膜，或鍍一層金屬膜，目的是改變材料表面的反射和透射特性，達到減少或增加光的反射、分束、分色、濾光、偏振等要求。常用的鍍膜法有真空鍍膜(物理鍍膜的一種)和化學鍍膜。光學零件表面鍍膜后，光在膜層層上多次反射和透射，形成多光束干涉，控制膜層的折射率和厚度，可以得到不同的強度分布，這是干涉鍍膜的基本原理。
光學薄膜分類：
增透膜：硅、鍺、硫化鋅、硒化鋅等基底較多，氟化物較為少見。
單波長、雙波長、寬帶
反射膜：分介質與金屬反射膜，金屬反射膜一般為鍍金加保護層。
半反射、單波長、雙波長、寬帶
硬碳膜 :也叫DLC膜，一般鍍在硅、鍺、硫系玻璃外表面，做保護/增透作用， 產品另一側一般要求鍍增透膜。
分光膜 :有些要求特定入射角情況下，可見光波段反射，紅外波段透過，多用于光譜分析中。
45度分光片、雙色分束、偏振分束片&棱鏡
濾光膜：寬帶、窄帶
激光晶體膜：YAG/YV04/KTP/LBO/BBO/LIND03
紫外膜-增透：193/248/266/308/340/355,鋁反射180-400nm
紅外膜：CO210.6UM/YAG2940NM/SI&GE&ZNSE&ZNS
增透膜波長選擇表
標準可見光增透膜曲線
標準紅外光增透膜曲線
高反射膜
金屬鏡(Metallic Mirror)
成本較低，反射波段較寬。
一般用于反射率要求不是特別高，但是波段很寬的應用。
因為存在部分吸收，因此限制了其在激光領域的應用。
全介質反射鏡(Dielectric HR coatings )
成本較高，反射波段較窄。
反射率可以做到很高。
反射波段范圍有限，如加大反射波段范圍，膜層鍍制難度將提高。
膜層較厚，應力較大，存在膜層脫落風險。
鍍膜基片
指在什么材質上鍍膜?；淄鞘褂铆h境和用途決定。常見的鍍膜基底選擇？ 如氣體分析保護金多用氟化鈣基底，普通反射鏡用浮法玻璃，激光腔鏡用硅基底，紅外濾光片多用硅鍺，可見及近紅外多是玻璃，無氧銅多是鎳和金等。
氟化鈣，氟化鋇，氟化鎂，藍寶石，鍺，硅，硫化鋅，硒化鋅，硫系玻璃，N-BK7,熔融石英等
鍍膜材料
附著在基底上的起到透射，反射，分光等作用的材料，可能是光學材料如硫化鋅、氟化鎂等，也可能是金屬，如鋁金等。目前成熟大批量光學鍍膜材料多是顆粒狀或是藥片狀，也有整塊晶體鍍膜靶材；金屬鍍膜材料多是絲及塊狀；基底，用途，和鍍膜指標決定用什么鍍膜材料。
鍍膜工序和設備
清洗設備：
超聲波清洗機：指清洗和烘干一體化的，可直接裝盤鍍膜。同時這個機器必須在潔凈空間使用；
光學鏡片的超聲波清洗技術
在光學冷加工中，鏡片的清洗主要是指鏡片拋光后殘余拋光液、黏結劑、保護性材料的清洗；鏡片磨邊后磨邊油、玻璃粉的清洗；鏡片鍍膜前手指印、口水以及各種附著物的清洗。
傳統的清洗方法是利用擦拭材料（紗布、無塵紙）配合化學試劑（汽油、乙醇、丙酮、乙醚）采取浸泡、擦拭等手段進行手工清擦。
這種方法費時費力，清潔度差，顯然不適應現代規?；墓鈱W冷加工行業。這迫使人們尋找一種機械化的清洗手段來代替。于是超聲波清洗技術逐步進入光學冷加工行業并大顯身手，進一步推動了光學冷加工業的發展。
超聲波清洗技術的基本原理，大致可以認為是利用超聲場產生的巨大作用力，在洗滌介質的配合下，促使物質發生一系列物理、化學變化以達到清洗目的的方法。
當高于音波（28～40khz）的高頻振動傳給清洗介質后，液體介質在高頻振動下產生近乎真空的空腔泡，空腔泡在相互間的碰撞、合并、消亡的過程中，可使液體局部瞬間產生幾千大氣壓的壓強，如此大的壓強使得周圍的物質發生一系列物理、化學變化。
工藝流程：
等離子增強化學氣相沉積 (PECVD)：
是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子體化學活性很強，很容易發生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜。因為利用了等離子的活性來促進化學反應，PECVD可以在較低的溫度下實現
等離子輔助氣相沉積
目前DLC膜常用制備方法。采用射頻技術（RF-PACVD）將通入的氣體（丁烷、氬氣）離化，在極板自偏壓（負）的吸引下，帶正電的粒子向基板撞擊，沉積在基板表面。
