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杂质控制的方法大多数是在晶体生长过程中同时掺入一定类型一定数量的杂质原子。这些杂质原子终在晶体中的分布，除了决定于生长方法本身以外，还决定于生长条件的选择。例如用提拉法生长时杂质分布除了受杂质分凝规律的影响外，还受到熔体中不规则对流的影响而产生杂质分布的起伏。此外,无论采用哪种晶体生长方法,生长过程中容器、加热器、环境气氛甚至衬底等都会引入杂质，这种情况称自掺杂。晶体缺陷控制也是通过控制晶体生长条件(例如晶体周围热场对称性、温度起伏、环境压力、生长速率等)来实现的。随着器件尺寸的日益缩小，对晶体中杂质分布的微区不均匀和尺寸为原子数量级的微小缺陷也要有所限制。因此如何精心设计，严格控制生长条件以满足对半导体材料中杂质、缺陷的各种要求是半导体材料工艺中的一个中心问题。

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硅在自然界中以硅酸盐或二氧化硅的形式广泛存在于岩石、砂砾中，硅晶圆的制造有三大步骤：硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型。1、硅提炼及提纯硅的提纯是第一道工序，需将沙石原料放入一个温度超过两千摄氏度的并有碳源的电弧熔炉中，在高温下发生还原反应得到冶金级硅，然后将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢反应，生成液态的硅烷，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅。2、单晶硅生长晶圆企业常用的是直拉法，如上图所示，高纯度的多晶硅放在石英坩埚中，并用外面围绕着的石墨加热器不断加热，温度维持在大约一千多摄氏度，炉中的空气通常是惰性气体，使多晶硅熔化，同时又不会产生不需要的化学反应。为了形成单晶硅，还需要控制晶体的方向，坩埚带着多晶硅熔化物在旋转，把一颗籽晶浸入其中，并且由拉制棒带着籽晶作反方向旋转，同时慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅会粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不断地生长上去。用直拉法生长后，单晶棒将按适当的尺寸进行切割，然后进行研磨，再用化学机械抛光工艺使其至少一面光滑如镜，这时候晶圆片就制造完成了。晶圆制造厂把这些多晶硅融解，再在融液里种入籽晶，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗晶面取向确定的籽晶在熔融态的硅原料中逐渐生成。3、晶圆成型完成了上述两道工艺， 硅晶棒再经过切段，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”。晶圆的制造工艺倒不是很复杂，其难度在于半导体产品对晶圆的纯度要求很高，纯度需要达到99.999999999%或以上。以硅晶片为例，硅从石英砂里提炼出来，在高温下，碳和里面的二氧化硅发生化学反应只能得到纯度约为98%的纯硅，这对于微电子器件来说不够纯，因为半导体材料的电学特性对杂质的浓度非常敏感，因此需要进一步提纯。而在进行硅的进一步提纯工艺中，光刻技术的难度很高，在晶圆制造工艺中，光刻是必须经历的一个步骤。光刻工艺是晶圆制造大的“一道坎”晶圆制造中的光刻是指在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。1、光刻去薄膜是晶圆制造的必经流程由于晶圆生产工艺中，其表面会形成薄膜，这需要光刻技术将它去掉。在晶圆制造过程中，晶体、电容、电阻等在晶圆表面或表层内构成，这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，终在晶圆上保留特征图形的部分。2、光刻确定尺寸，马虎不得光刻确定了器件的关键尺寸，光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，终可转化为对器件的电特性产生影响。3、高端光刻机产能严重不足光刻机也叫掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，常用的光刻机是掩膜对准光刻。光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。目前光刻机市场，以荷兰、日本的企业为主力军，全球能制造出光刻机的企业不足百家，能造出顶尖的光刻机的不足五家，在高端光刻机市场，中国企业几乎全军覆没。

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甚大规模集成电路需要数百个主要工艺操作。具有数百个工艺操作步骤的工艺过程是典型的艺术品。每一个主要工艺操作包含几个步骤，每一个步骤又依序涉及到几个分步。能够在经过众多的工艺步骤后仍维持很高的CUM良品率，这一切显然应归功于晶圆生产厂内持续不断的良品率压力。在众多的工艺步骤作用下，电路本身越复杂，预期的CUM良品率也就会越低。每一个主要工艺操作都包含了许多工艺步骤及分步，这使得晶圆生产部门面临着日益升高的压力。每一个分步骤都存在污染晶圆、打碎晶圆，或者损伤晶圆的机会。自动化和隔离技术提供了更多的控制晶圆的环境，但每个转移和新工艺的环境给污染和芯片损伤增加了一次机会。

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氮化镓、碳化硅和氧化锌等都是宽带隙半导体材料，因为它的禁带宽度都在3个电子伏以上，在室温下不可能将价带电子激发到导带。器件的工作温度可以很高，比如说碳化硅可以工作到600摄氏度;金刚石如果做成半导体，温度可以更高，器件可用在石油钻探头上收集相关需要的信息。它们还在航空、航天等恶劣环境中有重要应用。广播电台、电视台，唯一的大功率发射管还是电子管，没有被半导体器件代替。这种电子管的寿命只有两三千小时，体积大，且非常耗电;如果用碳化硅的高功率发射器件，体积至少可以减少几十到上百倍，寿命也会大大增加，所以高温宽带隙半导体材料是非常重要的新型半导体材料。这种材料非常难生长，硅上长硅，砷化镓上长GaAs，它可以长得很好。但是这种材料大多都没有块体材料，只得用其它材料做衬底去长。比如说氮化镓在蓝宝石衬底上生长，蓝宝石跟氮化镓的热膨胀系数和晶格常数相差很大，长出来的外延层的缺陷很多，这是大的问题和难关。另外这种材料的加工、刻蚀也都比较困难。科学家正在着手解决这个问题，如果这个问题一旦解决，就可以提供一个非常广阔的发现新材料的空间。

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进入21世纪以来，由于化石能源价格攀升，环境污染日益严重，硅太阳电池技术开发进展显着，转换效率明显提高[45]，西欧国家鼓励在房顶上铺设太阳电池，形成了半导体硅材料新的市场驱动力。微机电系统(MEMS)研发亦有新的进展，SEMI正在制定一系列新的MEMS标准。特别是近关于全硅拉曼激光器的研究结果将对硅光电子学发展起到重要的推动作用。人们预料，众多新结构的器件的诞生和新的物理现象的发现，将引发微/纳电子学领域新的大发展。随着半导体产业高潮的到来，硅材料将以高质量、低成本为主要目标，向标准化设备、厂房，新的加工处理工艺和大直径化方向发展。半导体硅及硅基材料的结构、力学、化学和电学特性的研究会随之不断深入;其缺陷控制、杂质行为、杂质与缺陷互作用及表面质量仍将是工艺技术研究的主攻方向。2004年新的《国际半导体技术路线图》指出，半导体技术节点的周期已由2年变为3年，这意味着实际上纳米集成电路发展的步伐将放缓，计划到2019年世界上至少有2家公司开始16nm集成电路的试生产。纳米集成电路用硅及硅基材料是一个新的大系统工程，要求材料、试剂、气体、设备、检测、器件制造等各方面的研究单位、公司建立伙伴关系，及时提出问题，组织合作研究，共同投资开发，分享研发成果。未来的研究将采用自上而下(top down)和自下而上(bottom up)相结合的技术路线，包括在原子尺度上合成理想结构的材料，制备有实际应用前景的硅基光电材料，硅上化合物，硅上有机物等新型材料，开发能降低成本的各种新工艺，使材料满足并适应信息产业软件和硬件发展的需要和变化，这些将是21世纪知识经济蓬勃发展的基础和希望所在。