单晶硅紫外激光微加工工艺研究
硅激光在半导体微加工中的应用研究
硅激光在半导体微加工中的应用研究一、引言近年来，微加工技术的发展促进了许多领域的进步和创新，其中半导体微加工技术的应用被广泛认可。
然而，传统的半导体微加工技术存在一些局限性，例如在刻蚀材料、光刻技术、氧化技术等方面无法满足需求。
为了解决这些问题，科学家们不断探索新的半导体微加工技术，其中硅激光技术逐渐成为研究热点。
本文将重点介绍硅激光在半导体微加工中的应用研究。
二、硅激光技术概述硅激光器是一种基于硅材料的激光器，其产生的激光光束可以在微米或纳米尺度下进行半导体微加工。
硅激光器主要由硅基片和金属电极构成，它的发射波长与半导体芯片的原材料一致。
硅激光技术的优点在于工作波长长而稳定，在微加工中具有很强的可控性和精准性，且使用过程中无需对工艺参数进行特定调整，大大提高了微加工效率。
三、硅激光在半导体微加工中的应用1、刻蚀技术在半导体微电子制造中，刻蚀是一个重要的微加工过程，用于加工微电子器件，例如微处理器、存储器、传感器等。
传统的刻蚀技术具有一定局限性，例如会使材料结构发生变化、会产生不均匀的表面形貌和材料损伤。
而硅激光在刻蚀过程中具有高加工速率和低损伤性，可以产生均匀的表面形貌和精确的刻蚀深度。
2、光刻技术光刻技术是半导体微电子领域中非常重要的加工工艺，它被广泛用于制造微电子器件中的图案和结构。
传统的光刻技术使用紫外光源进行微图案侧面的照射，但是这种光源具有很高的功率和辐射能量，容易对半导体器件造成损伤。
而硅激光使用的光源与半导体芯片的原材料一致，不仅在能量传递方面更加稳定，同时也可以实现更高的加工精度。
3、氧化技术半导体微加工中的氧化技术主要是用于在半导体表面形成氧化层，用于保护半导体表面和制造一些特定的微电子元件。
传统的氧化技术具有一定的限制性，例如在加工过程中容易造成材料损坏和表面不均匀等问题。
而使用硅激光进行氧化过程可以保持较低的表面温度和氧化速率，从而避免了这些问题的发生。
四、总结硅激光技术在半导体微加工中具有广泛的应用前景，并已经得到了广泛的研究。
激光微加工技术及其应用研究
激光微加工技术及其应用研究激光微加工技术成为了当今制造业的重要分支之一。
它的应用领域非常广泛，可以被应用于制造各类微观元器件和微机械系统等领域。
通过激光微加工技术，可以在材料表面形成微型结构，为微观电子器件的制造提供了巨大的便利。
同时，激光微加工技术还可以用于制造微型光学元件，改善光学电子器件的性能。
本文将介绍激光微加工技术的基本原理，以及其在各个领域的应用研究。
激光微加工技术的基本原理激光微加工技术是一种利用激光束进行材料加工的方法。
激光微加工技术利用激光束的高能量浓度和高定位精度，可以在材料表面形成高精度的微结构，为纳米加工和微加工提供了理想的选择。
激光微加工技术的原理是，利用激光加热金属材料，使其快速熔化并形成喷流，以此达到去除材料的目的。
这种技术可以被用于切割、穿孔、挖空、打孔和加工各种微小结构等。
激光微加工技术可以通过优化激光束的参数，如脉冲宽度和重复率，以获得所需的加工结果。
激光微加工技术的应用研究1. 微型电子元器件制造激光微加工技术可以用于制造各类微型电子元器件，如集成电路芯片、传感器和微机电系统等。
利用激光微加工技术可以制造出尺寸小、功能强大的器件，并满足多样化的市场需求。
例如，激光微加工技术可以用于制造非晶硅薄膜晶体管，非晶硅薄膜晶体管是一种新型的微电子器件，它可以被广泛应用于各种智能电子设备。
2. 微型机械系统制造激光微加工技术可以用于制造微小机械系统和机电一体化设备。
例如，利用激光微加工技术可以制造出微小电动机、形状记忆合金器件、微流控系统等。
这些微型机械系统可以广泛应用于医疗、生物技术和工业自动化等领域，且在应用过程中可以提供高性能、低能耗的特点。
3. 微型光学元件制造激光微加工技术可以用于制造各种微型光学元件。
微型光学元件是用于精细工业、无线通讯、医学等领域的高精度光学组件。
激光微加工技术可以制造出尺寸小、定位精度高、光学性能优异的微型光学元件。
例如，利用激光微加工技术可以制造出光纤末端微型光栅、光纤过渡器、光纤耦合器等。
单晶硅生产工艺及单晶硅片生产工艺
单晶硅生产工艺及单晶硅片生产工艺单晶硅是一种广泛用于各种电子和光伏应用的材料，它的生产过程需要高度的技术和专业知识。
以下是单晶硅生产工艺的一般步骤：1.提纯：首先，需要将原材料硅提纯。
这个过程包括化学方法，如歧化、精馏和还原等，以去除硅中的大部分杂质。
最终得到的硅纯度可达99%以上。
2.沉积：提纯后的硅被熔化并倒入模具中，形成一个圆柱形的硅锭。
这个过程中，硅锭的形状和大小取决于模具的形状和大小。
3.切片：硅锭被冷却并使用线锯或激光切片技术切割成一定厚度的硅片。
切片过程中需要控制硅片的厚度和形状，以确保其符合特定应用的要求。
4.清洗和抛光：切割后的硅片表面可能会存在杂质或损伤，因此需要进行清洗和抛光以去除这些缺陷。
清洗过程包括化学浸泡、冲洗和干燥，而抛光则使用机械研磨或化学腐蚀的方法来平滑硅片的表面。
5.检测和包装：清洗和抛光后的硅片需要进行质量检测，以确保其满足客户的要求。
检测过程可能包括观察硅片的表面质量、测量其尺寸和厚度、检查其强度和韧性等。
最后，合格的硅片被包装并发送给客户。
单晶硅片生产工艺是指将单晶硅棒切割成一定形状和大小的硅片，这些硅片通常用于制造太阳能电池板或其他电子设备。
以下是单晶硅片生产工艺的一般步骤：1.切片：将单晶硅棒切成一定厚度的硅片。
这个过程通常使用专业的切片机或线锯来完成。
2.分选和清洗：切好的硅片可能存在大小、形状、厚度和表面质量等方面的差异。
为了满足应用要求，需要对硅片进行分选和清洗。
分选过程可能包括人工或自动检测，根据检测结果将硅片分成不同等级。
清洗过程包括化学浸泡、冲洗和干燥，以去除硅片表面的污垢和其他杂质。
3.加工和抛光：对于一些特定的应用，需要对硅片进行加工和抛光。
加工可能包括切割、磨削或钻孔等，而抛光则使用机械研磨或化学腐蚀的方法来平滑硅片的表面。
加工过程中需要注意控制硅片的形状和质量，以避免出现裂纹、变形或损伤等问题。
4.检测和包装：加工和抛光后的硅片需要进行质量检测，以确保其满足客户的要求。
单晶硅表面微结构纳秒脉冲激光加工研究
mm/snn=1
(b) f=15 kHzp8Uv=100 mm/sn=5
(d) ff=15 kHzp8Uv=100
kHzp8U
8Uv=100 mm/s
mm/sn=1
sn=1
图 ２ 不同激光功率加工单晶硅的扫描电镜图像
冲产生的凹坑ꎬ光斑重叠率> ０ 时加工出直线两旁的重凝
高ꎬ凹坑周围的熔融物质喷溅情况明显增强ꎮ 这是由于激
等同于提升了加工区域内的激光能量密度ꎬ而且加工上一
光输出功率提高ꎬ单个脉冲的能量也随之提高ꎬ熔融层吸
个凹坑时产生的熔融物质并没有完全凝固ꎬ更容易吸收新
收的能量也更多更快ꎬ同层外区域形成了更高的气化压
机械制造
储成龙ꎬ等单晶硅表面微结构纳秒脉冲激光加工研究
ＤＯＩ:１０.１９３４４ / ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０２２.０１.００６
单晶硅表面微结构纳秒脉冲激光加工研究
储成龙ꎬ汪奇文ꎬ张振ꎬ张全利
( 南京航空航天大学ꎬ江苏 南京 ２１００１６)
摘 要:以单晶硅为对象ꎬ使用波长 ３５５ ｎｍ、脉宽 １５ ｎｓ 的纳秒激光对单晶硅进行烧蚀加工试验
构化球体 [３] ꎮ 许晨辉等利用扫描电镜以及表面能测量仪
对激光加工过的铌片表面进行拍照、测量ꎬ并通过对其进
硅是一种十分重要的半导体材料ꎬ在自然界之中有着
行润湿性及表面能等方面的测量表征ꎬ研究总结了扫描间
丰富的含量ꎬ并且提取方便ꎬ在诸多领域中都得到了应用ꎮ
距、扫描速度以及输出功率等工艺参数对铌片表面性能的
(c) f=15 kHzp8Uv=100 mm/sn=10 (d) f=15 kHzp8Uv=100 mm/sn=20
单晶硅生产工艺
单晶硅生产工艺单晶硅生产工艺是一种重要的制备方法，用于制造高纯度的单晶硅材料。
它在电子工业、光伏产业等领域有着广泛的应用。
本文将介绍单晶硅的生产工艺及其主要步骤。
单晶硅是由纯净的硅材料制成的，其主要原料是石英砂。
首先，经过物理和化学的处理，石英砂中的杂质被去除，以保证最终产品的高纯度。
这一步骤常常被称为净化或精炼过程。
接下来，经过矿山开采和选矿，石英砂被破碎成小颗粒，并通过浮选等方法将杂质与硅分离。
随后，石英粉末被送入高温石英炉。
在炉内，石英粉末通过升温和冷却的过程，使纯净的硅材料逐渐结晶成块状。
在晶体生长的过程中，需要维持稳定的温度和压力条件。
通常使用感应炉等加热设备来提供热能。
在此过程中，石英容器或若干种不同的晶体生长设备被使用。
静态法是目前最常用的单晶生长方法。
在这种方法中，石英产生的热能被保持在恒定的温度下，使石英坯体逐渐结晶成大片的单晶硅材料。
这种方法具有高度的可控性和较低的成本。
在单晶硅生长结束后，晶坯需要经过多个步骤的加工。
首先，晶体被切割成薄片，这些薄片被称为晶片。
晶片表面经过粗糙化处理，以提高其表面的光电转换效率。
接着，晶片需要进行蚀刻，以去除表面的污染物和缺陷。
蚀刻可以采用湿法或干法，具体的选择取决于生产过程的要求。
最后，晶片被切割成具有特定尺寸的硅片。
这些硅片可以使用在半导体行业中，如电子器件和集成电路的制造。
总之，单晶硅生产工艺是一系列精密的步骤，用于制备高纯度的单晶硅材料。
这些步骤包括石英砂的净化、晶体生长、晶片加工和硅片切割等。
通过这些步骤，可以得到适用于电子工业和光伏产业的高质量单晶硅材料。
微电子加工技术研究
微电子加工技术研究一、概述微电子加工技术是指利用微电子技术将各种电子器件制作在微米级别微电子晶片上的技术，也是现代电子发展的重要领域之一。
从20世纪50年代开始，微电子加工技术迅速发展成为现代电子工业中的关键技术，目前在半导体、光电子、微机电系统（MEMS）、生物医学、通讯、汽车电子等领域都得到了广泛应用。
二、微电子加工技术的主要流程1.沉积沉积是将激光蚀刻机等设备制造出的微电子元件和器件表层进行覆盖的过程。
常用的材料包括硅、硅氮化物、二氧化硅等。
沉积技术的投射方式有物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两种。
2.激光蚀刻激光蚀刻是将沉积好的表层进行加工的过程，其目的是为了将不需要的区域蚀刻掉，制出各种形式的微电子元件和器件。
目前主要有三种方式：可见激光蚀刻、红外激光蚀刻、紫外激光蚀刻。
3.光刻光刻是利用特定的光刻胶（Photoresist）作为掩膜，通过紫外线照射后腐蚀掉其它区域，从而制造出各种形式的微电子元件和器件的过程。
4.离子注入离子注入技术是将掺杂材料离子注入到单晶硅中，改变其电学性质的过程。
通过离子注入可以制造出各种不同的硅片，用于制造各种不同的微电子器件。
5.清洗清洗是将制造好的微电子元件和器件表层杂质（胶类、碎型、硅雾、金属等）通过物理或化学方法清洗干净的过程。
其常用清洗方式有机械清洗、化学清洗和等离子体清洗。
三、微电子加工技术应用1.半导体制造半导体制造是微电子加工技术的重要应用领域之一，其核心是利用芯片晶圆作为半导体材料，在其表层通过各种微电子加工技术制造各种芯片元件。
2.MEMS制造MEMS（Micro-electro-mechanical systems）微机电系统是一种将微型传感技术、微加工技术和电子技术等相结合，根据制造者的要求制造出的小型设备。
其最主要的应用领域包括生物医学、纳米加工、机器人、自动化等。
3.光电子器件光电子器件制造是利用微电子加工技术制造各种主要用于制造半导体激光器、LED芯片、太阳能电池板等光电子产品的过程。
单晶硅的生产原理与工艺
单晶硅的生产原理与工艺化学与材料科学系应用化学专业学号：06140107 姓名：李国雄摘要简要介绍了晶体硅的性质、用途和工业发展应用现状，较详细地介绍和比较了多晶硅和单晶硅的生产工艺。
通过对不同用途所采用的不同工艺分析对比，得出其在相应领域的较优工艺，尤其对太阳能级晶体硅的生产工艺作了较深的分析：最简单也是目前最实用方法是改良西门子法，变原来的开放式为闭环式，节约能源，减少污染；而最有发展潜力的是电感耦合等离子体化学气相沉积法。
关键字多晶硅单晶硅发展现状原理工艺一、晶体硅的性质[1]多晶硅，CAS登记号7440-21-3，具有灰色金属光泽，～，熔点1410℃，沸点2355℃。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。
加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。
常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。
通常由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。
多晶硅是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，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、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。
在化学活性方面，两者的差异极小。
多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。
[2]单晶硅（Monocrystalline silicon）就是硅的单晶体，也称硅单晶。
熔融的单质硅在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，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
单晶硅加工方法
单晶硅加工方法单晶硅可是个很神奇的东西呢，那它是怎么加工出来的呀 。
单晶硅加工的第一步就是原料准备啦。
我们得有高纯度的多晶硅原料哦。
这就像是做饭得先准备好优质的食材一样重要呢。
多晶硅的纯度越高，最后加工出来的单晶硅质量就越好。
一般来说，这多晶硅要通过化学方法进行精炼提纯，把那些杂质都尽可能地去掉，就像给多晶硅来一场超级大扫除 。
接下来就是晶体生长环节啦。
这里面有一种很常用的方法叫直拉法。
想象一下，有一个小小的硅籽晶，就像一颗种子一样，把它放到一个高温的环境里，然后慢慢地把多晶硅原料融化，这个时候硅籽晶就开始发挥它的魔力啦。
它会像一个小磁铁一样，吸引着周围融化的硅原子，然后慢慢地往上提拉，硅原子就会按照一定的顺序排列在籽晶的下面，就像小朋友们排队一样整齐，这样一根单晶硅棒就慢慢地生长出来啦。
这个过程可是需要非常精准的控制温度、提拉速度等各种参数的，就像照顾一个超级娇嫩的小宝贝一样呢 。
还有一种方法叫区熔法。
这个方法也很有趣哦。
它是把多晶硅棒的一部分加热融化，然后通过移动加热区域，让融化的硅慢慢结晶，就像给多晶硅棒做一个局部的魔法变身一样。
区熔法可以得到更高纯度的单晶硅，不过它的成本也相对高一些啦。
单晶硅棒长出来之后呢，还不能直接用哦。
还得进行切割加工。
这就像是把一根大木头切成一片片的小木板一样。
现在有很多先进的切割技术，像线锯切割。
那些细细的切割线就像小锯子一样，把单晶硅棒切割成一片片薄薄的硅片。
这些硅片可是制作太阳能电池、芯片等高科技产品的重要材料呢。
在整个单晶硅加工过程中，每一个环节都要小心翼翼，就像走钢丝一样。
因为一点点小的失误都可能影响到单晶硅的质量。
不过呢，随着科技的不断发展，单晶硅的加工技术也在不断进步，相信以后会加工出更完美的单晶硅，在更多的领域大放异彩呢 。
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华中科技大学硕士学位论文单晶硅紫外激光微加工工艺研究姓名：杨雄申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：段军2011-01-17华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘要紫外激光微加工具有无机械应力、加工精度高、使用方便、加工方式灵活、成本低、污染少等特点，在航空航天、电子、精密机械等众多领域得到了广泛的应用。
目前紫外激光微加工能力从二维扩展到复杂三维，加工极限精度也从微米提高到纳米量级。
但在国内，脉冲激光刻蚀成型技术的三维结构加工还处于起步阶段。
本文结合激光与物质相互作用的基本原理，系统论述了紫外脉冲激光加工的一般规律。
脉冲激光加工的最基本结构为点结构，其它图形的刻蚀都是脉冲光斑耦合叠加烧蚀而成。
本课题的实验采用波长为355nm的数控紫外脉冲激光系统在单晶Si表面进行了定点脉冲钻孔和直线微加工的实验研究。
研究分析了激光平均功率密度、重复频率、加工次数、光斑离焦量、扫描速度等工艺参数对小孔孔径、直线的线深及线宽入口尺寸的影响规律。
提出了激光多次重复刻蚀时改善微加工质量的新方法：每次加工后增加延时来减小热效应积累和焦平面随加工深度递进使加工时功率密度保持不变。
研究分析了平均功率密度、光斑离焦量、扫描间距、延时、扫描速度等参数对定点脉冲钻孔与直线刻蚀质量的影响规律。
在Si表面进行了平面结构刻蚀，进而使用分层法刻蚀出了四棱台和半球体等三维结构。
结果证明了355nm紫外脉冲激光对Si具有良好的三维微加工能力。
由于随着加工区域深度的变化，相同加工参数会有不同的加工深度使加工的三维结构层与层之间仍有较明显分界线存在，衔接处不够平滑，需要寻找更好的微加工参数组合进行改进。
关键词：激光微加工紫外脉冲激光单晶硅华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文AbstractNow, micro-machining has become one of the most active research directions in manufactory area. There are many methods to do micro-machining, and the UV laser micro-machining is one of the most promising ones, which has been widely used in the aerospace, electronics, MEMS, and many other fields due to the advantages of its no mechanical stress，good micro-machining precision and quality, low cost, flexible method, higher efficiency, less pollution and so on. The capacity of UV laser micro-machining is developing from 2D extension to complex 3D, and its precision is also improved from micron to mill micron in the international level. However, at home, 3D structure achieved by the laser micro-machining, is still in its infancy.This thesis expounds the basic principle of UV pulse laser micro-machining based on the mechanism of interaction between laser and material.. The basic structure of UV pulse laser micro-machining is percussion drilling or etching drilling process and the patterns or structures are achieved by a series of coupling pulse beam spot superposition .The experiments of percussion drilling and line etching processes were carried out on Si materials by using UV pulse laser with the wavelength of 355 nm. The effects of average power density, laser frequency, processing times, beam defocus and scanning speed on the drilling hole diameter and the etching entrance width as well as depth of the straight line were analyzed. There are two new methods proposed to improve the micro-machining quality in multiple layer laser etching processing. One is increasing the delay time after one layer laser etching processing is finished in order to reduce the accumulation of the thermal effect; another is the focal plane moving down with the depth of process progression so that laser power density remains the same. The effects of average power density, beam defocus, scan spacing, scanning speed and other process parameters on the etching quality of percussion drilling and straight line etching were also researched and analyzed in this thesis.Some planar structures were processed on the Si surface by the optimal parameters. And then, 3D structures such as quadrangular frustum pyramid and hemisphere were manufactured by using new methods. The results showed that 2D and 3D structures on the华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文Si surface could be achieved by 355 nm UV laser etched processing, however, some better parameters combination and method should be researched further in order to reduce the roughness on the 3D structures.Key Words: laser micro-machining UV pulsed laser single crystal silicon独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1 绪论1.1 引言微型机械或微机电系统（MEMS）是目前制造业的前沿，起源于半导体制造产业，其研究目标是通过集成化、微型化来探索新功能、新原理的元件和系统，开辟一个新的科学技术领域和产业[1~2]。
微型机械指的是毫米和微米级范围的机械。
应用于微型机械的微细加工技术，其方式十分丰富，几乎涉及各种机械加工、现代特种加工、高能束加工等方式。
在目前微细加工技术中，紫外激光微加工得到了广泛的关注与研究。
与常规机械加工相比，紫外激光微加工技术具有很多优势[3~5]：（1）激光加工对加工场合和工作环境要求不高，加工条件较易满足，具有明显的经济性和现实性。
（2）激光脉冲窄、峰值功率高，可以加工半导体、金属、宝石、有机物、陶瓷等多种材料。
（3）具有速度快，热影响区域小，具有高精度和高重复率，高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点。
（4）是非接触性加工，不产生机械应力，加工变形小，也不存在工具磨损问题，没有加工屑、油污、噪声及诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题，可谓“绿色制造”。
（5）激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，易实现光、机、电一体化，可对复杂工件进行灵活加工，可对工件进行有选择的复杂图形加工，更利于工业生产。
（6）材料利用率高，经济效益高。
正因为如此，紫外微加工已经广泛应用于航空航天、电子、精密机械等众多领域。
1.2 国内外紫外激光微加工发展和趋势（1）全固态紫外激光器方面华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 激光微加工在电子制造工业精密加工和微细加工领域中占有重要的地位。