第一章硅单晶生长和硅片准备

1第一章 硅单晶生长和硅片准备 硅 ( Si) 材 料 现 在 是 电 子 工 业 中 最 重 要 的 半 导 体 材 料， 因 此 VLSI 技 术 几 乎 完 全 以 硅 材 料 为 基 础。 “ silicon“ 这 名 称 来 源 于 拉 丁 语 “ silex“ 或 “ silicis “，意 思 是 燧 石。 地 壳 中 硅 含 量 丰 富 , 仅 次 于 氧， 达 25.7%。 硅 材 料 中 一 些 最 有 用 特 性 的 参 数 已 在 附 录 1 中 给 出。 随 着 1947 年 Bardeen,Brattain 和 Shockley 发 明 双 极 型 晶 体 管， 开 始 出 现 了 固 态 电 子 器 件。 一 开 始 用 于 制 造 二 极 管 和 三 极 管 的 半 导 体 材 料 是 锗 ( Ge) ， 然 而，由 于 锗 的 禁 带 窄 小 ( 0.66ev) ， 引 起 p-n 结 反 向 时 锗 中 有 相 当 大 的 漏 电 流。 这 一 点 限 制 了 锗 器 件 只 能 在 低 于 100 度 时 才 能 工 作。 此 外 集 成 电 路 平 面 处 理 需 要 能 在 半 导 体 表 面 上 生 成 一 层 钝 化 层。 氧 化 锗 能 作 为 钝 化 层， 但 难 以 生 成， 而 且 其 溶 于 水， 在 800℃ 时 分 解。 这 些 限 制 使 锗 在 作 为 制 造 集 成 电 路 的 材 料 方 面， 与 硅 比 起 来 相 形 见 拙。 硅 的 禁 带 更 宽 (1.1ev), 漏 电 流 更 小， 因 此 可 以 生 产 出 最 大 工 作 温 度 达 150℃ 左 右 的 硅 器 件。 此 外 硅 的 氧 化 物， SiO2， 易 于 生 成 且 化 学 性 质 十 分 稳 定， 最 后 电 子 级 硅 的 成 本 只 有 锗 的 十 分 之 一。 因 此 在 制 造 微 电 子 元 件 方 面 硅 已 几 乎 完 全 取 代 了 锗。 在 本 章 我 们 将 研 究 单 晶 硅 起 始 材 料 （ single-crystalsilicon starting material ） 这 个 主 题。 首 先 我 们 将 说 明 原 材 料 如 2何 经 过 处 理 而 得 到 电 子 级 多 晶 硅。 然 后 探 讨 从 中 用 来 生 产 单 晶 硅 的 Czochralski 法 和 浮 区 法， 其 后 涉 及 到 从 单 晶 硅 做 成 硅 片 ( silicon wafers ） 的 技 术， 最 后 我 们 讨 论 下 为 了 适 应 VLSI（和 ULSI) 生 产， 硅 片 所 必 须 具 有 的 材 料 特 性。 在 第 2 章 中， 我 们 将 涉 及 发 生 在 硅 片 中 的 晶 格 缺 陷 以 及 抑 制 缺 陷 形 成 的 技 术。 晶 格 结 构 的 术 语 固 体 分 为 晶 体 和 非 晶 体。 在 晶 体 中， 组 成 晶 体 的 原 子 有 周 期 重 复 性 地 在 空 间 中 排 列。 如 果 这 种 周 期 重 复 性 的 排 列 存 在 于 整 个 晶 体， 那 么 这 种 物 质 被 定 义 为 具 有 单 晶（ single crystal ） 形 式。 如 果 晶 体 由 无 数 个 小 的 单 晶 区 域 组 成，那 么 这 种 晶 体 被 称 为 多 晶 （ polycrystalline ） 材 料。 尽 管 如 此，一 旦 晶 体 的 基 本 周 期 重 复 性 被 识 别， 那 么 在 任 何 一 个 单 晶 区 域 内， 晶 体 从 某 一 点 看 起 来 与 从 一 系 列 对 等 的 点 看 一 模 一 样。 非 晶 体 （ Amorphous） 材 料 并 不 具 有 大 范 围 内 周 期 重 复 性 的 结 构。 用 于 生 产 VLSI 电 路 的 初 始 硅 材 料 具 有 单 晶 形 式。 在 晶 体 中 原 子 的 周 期 重 复 性 的 排 列 称 为 晶 格 （ lattice ） 。晶 格 总 是 包 含 一 个 能 代 表 整 个 晶 格 的 单 元 ( 称 为 晶 胞〔 unit cell 〕 ), 它 在 整 个 晶 体 中 有 规 律 地 重 复 着。 正 如 图 1 所 示， 对 于 每 一 个 晶 胞， 矢 量 ( 基 本 矢 量 〔 basis vector 〕) 可 以 3定 义 为： 如 果 晶 胞 移 动 了 整 数 倍 的 矢 量， 可 以 找 到 一 个 与 原 来 完 全 一 样 的 新 的 晶 胞。 晶 胞 的 重 要 性 在 于 晶 体 作 为 一 个 整 体 可 以 通 过 分 析 一 个 具 有 代 表 性 的 单 元 来 研 究。 例 如， 因 为 晶 体 的 周 期 重 复 性 限 定 了 导 体 电 子 所 能 具 有 的 能 级， 我 们 可 以 计 算 出 相 邻 原 子 间 的 最 小 距 离。 最 简 单 的 晶 格 是 图 1 中 的， 三 个 立 方 晶 格 ( 简 单 立 法 ，体 心 立 方，面 心 立 方 ) 。 一 个 立 方 单 元 的 尺 寸 a 称 为 晶 格 常 数， 但 是 相 邻 原 子 间 的 最 小 距 离 可 能 小 于 a， 例 如， 面 心 立 方 (fcc) 晶 格 的 相 邻 最 小 距 离 是 立 方 面 对 角 线 的 一 半 或 ( a 2 /2) 。 晶 格 方 向 用 与 在 那 个 晶 向 的 一 个 矢 量 的 各 分 量 有 着 相 同 的 关 系 的 一 组 三 个 整 数 表 示 。 这 三 个 分 矢 量 是 基 本 矢 量 的 整 数 倍。 例 如 在 立 方 晶 格 中， 体 对 角 线 有 三 个 分 量 1a, 1b 和 1c 。 因 此， 这 对 角 线 是 [1 1 1] 晶 向 ( 括 号 [ ] 用 来 表 示 一 个 特 定 的 晶 向 ) 。 然 而， 从 结 晶 学 的 角 度 来 看， 晶 体 中 的 许 多 晶 向 是 等 效 的， 仅 仅 取 决 于 任 意 选 择 的 轴 的 定 向。 这 些 等 效 4的 晶 向 用 尖 括 号 表 示。 例 如 立 方 晶 格 中 的 晶 向 [1 0 0] ，[0 1 0] 和 [0 0 1] 从 结 晶 学 的 角 度 看 都 是 等 效 的 ( 图 1) ， 被 称 作 晶 向。 描 述 晶 体 中 的 晶 面 （ planes ） 也 是 有 益 的。 一 组 三 个 整 数 h， k 和 l ( 称 作 Miller 指 标 〔 indices 〕 ) 被 用 来 定 义 一 组 平 行 晶 面。它 们 可 以 按 照 下 述 步 骤 得 到： a) 找 到 晶 面 在 晶 体 坐 标 轴 上 的 截 距， 这 些 截 距 用 基 本 矢 量 的 整 数 倍 来 表 示。 b) 取 这 些 在 步 骤 a) 中 得 到 的 整 数 的 倒 数。 c) 找 到 与 这 三 个 倒 数 有 着 相 同 相 互 关 系 的 一 组 最 小 的 整 数 h, k 和 l 。 ( 即 如 果 三 个 倒 数 是 1/4, 1/3 和 1/2 ， 那 么 3, 4 和 6 就 是 与 这 三 个 倒 数 有 相 同 的 相 对 值 的 三 个 最 小 整 数 ) 。 这 些 整 数 就 是 晶 面 的 Miller 指 标， 这 晶 面 被 标 做 ( h, k, l ) 。 注 意 圆 括 号 ( ) 用 来 表 示 一 个 特 定 的 晶 面。 采 用 取 截 距 倒 数 的 方 法 的 一 个 优 点 是 用 符 号 标 记 晶 面 时 可 以 避 免 出 现 无 穷 大 的 情 况。 平 行 于 坐 标 轴 的 晶 面， 其 截 距 的 倒 数 5( 这 样 晶 面 会 与 坐 标 轴 在 无 穷 远 处 相 交 ) 是 零。 从 结 晶 学 的 角 度 来 看， 与 晶 向 的 情 况 一 样， 晶 格 中 的 许 多 晶 面 都 是 等 效 的。 这 些 等 效 平 面 的 指 标 共 同 地 用 一 组 整 数 来 表 示， 放 在 花 括 号 { } 中。 值 得 注 意 的 是 对 于 立 方 晶 格， 晶 向 [ h, k, l ] 垂 直 于 用 同 样 三 个 整 数 表 示 的 晶 面 (h, k, l ) ， 这 个 事 实 使 它 能 方 便 地 分 析 立 方 单 元。 即 如 果 晶 向， 晶 面 二 这 知 其 一，那 么 毋 需 任 何 进 一 步 计 算， 另 外 垂 直 的 对 应 部 分 可 以 很 快 确 定。 6硅 具 有 金 刚 石 立 方 晶 格 结 构 （ diamond cubic lattice ）， 可 以 用 两 个 互 相 贯 穿 的 面 心 立 方 晶 格 来 表 示 ( 图 3a)。这 样， 分 析 和 观 察 立 方 晶 格 的 简 易 性 可 以 延 用 到 硅 晶 体 的 表 征 中 来。 图 3 展 示 了 一 个 金 刚 石 晶 格 晶 胞 的 三 维 图 像。 通 过 分 析 金 刚 石 的 结 构 晶 胞， 显 然 每 个 原 子 有 四 个 最 近 的 相 邻 原 子。 当 考 虑 到 硅 的 电 子 结 构， 这 个 事 实 的 重 要 性 就 显 而 易 见 了。 即 因 为 硅 是 IV 族 元 素， 有 四 个价 电 子， 所 以 这 些 电 子 中 的 每 一 个 都 是 与 其 四 个 相 邻 的 硅 原 子 所 共 有 的 ( 这 个 最 近 的 相 邻 原 子 同 样 贡 献 出 其 电 子 中 的 一 个 给 结 合 键 ) 。 最 近 相 邻 原 子 间 共 享 的 两 个 价 电 子 组 成 一 个 共 价 键， 固 体 中 相 邻 原 子 间 电 子 的 相 互 作 用 起 着 保 持 晶 体 结 合 在 一 起 的 作 用。 即 然 在 一 个 完 整 硅 晶 体 中 所 有 的 价 电 子 都 参 与 形 成 共 用 键 对， 就 没 有能 传 导 电 流 的 自 由 电 子 （只 要 它 们 还 保 持 局 限 在 键 区 域 内） 。 这 样 以 共 价 键 相 联 的 电 子 能 被 热 激 活 或 光 激 活，从 而 成 为 自 由 电 子 参 与 导 电 ( 注 意，在 硅 中 a=5.43 Aο ，相 邻 原 子 间 最 小 距 离 为 2.43 Aο ) 。 另 一 方 面， 当 掺 杂 原 子 ( 大 多 是 III 或 V 族 ) 替 代 晶 格 中 的 硅 原 子， 它 们 被 称 为 占 据 了 取 代 晶 格 点， 这 些 掺 杂 原 子 也 能 成 为 额 外 导 电 电 子 和 空 穴 的 来 源。 例 如， 磷 是 一 中 取 代 施 主 （ donor） ， 因 为 它 价 电 子 中 的 四 个 与 其 他 硅 原 子 形 成 共 价 键。 然 而， 第 五 个 价 电 子 易 被 分 离， 一 旦 成 为 自 由 电 子 就 能 导 电。 III 族 元 素 ( 如 硼， 铝 ) 是 取 代 受 主， 能 成 为 形 成 空 7穴 导 电 的 晶 格 点。 那 些 没 有 占 据 晶 格 点 的 原 子 被 描 述 为 填 隙 （ interstitial ）( 如 晶 格 点 之 间 ) 点。 更 细 致 地 研 究 金 刚 石 结 构 是 有 益 的。 例 如， 除 了 把 它 表 示 成 两 个 相 互 贯 穿 的 面 心 立 方 晶 格， 从 结 晶 学 角 度 更 精 确 地 认 为 它 是 一 个 面 心 立 方 晶 格 （ face-centred cubic lattice ） ，在 其 每 一 个 晶 格 点 上 都 有 两 个 基 本 原 子 （ basis atoms） 。 于 是 要 组 建 一 个 金 刚 石 晶 格 的 晶 胞， 我 们 只 要 建 立 一 个 面 心 立 方 体， 在 每 一 个 晶 格 点 上 放 置 两 个 原 子 ( 一 个 直 接 放 在 晶 格 点 上， 另 一 个 沿 着 所 有 的 晶 轴 偏 移 a/4 ) 。 这 样 又 会 得 到 图 3b 所 示 的 结 果。 值 得 注 意 的 是， 这 种 晶 体 硅 特 定 的 结 构 必 须 同 时 满 足 下 述 两 个 不 同 条 件： 1) 晶 体 中 每 个 原 子 都 有 四 个 最 近 的 相 邻 原 子； 2) 原 子 也 能 象 条 件 1) 一 样 能 在 空 间 中 紧 密 地 组 合 起 来； 金 刚 石 晶 格 的 组 合 密 度 远 低 于 面 心 立 方 晶 格 的 (34% 对 74 ％ ) 。 在 一 些 处 理 技 术 的 研 究 中， 要 做 出 硅 晶 体 中 不 同 晶 面 和 晶 向 的 参 考 资 料， 特 别 是 (1 0 0 ) , (1 1 0 ) 和 (1 1 1 ) 晶 向 和 晶 面。 金 刚 石 晶 格 晶 胞 的 直 接 检 测 不 允 许 {1 1 0} 和 {1 1 1} 晶 面 和 晶 向 的 简 单 概 念 化， 于 是 我 们 应 该 研 究 出 一 个 简 单 的 过 程， 在 读 者 观 察 它 们 时 给 予 帮 助。 为 了 能 最 简 单 地 确 定 {1 1 1} 晶 面， 我 们 将 应 用 到 这 个 概 念： 即 在 立 方 晶 格 中 晶 向 [ h k l ] 垂 直 于 晶 面 ( h k l ) 。 一 开 始， 我 们 依 照 图 3c 所 示 画 一 个 金 刚 石 晶 格 晶 胞 {1 1 0 } 晶 面 的 截 面 图。 注 意 a 2 是 立 方 体 表 面 对 角 线 的 长 度 ( 如 沿 着 (1 1 0 ) 晶 向 ) 。 于 是 图 3c 中 所 示 我 们 选 择 所 有 的 在 8{1 10 } 晶 面 上 的 原 子。 下 一 步， 我 们 注 意 到 沿 着 {1 10 } 晶 面 对 角 线 方 向 是 [1 1 1] 晶 向 ( 图 3c) ， 最 后 垂 直 于 晶 向 的 平 面 就 是 {1 1 1} 晶 面。 在 图 3d 中， 我 们 把 那 些 在 {1 1 0} 晶 面 上， 但 在 晶 胞 外 的 另 外 的 邻 近 原 子 ( 阴 影 图 ) 加 入 晶 体。 图 中 的 其 他 原 子 ( 非 阴 影 图 ) 都 在 {1 1 0} 晶 面 上。 在 截 为 横 截 面 的 {1 1 0} 表 面 平 面 之 下。 从 这 图 可 以 看 到 在 金 刚 石 晶 格 中 正 好 有 三 个 双 重 {1 1 1} 晶 面 (A, A ; B, B ; C, C ) ，它 们 以 层 叠 顺 序 （ stacking order ） 有 规 律 重 复 地 排 列 着。 ( 如 果 要 检 测 一 组 在 紧 密 组 合 的 面 心 立 方 结 构 中 排 列 的 硬 球 体， 三 层 {1 1 1} 晶 面 的 第 三 个 晶 面 中 球 的 中 心 并 不 是 正 好 在 下 面 其 他 两 层 晶 面 中 球 的 中 心 的 正 下 方， 于 是 这 种 结 构 有 着 .ABCABCABC. 层 叠 顺 序。 另 一 方 面， 也 可 以 把 第 三 层 放 置 在 一 个 紧 密 结 合 的 结 构 中。 这 样 第 三 层 球 体 的 中 心 正 好 在 A ( 或 第 一 ) 层 球 体 中 心 的 正 下 方。这 种 结 构 有 着 .ABABAB. 层 叠 顺 序， 但 这 不 是 面 心 立 方 结 构。 为 了 进 一 步 说 明 {1 1 1} 晶 面 的 层 叠 顺 序， 图 3 用 图 描 绘 了 硅 晶 格 的 开 放 结 构。 该 图 组 也 显 示 出 沿 着 晶 向 ( 垂 直 于 图 3d 中 的 {1 1 0} 晶 面 ) 通 过 硅 晶 体 时 有 着 无 阻 碍 的 通 道。 正 如 许 多 VLSI 生 产 步 序， 硅 不 同 结 构 的 特 性 取 决 于 晶 体 的 取 向。 例 如， 晶 向 的 硅 的 应 力 强 度 最 高， 而 {1 1 1} 晶 面 的 原 子 密 度 最 高。 因 此 {1 1 1} 晶 面 比 {1 0 0} 晶 面 氧 化 速 度 快 得 多， 因 为 在 单 位 表 面 积 上 能 参 与 氧 化 反 应 的 原 子 更 9多。 MOS 器 件 都 用 {1 0 0} 硅 片 制 造， 因 为 在 这 个 方 向 上 有 最 小 的 表 面 态 密 度。 单 晶 形 成 的 固 实 体 材 料 在 一 些 方 面 与 这 部 分 讨 论 的 理 想 晶 体 结 构 不 同。 首 先， 即 使 理 想 晶 体 在 其 边 界， 而 且 在 表 面 上 原 子 是 不 完 全 键 接 的。 此 外， 理 想 晶 体 有 各 种 缺 陷（称 为 晶 体 缺 陷 〔 crystalline defect 〕）， 这 些 缺 陷 能 显 著 地 改 变 晶 体 的 特 性。 第 二 章 将 详 细 地 讨 论 硅 中 的 这 些 缺 陷 和 他 们 对 晶 体 和 器 件 特 性 的 影 响。 提 及 用 于 确 定 掺 杂 物 和 硅 中 玷 污 浓 度 的 单 位 也 是 有 益 的。 大 多 数 情 况 下， 单 位 用 atoms/cm 3, 但 是 其 它 时 候 用 parts per million atoms (ppma)。 单 晶 硅 中 大 约 是 5 × 1022atoms/cm3， 杂 质 浓 度 ppma 等 于 5 × 1016/cm3， 其 他 浓 度 都 可 以 同 样 转 换。 单 晶 硅 的 生 产VLSI 生 产 使 用 非 常 高 晶 体 完 整 性 的 硅 衬 底。 G.K.Teal 首 先 认 识 到 使 用 在 微 电 子 电 路 的 晶 体 管 区 使 用 单 晶 硅 材 料 的 极 端 重 要 性。 他 解 释 说 多 晶 体 材 料 表 现 出 不 足 够 短 的 少 数 载 流 子 寿 命， 因 为 多 晶 体 晶 粒 间 的 晶 界 有 缺 陷。 Teal 还 指 出 当 确 定 用 来 生 产 半 导 体 产 品 的 起 始 材 料 时，需 要 定 义 化 学 纯 度， 晶 体 完 整 度， 结 构 均 匀 性 和 单 晶 材 料 的 化 学 组 成。 得 到 用 于 VLSI 生 产 的 单 晶 硅 的 方 法 包 括 几 个 步 骤 （图 4） ：101） 用 一 种 用 来 生 产 电 子 级 多 晶 硅 （ eletronic gradepolysilicon ）( EGS) 的 复 杂 多 阶 段 的 过 程 精 炼 原 材 料（如 石 英， 一 种 沙 子）。 2） 多 晶 硅 用 Czochra lski ( CZ) 晶 体 生 长 法 或 浮 区 （ float zone）（ FZ） 生 长 法 生 成 单 晶 硅。 （ 100） 或（ 111） 方 向 的 单 晶 硅 可 以 大 批 量 的 购 得 （虽 然 其 它 方 向 如 （ 110） 也 能 用 特 殊 订 单 从 一 些 供 应 商 购 得）。 在 CZ 生 长 法 中， 单 晶 锭 是 从 盛 有 熔 硅 的 坩 埚 中 拉 制 的。 VLSI 应 用 更 多 采 用 Czochmlski 硅， 因 为 它 比 FZ 材 料 有 更 多 的 耐 热 应 力 能 力， 而 且 它 能 提 供 一 种 内 部 吸 杂 的 机 械 装 置， 该 装 置 能 从 硅 片 表 面 上 的 器 件 结 构 中 去 除 不 需 要 的 杂 质。 因 为 是 在 不 与 任 何 容 器 或 坩 埚 接 触 的 情 况 下 制 成， 所 以浮 区 硅 比 CZ 硅 有 更 高 的 纯 度 （ 从 而 有 更 高 的 电 阻 率） 。 器 11件 和 电 路 所 需 的 高 纯 起 始 材 料 （如 高 压， 高 功 率 器 件） 一 般 都 用 FZ 硅。 从 原 材 料 到 电 子 级 多 晶 硅 单 晶 硅 是 从 熔 化 了 的 电 子 级 多 晶 硅（ EGS） 中 生 长 的。 既 然 CZ 法（用 来 生 长 大 多 数 的 单 晶） 在 合 成 锭 中 加 入 了 杂 质，所 以 EGS 必 须 非 常 纯。 事 实 上， 为 了 在 随 后 的 单 晶 生 长 中 达 到 控 制 杂 质 的 目 的， EGA 中 杂 质 含 量 必 须 在 ppba (parts per billion atoms ） 范 围 内 （或 ~1013/cm3), 其 实 这 是 日 常 生 活 中 地 球 上 所 能 得 到 的 最 纯 的 材 料。 用 来 精 炼 出 EGS 的 原 材 料 （石 英）有 高 浓 度 的 杂 质 （如 AL 浓 度 ~10 20/cm3) 。 于 是 精 炼 过 程 必 须 把 杂 质 含 量 降 低 八 个 数 量 级。 这 种 基 本 的 精 炼 过 程 包 括 四 个 主 要 阶 段： 1） 将 石 英 还 原 脱 氧 成 为 大 约 为 98％ 的 熔 炼 级 硅（ MGS） 2） MGS 转 化 成 三 氯 氢 硅（ SiHCL3) 3) 用 蒸 馏 法 提 纯 SiHCL3 4) 用 化 学 气 相 淀 积 方 法 将 提纯 后 的 SiHcl 3 转化成 EGS 在 步 骤1 中， 石 英 形 式 的 SiO 2 与 碳 反 应 生 成 硅 和 一 氧 化 碳： SiO2 + 2C -- Si + 2CO (1) 石 英 是 自 然 界 中 一 种 较 纯 的 SiO 2 形 式， 在 有 碳 存 在 的 情 况 下 （煤， 炭 或 木 屑 各 种 形 式 ) ， 还 原 成 MGS。 MGS 这 名 称 的 由 来 是 因 为 这 个 浓 度（～ 95％） 的 硅 已 经 精 炼 得 足 够 可 以 用 作 12生 产 铝 中 的 合 金 材 料 或 用 来 生 产 硅 酮 聚 合 物。 每 年 生 产 的 大 部 分 硅 都 用 于 这 些 应 用， 只 有 很 小 一 部 分 被 进 一 步 提 炼 成 EGS， 用 于 电 子 方 面 的 应 用。 石 英， 煤 （炭） 和 木 屑 （多 孔 的）被 载 入 浸 入 式 电 极 电 弧 炉 （图 5.a ） 。 炉 子 电 极 间 产 生 的 电 弧 之 间 的 温 度 超 过 2000℃， SiC 就 在 这 些 区 域 中 形 成。 SiC 与 SiO 2反 应 生 成 Si, SiO 和 CO。 硅 象 图 5a 所 示 抽 出， 同 时 SiO 和 CO 气 体 从 木 屑 形 成 的 空 间 中 逃 逸 出 去。 完 成 上 述 反 应 耗 费 大 量 的 电 力 （ 12～ 14KWh/Kg） 。 这 个 过 程 中 制 得 的 MGS 中 杂 质 主 要 有 Al 和Fe。 在 步 骤2 中， 三 氯 氢 硅（ SiHCl 3） 由 无 水 氯 化 氢 和 MGS 反 应 生 成。 在 这 步 中， MGS 首 先 被 研 磨 成 细 粉。 然 后 粉 状 的 硅 与 Hcl 反 应 生 成 SiHCl 3。 在 有 催 化 剂 时， 固 态 硅 和 气 态 Hcl 在 300℃ 发 生 反 应。 SiHCl 3 和 杂 质 氯 化 物 的 生 成（如 AlCl 3, BCl3）都 发 生 在 这 13一 步。 生 成 物 SiHCl 3 在 室 温 下 是 液 态 的（沸 点 31.8℃）， 因 此 能 用 蒸 馏 法 来 提 纯。 在 步 骤3 中 SiHCl 3 用 分 馏 法 与 杂 质 离 析。 这 步 结 束 后 SiHCl 3 被 提 纯 得 如 此 之 纯， 以 至 于 不 再 可 能 直 接 确 定 它 的 杂 质 含 量。 所 以 SiHCl 3 必 须 被 淀 积 成 半 导 体 级 的 多 晶 硅， 然 后 转 化 成 单 晶 硅， 最 后 经 过 电 测 试 以 决 定 杂 质 含 量。 在 步 骤4 中， 高 纯 的 SiHCl 3 在 有 氢 气 的 情 况 下 用 CVD 方 法 又 转 化 回 成 多 晶 硅。 这 个 在 反 应 器 里 进 行 的 方 法 是 首 先 由 Siemens Gmbh 在 五 十 年 代 提 出 的， 现 在 还 被 称 为 Siemens 方 法。2SiHCl 3( 气态 ) + 2H 2( 气态 ) - 2Si( 固态 ) + 6hcl( 气态 ) （ 2）一 开 始 表 面 是 一 个 细 长 的 硅 棒（称为 细棒 〔 slimrod 〕） ， 在 淀 积 硅 时 作 为 核 晶 表 面。要 制 成 巨 棒（直 径 200mm、 几 米 长）， 淀 积 过 程 需 要 几 百 个 小 时。 淀 积 完 成 后， EGS 被 制 成 三 个 产 品 : a) 一 片 片 的 坩 埚 炉 料； b) 块 状 （任 意 大 小 的 碎 块〕 和 c) 多 晶 棒 （图 6） 。 前 面 两 种 在14CZ 法 生 长 硅 单 晶 时 用 作 炉 料， 而 硅 棒 用 于 浮 区 法 单 晶 锭。1985 年 全 球 EGS 的 消 耗 量 大 约 有 3 百 万 公 里 长。 为 了 估 算 EGS 的 纯 度 （与 先 前 提 及 的