第八十四章 晶圆制备工艺
<script>readx();</script> “吉姆，我们公司正在积极扩大加拿大的芯片产业园，但是在我看来老是这么扩不是个办法，关键还是要在晶元制备上想办法，现在的单晶硅直径只有3英寸，我们需要更大直径的单晶硅，才能真正的提高产量，去年我给你的24英寸单晶硅制备工艺，你完成到哪一步了？”
克里斯托弗看了看王海华，对凌世哲说道：“boss，今天你不问我也要向你汇报这件事，这也是我来这里的原因，boss你跟我来，现在我们到晶圆制备实验工厂去看看。”
凌世哲三人换了衣服上车，汽车驶出芯片实验工厂，向西行驶了一公里左右来到一个较大的工厂里面，三人再次换了衣服进入超洁净实验生产车间。
另凌世哲感到奇怪的是王海华对这里居然非常的熟悉，克里斯托弗看出了凌世哲的脸上的疑惑，解释道：“boss，新晶圆制备工艺你去年交给我负责以后，鉴于公司的人手不足，我就跟香港计算机学院进行了合作，当时我向你通报过这件事情。”
听他这么一说，凌世哲拍了拍自己的头，居然把这件事搞忘了，当时香港安布雷拉工业公司所有的精力都放在了新型cmos芯片工艺制造技术上面去了，24英寸晶圆制备技术实在是抽不出多少人来，于是克里斯托弗想到计算机学院，就向凌世哲打了份报告，合作研究，凌世哲看到报告后马上就签了字，没想到自己把给忘了，既然是合作研究，王海华当然熟悉这里了。
“抱歉，我把这事给忘了。”
“没关系boss，谁都有忘了的时候。”
两人把凌世哲带到一个类似于仓库的房间，地上放了很多个不同尺寸的晶圆棒，有的是一根整体，有的干脆从中间切成了好几段，还有的被切成了一片片薄薄的晶圆片。
另一边有一处检验台，上面摆放了各种晶圆检测设备，几名工作人员坐在显微镜前，对着一张张晶圆进行检查。
凌世哲看到这么多大小不同尺寸的单晶硅，疑惑的问道：“吉姆，我给你的资料不是24英寸晶圆的工艺制备技术吗，怎么你这里的晶圆尺寸大大小小都有，怎么回事？”
“boss是这样的，我们现在对新工艺技术的掌握并不熟，现在还在摸索之中，生产出来的晶圆棒很不稳定，有的特别的好，24英寸都没有一个坏点，有的就很差，上了5英寸都有坏点。为了掌握这套新工艺，我采取了从细到粗的笨办法，先六英寸，在9英寸，这样一点一点提高，虽然慢了点，但工人们对新工艺技术的掌握的熟练度上也提高了不少。”
“现在你们能够达到多少英寸无坏点？”
“十三英寸。”克里斯托弗肯定的回到到。
“不错嘛，这套新工艺你们掌握的很快嘛。”
这时候王海华插话道：“没这么简单，这套新工艺太过于先进，技术相当复杂，工人们在生产操作中要掌握的要点太多太多，不要说是那些工人，就是我们这些教授工程师都拿着头疼，所以光靠人工来操作是很不现实的，必须实现自动化，光是采集工人们的操作数据就要花费很多时间，各种设备出现的各种故障的处理措施的相关数据也要采集，各种软件也要编写，数控系统的调试等等，有太多太多的问题等着我们去解决。问题不但复杂挠人，又都是水磨工夫。”
凌世哲的脸略微红了一下，在晶元制备的历史上都是三英寸、六英寸、九英寸、十二英寸这样一个台阶一个台阶过来的，但现在他为了自己的经济利益，直接从三英寸直接跳到二十四英寸，略过中间很多的步聚，自然让克里斯托弗和王海华以及那些生产工人感到相当的困难，什么都要从头摸索，没有一点的经验可以借鉴和参考，把这帮技术专家们坑得苦不堪言。
“这些生产设备都是按照我的要求造的吗，没有问题把？”凌世哲心里的愧疚很快就他抛到九霄云外去了，他已经完全的变成了一个资本家，如何获取最大利益已经成为了本能，现在他只关心这些制造的生产设备有没有问题。因为这关系到这套工艺能够多快的投入到生产。
克里斯托弗点了点头，用肯定的语气说道：“这些设备都是我们自己设计和制造的，这套工艺和各个设备我们都建立了相关的各种数学模型，完全符合模型的要求，有关的实验我们都认真的做过验证，那些工程师的经验相当的丰富，总体上是没有问题，现在我们遇到的问题与其说是工艺设备研发的问题，还不如说是新设备和新工艺生产调试的问题。boss，我有信心在半年之内就能攻克它，到时候24英寸晶圆片会大量源源不断的生产出来，质量稳定，品质可靠。”
王海华也跟着点了点头，听到他们的话里充满了强大的自信，凌世哲也松了口气，如果真像克里斯托弗说的那样，那就太好了，半年时间甚至一年的时间他等得起，到时候24英寸晶圆厂投产，他的芯片工厂的产能就会在原基础上大幅提高好几倍。
三人离开了晶圆检测间，向其他生产区走去。
硅是极为常见的一种元素，但它极少以单质的形式在自然界中出现，而是已复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、沙硕、尘土之中。硅在地壳中是第二丰富的元素，构成地壳总质量的25.7%，占地壳中的四分之一，仅次于第一位的氧（49.4%）。
硅包括晶态和无定型两种同素异形体，晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色。晶体硅又分为单晶硅和多晶硅，它们都具有金刚石晶格，硬而有金属光泽，有半导体性质。
半导体芯片的原料是单晶硅，多晶硅是单晶硅的原料，也是太阳能片以及光伏发电的基础材料。
多晶硅按纯度分为冶金级多晶硅（俗称工业硅）、太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。
凌世哲设计的这套工艺，并不是从硅晶矿开始从头到尾的方式来生产，而是直接采用工业硅为原料来生产，其大体的工艺流程为工业硅———多晶硅——单晶硅。
目前高纯度多晶硅制备普遍采用的是三氯氢硅还原法制备高纯硅，这种方法是西门子公司发明的，所以又被称为西门子法制备高纯硅。
由于涉及到西门子的专利问题，所以凌世哲采取了另外一种高纯硅制备方法——硅烷热分解法。
硅烷热分解制备高纯硅，是后世共和国的普遍采用的一种方法，它相比西门子法，其工艺简单、安全性相对较高（西门子法要用到大量的**）成本低、提纯度高、污染少，是在未来具有大发展前景的高纯硅制备法。
它分为硅烷的制备、硅烷的提纯、硅烷分解沉积出高纯多晶硅三个步聚。
硅烷的制备方法很多，凌世哲用的是后世广泛采用的硅化镁分解法来制备硅烷，其生产方法是，把磨成粉末的工业硅的硅粉和镁粉进行混合，然后在氢气中加热并产生化学反应，生产硅化镁。
硅化镁在与固态氯化铵在低温液氨中进行反应，最后得到硅烷。这种方法安全、可靠、除杂效果良好，特别是除硼效果相当好，除此以外硅烷的纯度相对较高，是一个非常好的制造方法。
硅烷生产出来以后，就要进行提纯，硅烷的分子式为sih4，它在常温下气态，气体的提纯比液体和固体容易，硅烷沸点与各种杂志相差加很大，所以他采用的第一个方法就是利用低温液化法去除硅烷中的水和氨，在用精馏提纯除去其他杂质。
第二个方法就是预热分解法，硅烷的分解温度在六百摄氏度以上，而其他的杂质的分解温度都低于三百八十摄氏度，所以把预热的温度控制在三百八十度左右，就可以将杂质中的氢化物分解，从而达到纯化硅烷的目的。
除了上述两种方法之外，凌世哲设计的这套工艺中还用了吸附法等多种方法来提高硅烷的纯度。
这么一整套的组合拳下来，硅烷的纯度相当的高，这个时候的硅烷是相当的危险，因为硅烷本身就是一个易燃易爆气体，所以硅烷生产工厂与晶圆生产厂是隔得相对较远的，在一个山坡的山顶上，这样一旦发生爆炸，利用爆炸都是向四周朝上抛射这一特点，来尽可能的降低对晶圆生产工厂的破坏，整个硅烷工厂的安保措施非常的严密，必须持有专门的特种证件才能出入，无关人员一律不准进入，里面的工人和管理者都是经过了最严密的挑选，除查你的人品外，还要查你的社会关系以及你家的三代是否都是良家子，凌世哲可不希望招些背景复杂的人进来，万一招来个黑社会的人员哪一天搞个破坏，硅烷爆炸的波及范围，足以毁掉整个观塘工业区和整个将军澳，就连离这很远的邵氏影视城都会被扫平，其爆炸威力不下余一颗战术原子弹，所以对这个硅烷工厂的安全要求怎么严苛都不过分。
凌世哲三人在硅烷工厂全部逛了一遍，所有的安全措施也检查了一遍，当凌世哲满意的点了点头后，克里斯托弗和硅烷厂的厂长王炳坤才松了一口气。
香港虽然处于亚热带，但二月的天气还是相当冷的，特别是夹着海风的湿冷，还是相当的冰冷刺骨。
而现在克里斯托弗和王炳坤以及一帮中高层管理者却在不停的擦汗，看到他们一个二个伸手擦汗的样子，凌世哲问道：“怎么你们很热吗？”
一帮人马上停止了擦汗的动作，王炳坤解释道：“老板不热，我们不热。”
其他人也跟着附和：“不热、不热，老板我们一点都不热。”
看着一帮手下跟狗腿样，凌世哲笑骂道：“瞧你们那点出息，我就那么可怕吗？我对硅烷工厂的安全要求之所以要如此严格也是为了大家好，看到那几个硅烷存储罐没有，如果它们爆炸了，会怎么样我就不用多说了吧？”
“凌少，我们都明白，这硅烷一旦爆炸，足以摧毁半个香港，所以我们对凌少的安全要求都是严格的执行，没有打半点折扣。”王炳坤点头哈腰的对凌世哲说道。
“我看见了，王厂长做得不错，还有你们也都做的不错，安全措施执行的非常到位，没有丝毫的死角，我没有想到的你们也都想到了，好非常的好，那些工人也不错。”
听到凌世哲对他们的肯定，王炳坤等人的脸上流出了灿烂的笑容，凌世哲对属下的工作要求是出了名的严格，想要得到他的赞同是相当不容易的事情，那次下去视察工厂不挑出一堆毛病出来，要求他们按期整改，如果下次还是这样，就直接炒人，但这一次检查凌世哲却半点毛病都挑不出，他对王炳坤的能力非常的欣赏，在心目中把他提升了好几级。
“刚才我看了一下，员工的值班室和工作室都没有安装暖气片，香港的冬天还是很冷得，特别是在夜里，王厂长记住要尽快的把暖气片给装上，别把工人给冻坏了，知道吗？”这次检查，凌世哲也知道把他们吓得够呛，检查中没有发现任何问题，他们做得相当不错，应该给他们一些甜枣了，否则这些属下早晚有一天会怒气滔天的，胡萝卜加大棒也是管理公司的一个有效手段。
王炳坤知道凌世哲刚才抡了大棒，现在开始给甜枣安抚人心了，当且笑着答应道：“是，凌少，我马上安排人去办，绝不会让工人们冻着冷着。”
凌世哲点了点头，又说道：“香港的夏天是很炎热的，虽然现在才2月份，但夏天很快的就会到来，工厂的防暑降温工作一定要提前做好，空冷水降温设备也跟着按上吧，别让职工们中暑了。还有，硅烷厂的安全生产工作完成的不错，我很满意，硅烷厂所有的员工包括你们这些管理层，全都发三个月的薪水作为奖励。”
凌世哲刚说完，就听到一片欢呼声，大家都在高声呐喊，万岁，万岁。
看着这帮热情欢呼的员工，凌世哲用手压了一压，大家立刻安静了下来。
凌世哲继续说道：“是该进行欢呼，这段时间你们都辛苦了，今天晚上和明天晚上，凡是不需要上班在家休息的员工，都到聚福楼吃大餐，指着贵的点，我请客明白吗？”
“好……”一声整齐的吼声传到凌世哲的耳朵里，差点把他的耳朵震聋，跟着又响起了一片的欢呼声，声浪一波高过一波。
看着欢呼的人群，凌世哲大声的笑着说道：“你们庆祝吧，这是属于你们的时刻，你们的工作得到了我的肯定，你们该得到这些奖赏，你们好好的庆祝吧，我走了。”
说完，凌世哲和克里斯托弗以及王海华三人就上车离开了，车后一片欢呼的人群。
克里斯托弗看了看王海华，对凌世哲说道：“boss，今天你不问我也要向你汇报这件事，这也是我来这里的原因，boss你跟我来，现在我们到晶圆制备实验工厂去看看。”
凌世哲三人换了衣服上车，汽车驶出芯片实验工厂，向西行驶了一公里左右来到一个较大的工厂里面，三人再次换了衣服进入超洁净实验生产车间。
另凌世哲感到奇怪的是王海华对这里居然非常的熟悉，克里斯托弗看出了凌世哲的脸上的疑惑，解释道：“boss，新晶圆制备工艺你去年交给我负责以后，鉴于公司的人手不足，我就跟香港计算机学院进行了合作，当时我向你通报过这件事情。”
听他这么一说，凌世哲拍了拍自己的头，居然把这件事搞忘了，当时香港安布雷拉工业公司所有的精力都放在了新型cmos芯片工艺制造技术上面去了，24英寸晶圆制备技术实在是抽不出多少人来，于是克里斯托弗想到计算机学院，就向凌世哲打了份报告，合作研究，凌世哲看到报告后马上就签了字，没想到自己把给忘了，既然是合作研究，王海华当然熟悉这里了。
“抱歉，我把这事给忘了。”
“没关系boss，谁都有忘了的时候。”
两人把凌世哲带到一个类似于仓库的房间，地上放了很多个不同尺寸的晶圆棒，有的是一根整体，有的干脆从中间切成了好几段，还有的被切成了一片片薄薄的晶圆片。
另一边有一处检验台，上面摆放了各种晶圆检测设备，几名工作人员坐在显微镜前，对着一张张晶圆进行检查。
凌世哲看到这么多大小不同尺寸的单晶硅，疑惑的问道：“吉姆，我给你的资料不是24英寸晶圆的工艺制备技术吗，怎么你这里的晶圆尺寸大大小小都有，怎么回事？”
“boss是这样的，我们现在对新工艺技术的掌握并不熟，现在还在摸索之中，生产出来的晶圆棒很不稳定，有的特别的好，24英寸都没有一个坏点，有的就很差，上了5英寸都有坏点。为了掌握这套新工艺，我采取了从细到粗的笨办法，先六英寸，在9英寸，这样一点一点提高，虽然慢了点，但工人们对新工艺技术的掌握的熟练度上也提高了不少。”
“现在你们能够达到多少英寸无坏点？”
“十三英寸。”克里斯托弗肯定的回到到。
“不错嘛，这套新工艺你们掌握的很快嘛。”
这时候王海华插话道：“没这么简单，这套新工艺太过于先进，技术相当复杂，工人们在生产操作中要掌握的要点太多太多，不要说是那些工人，就是我们这些教授工程师都拿着头疼，所以光靠人工来操作是很不现实的，必须实现自动化，光是采集工人们的操作数据就要花费很多时间，各种设备出现的各种故障的处理措施的相关数据也要采集，各种软件也要编写，数控系统的调试等等，有太多太多的问题等着我们去解决。问题不但复杂挠人，又都是水磨工夫。”
凌世哲的脸略微红了一下，在晶元制备的历史上都是三英寸、六英寸、九英寸、十二英寸这样一个台阶一个台阶过来的，但现在他为了自己的经济利益，直接从三英寸直接跳到二十四英寸，略过中间很多的步聚，自然让克里斯托弗和王海华以及那些生产工人感到相当的困难，什么都要从头摸索，没有一点的经验可以借鉴和参考，把这帮技术专家们坑得苦不堪言。
“这些生产设备都是按照我的要求造的吗，没有问题把？”凌世哲心里的愧疚很快就他抛到九霄云外去了，他已经完全的变成了一个资本家，如何获取最大利益已经成为了本能，现在他只关心这些制造的生产设备有没有问题。因为这关系到这套工艺能够多快的投入到生产。
克里斯托弗点了点头，用肯定的语气说道：“这些设备都是我们自己设计和制造的，这套工艺和各个设备我们都建立了相关的各种数学模型，完全符合模型的要求，有关的实验我们都认真的做过验证，那些工程师的经验相当的丰富，总体上是没有问题，现在我们遇到的问题与其说是工艺设备研发的问题，还不如说是新设备和新工艺生产调试的问题。boss，我有信心在半年之内就能攻克它，到时候24英寸晶圆片会大量源源不断的生产出来，质量稳定，品质可靠。”
王海华也跟着点了点头，听到他们的话里充满了强大的自信，凌世哲也松了口气，如果真像克里斯托弗说的那样，那就太好了，半年时间甚至一年的时间他等得起，到时候24英寸晶圆厂投产，他的芯片工厂的产能就会在原基础上大幅提高好几倍。
三人离开了晶圆检测间，向其他生产区走去。
硅是极为常见的一种元素，但它极少以单质的形式在自然界中出现，而是已复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、沙硕、尘土之中。硅在地壳中是第二丰富的元素，构成地壳总质量的25.7%，占地壳中的四分之一，仅次于第一位的氧（49.4%）。
硅包括晶态和无定型两种同素异形体，晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色。晶体硅又分为单晶硅和多晶硅，它们都具有金刚石晶格，硬而有金属光泽，有半导体性质。
半导体芯片的原料是单晶硅，多晶硅是单晶硅的原料，也是太阳能片以及光伏发电的基础材料。
多晶硅按纯度分为冶金级多晶硅（俗称工业硅）、太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。
凌世哲设计的这套工艺，并不是从硅晶矿开始从头到尾的方式来生产，而是直接采用工业硅为原料来生产，其大体的工艺流程为工业硅———多晶硅——单晶硅。
目前高纯度多晶硅制备普遍采用的是三氯氢硅还原法制备高纯硅，这种方法是西门子公司发明的，所以又被称为西门子法制备高纯硅。
由于涉及到西门子的专利问题，所以凌世哲采取了另外一种高纯硅制备方法——硅烷热分解法。
硅烷热分解制备高纯硅，是后世共和国的普遍采用的一种方法，它相比西门子法，其工艺简单、安全性相对较高（西门子法要用到大量的**）成本低、提纯度高、污染少，是在未来具有大发展前景的高纯硅制备法。
它分为硅烷的制备、硅烷的提纯、硅烷分解沉积出高纯多晶硅三个步聚。
硅烷的制备方法很多，凌世哲用的是后世广泛采用的硅化镁分解法来制备硅烷，其生产方法是，把磨成粉末的工业硅的硅粉和镁粉进行混合，然后在氢气中加热并产生化学反应，生产硅化镁。
硅化镁在与固态氯化铵在低温液氨中进行反应，最后得到硅烷。这种方法安全、可靠、除杂效果良好，特别是除硼效果相当好，除此以外硅烷的纯度相对较高，是一个非常好的制造方法。
硅烷生产出来以后，就要进行提纯，硅烷的分子式为sih4，它在常温下气态，气体的提纯比液体和固体容易，硅烷沸点与各种杂志相差加很大，所以他采用的第一个方法就是利用低温液化法去除硅烷中的水和氨，在用精馏提纯除去其他杂质。
第二个方法就是预热分解法，硅烷的分解温度在六百摄氏度以上，而其他的杂质的分解温度都低于三百八十摄氏度，所以把预热的温度控制在三百八十度左右，就可以将杂质中的氢化物分解，从而达到纯化硅烷的目的。
除了上述两种方法之外，凌世哲设计的这套工艺中还用了吸附法等多种方法来提高硅烷的纯度。
这么一整套的组合拳下来，硅烷的纯度相当的高，这个时候的硅烷是相当的危险，因为硅烷本身就是一个易燃易爆气体，所以硅烷生产工厂与晶圆生产厂是隔得相对较远的，在一个山坡的山顶上，这样一旦发生爆炸，利用爆炸都是向四周朝上抛射这一特点，来尽可能的降低对晶圆生产工厂的破坏，整个硅烷工厂的安保措施非常的严密，必须持有专门的特种证件才能出入，无关人员一律不准进入，里面的工人和管理者都是经过了最严密的挑选，除查你的人品外，还要查你的社会关系以及你家的三代是否都是良家子，凌世哲可不希望招些背景复杂的人进来，万一招来个黑社会的人员哪一天搞个破坏，硅烷爆炸的波及范围，足以毁掉整个观塘工业区和整个将军澳，就连离这很远的邵氏影视城都会被扫平，其爆炸威力不下余一颗战术原子弹，所以对这个硅烷工厂的安全要求怎么严苛都不过分。
凌世哲三人在硅烷工厂全部逛了一遍，所有的安全措施也检查了一遍，当凌世哲满意的点了点头后，克里斯托弗和硅烷厂的厂长王炳坤才松了一口气。
香港虽然处于亚热带，但二月的天气还是相当冷的，特别是夹着海风的湿冷，还是相当的冰冷刺骨。
而现在克里斯托弗和王炳坤以及一帮中高层管理者却在不停的擦汗，看到他们一个二个伸手擦汗的样子，凌世哲问道：“怎么你们很热吗？”
一帮人马上停止了擦汗的动作，王炳坤解释道：“老板不热，我们不热。”
其他人也跟着附和：“不热、不热，老板我们一点都不热。”
看着一帮手下跟狗腿样，凌世哲笑骂道：“瞧你们那点出息，我就那么可怕吗？我对硅烷工厂的安全要求之所以要如此严格也是为了大家好，看到那几个硅烷存储罐没有，如果它们爆炸了，会怎么样我就不用多说了吧？”
“凌少，我们都明白，这硅烷一旦爆炸，足以摧毁半个香港，所以我们对凌少的安全要求都是严格的执行，没有打半点折扣。”王炳坤点头哈腰的对凌世哲说道。
“我看见了，王厂长做得不错，还有你们也都做的不错，安全措施执行的非常到位，没有丝毫的死角，我没有想到的你们也都想到了，好非常的好，那些工人也不错。”
听到凌世哲对他们的肯定，王炳坤等人的脸上流出了灿烂的笑容，凌世哲对属下的工作要求是出了名的严格，想要得到他的赞同是相当不容易的事情，那次下去视察工厂不挑出一堆毛病出来，要求他们按期整改，如果下次还是这样，就直接炒人，但这一次检查凌世哲却半点毛病都挑不出，他对王炳坤的能力非常的欣赏，在心目中把他提升了好几级。
“刚才我看了一下，员工的值班室和工作室都没有安装暖气片，香港的冬天还是很冷得，特别是在夜里，王厂长记住要尽快的把暖气片给装上，别把工人给冻坏了，知道吗？”这次检查，凌世哲也知道把他们吓得够呛，检查中没有发现任何问题，他们做得相当不错，应该给他们一些甜枣了，否则这些属下早晚有一天会怒气滔天的，胡萝卜加大棒也是管理公司的一个有效手段。
王炳坤知道凌世哲刚才抡了大棒，现在开始给甜枣安抚人心了，当且笑着答应道：“是，凌少，我马上安排人去办，绝不会让工人们冻着冷着。”
凌世哲点了点头，又说道：“香港的夏天是很炎热的，虽然现在才2月份，但夏天很快的就会到来，工厂的防暑降温工作一定要提前做好，空冷水降温设备也跟着按上吧，别让职工们中暑了。还有，硅烷厂的安全生产工作完成的不错，我很满意，硅烷厂所有的员工包括你们这些管理层，全都发三个月的薪水作为奖励。”
凌世哲刚说完，就听到一片欢呼声，大家都在高声呐喊，万岁，万岁。
看着这帮热情欢呼的员工，凌世哲用手压了一压，大家立刻安静了下来。
凌世哲继续说道：“是该进行欢呼，这段时间你们都辛苦了，今天晚上和明天晚上，凡是不需要上班在家休息的员工，都到聚福楼吃大餐，指着贵的点，我请客明白吗？”
“好……”一声整齐的吼声传到凌世哲的耳朵里，差点把他的耳朵震聋，跟着又响起了一片的欢呼声，声浪一波高过一波。
看着欢呼的人群，凌世哲大声的笑着说道：“你们庆祝吧，这是属于你们的时刻，你们的工作得到了我的肯定，你们该得到这些奖赏，你们好好的庆祝吧，我走了。”
说完，凌世哲和克里斯托弗以及王海华三人就上车离开了，车后一片欢呼的人群。