矽晶體生長之前會有Si的提純，化學反應如下：
SiO2+2C->Si+2CO
由 SiO2 組成的砂在碳氣氛中還原以獲得 98% 的粗純度 Si。如此獲得的Si被稱為MGS。之後，鹽酸處理將大部分雜質轉化為氯化物形式。在此過程結束時，它在氫氣氛中通過蒸餾熱解，成為比 MGS 純度更高的 Si 晶體生長的原料。可以獲得EGS（多晶矽）。
<CZ晶體生長>
1) 將未摻雜的 EGS 插入二氧化矽坩堝中。
2) 放置摻雜劑（插入摻雜的 Si 碎片或元素形式的摻雜劑）
3) 將坩堝加熱至真空氣氛至1420攝氏度並熔化成Si摻雜劑液體形式。
4) 添加晶種（<100>, <111>）來生長晶體，晶種就會開始沿著該方向生長。
矽晶生長方向是沿(100)或(111)晶面生長。其中，(100)方向是主要生長方向。矽晶生長方向沿(100)或(111)晶面生長的原因如下：
1. (100)和(111)晶面的表面能量最小，且在矽晶結構中最為穩定。
2. 晶體生長時，晶粒在表面形成，由於(100)面的面能較低，因此(100)面更容易形成晶粒，並且生長速度也會較快。
3. (111)晶面的結構對稱性優秀，因此在制造某些器件時，可選擇沿此方向生長，從而使得器件具有更好的性能表現。
綜上所述，(100)和(111)晶面是矽晶生長方向，這是由它們表面能量較小並且對稱性較好的特性決定的。
矽晶圓晶格結構是立方體，具有四個等效的 <100> 方向和兩個等效的 <110> 方向。矽晶圓的電子遷移率與其晶向有關，晶向不同，電子遷移率也不同。實驗結果表明，<110> 晶向是矽晶圓中電子遷移率最高的方向，這是因為 <110> 晶向的原子排列相對緊密，電子在該方向上移動時，會遇到比較少的阻礙，因此電子遷移率高。而<100> 晶向的原子排列比較寬松，電子在該方向上移動時，會受到許多阻礙，所以電子遷移率較低。目前以CMOS為基礎的半導體工藝一般使用的是<100>晶向的矽晶圓。雖然<110>晶向的矽晶圓在某些方面性能更好，但由於其晶格結構比較緊密，矽晶圓切割成<110>晶向 wafers 的成本和技術難度都較高。此外，由於前幾代CMOS技術主要采用<100>晶向矽晶圓，因此已經有非常成熟的工藝流程和設備針對<100>晶向的矽晶圓進行生產，更容易實現高效、可靠的量產。
矽晶圓通常沿著<100>晶向切割。因為矽晶圓在晶格結構方面最為穩定，在生產過程中切割成<100>晶向矽晶片的成本較低，且該晶向的矽晶片已經有較為成熟的制造工藝和生產設施。同時，<100>晶向矽晶片也具有優異的電學特性和較低的漏磁等特點，能夠較好的適應目前集成電路的設計需求。除此之外，有些特殊應用需要采用其他方向的矽晶圓，如加速器用矽晶圓采用<111>晶向，以獲得更好的性能。
在晶圓的生產過程中，通常會先在所生長的晶圓上劃下標記，標記的方向就是晶圓的生長取向。之後，晶圓需要進行機械切割，將其切成薄片。切割的方向應選為與生長方向相同。主要的原因是：1. 矽晶圓的生長方向和切割方向一致，使得晶圓內部結構和性質均勻，提高瞭生產效率和產品質量。2. 不同方向的矽晶劃痕和加工難度不同，不同方向的矽晶片也會有不同的物理特性，如果切割方向與生長方向不同，可能會導致矽晶片表面失真，影響晶體管等電子元器件的性能。因此，在制造矽晶圓的過程中，生長方向和切割方向一般是要一致的，這也是保證產品質量和一致性的重要措施。
在矽晶圓片的制造和加工中，通常會在圓形表面上切割或研磨一個小的平面區域，這個區域被稱為flat zones（“切平區”或“研磨平面”）。flat zones通常被切割成矩形或大致矩形的形狀，且位於晶圓周邊的某個特定位置，這個位置的準確定義取決於晶圓的規格和設計。通常，flat zones的作用是提供一個可供參考的定向標記，以便在芯片制造過程中，確定晶圓的方向和位置。另外，flat zones還可以被用來檢測晶圓的質量和表面平整度。為瞭確定作為Wafer基本信息的晶體方向和類型，使用最廣泛的標準是SEMI標準，它通過初級和次級平面形成的角度來區分晶圓，如上圖所示：
– 二次切平區與主要切平區成 180° 角：n 型 <100>
– 90°：P 型 <100>。
– 45° 以上：n 型 <111>
– 無二次平面：p 型 <111>
矽晶圓片上的notch（“凹槽標記”）是用來標記晶圓方向和晶向的，通常位於晶圓的平邊上。notch是晶圓制造過程中切割晶片時留下的痕跡。notch的位置和形狀不同，取決於晶片的制造者的規范。它可以是一個V形或U形凹槽，也可以是其他形狀，甚至可以是一段切口。notch的作用是為瞭幫助晶片的旋轉和定位，以確保晶片的正確定位，這在芯片制造過程中非常重要。但矽晶圓片的切割方向不一定都是沿著notch方向，而取決於具體的制造工藝和設計。在某些情況下，晶圓可能會根據平邊或其他特殊的定向特征方向被切割。而在某些制造工藝中，晶圓的切割方向可能需要與notch方向對齊，這是因為notch能夠提供一定的參考坐標系統，以確保芯片的屬性和參數滿足規格要求。因此，在具體的制造過程中，是否按照notch方向切割矽晶圓片是需要考慮多種因素的決定。
註：本文來源 學術搬運工Up主
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