元素硅是一種灰�、易�、四價的非金屬化�(xué)元素。地殼成分中27.8%是硅元素�(gòu)成的,僅次于氧元素含量排行第�,硅是自然界中比較富的元�。在石英、瑪�、燧石和普通的灘石中就可以�(fā)�(xiàn)硅元素。硅晶片又稱晶圓�,是由硅錠加工而成的,通過專門的工藝可以在硅晶片上刻蝕出數(shù)以百萬計�晶體�,被廣泛�(yīng)用于集成電路的制造�
硅屬于半�(dǎo)體材�,其自身的導(dǎo)電性并不是很好。然而,可以通過添加適當(dāng)?shù)膿诫s劑來精確控制它的電阻�。制造半�(dǎo)體前,必須將硅轉(zhuǎn)換為晶圓�(wafer)。這要從硅錠的生長開始。單晶硅是原子以三維空間模式周期形成的固體,這種模式貫穿整個材�。多晶硅是很多具有不同晶向的小單晶體單獨形成�,不能用來做半導(dǎo)體電路。多晶硅必須融化成單晶體,才能加工成半導(dǎo)體應(yīng)用中使用的晶圓片。加工硅晶片生成一個硅錠要花一周到一個月的時�,這取決于很多因素,包括大�、質(zhì)量和終端用戶要求。超�75%的單晶硅晶圓片都是通過Czochralski(CZ,也叫提拉法)方法生長��
摻雜
硅錠生長需要大塊的純凈多晶硅,將這些塊狀物連同少量的特殊III、V族元素放置在石英坩堝中,這稱為摻�。加入的摻雜劑使那些長大的硅錠表�(xiàn)出所需要的電特性。最普通的摻雜劑是�、磷、砷和銻。因使用的摻雜劑不同,會成為一個P型或N型的硅錠(P�/�,N�/�、銻、砷)�
熔融
然后將這些物質(zhì)加熱到硅的熔點——攝�1420度之�。一旦多晶硅和摻雜劑混合物熔解,便將單晶硅種子放在熔解物的上�,只接觸表面。種子與要求的成品硅錠有相同的晶�。為了使摻雜均勻,子晶和用來熔化硅的坩堝要以相反的方向旋�(zhuǎn)。一旦達到晶體生長的條件,子晶就從熔化物中慢慢被提起。生長過程開始于快速提拉子晶,以便使生長過程初期中子晶�(nèi)的晶缺陷降到最�。然后降低拖拉速度,使晶體的直徑增�。當(dāng)達到所要求的直徑時,生長條件就�(wěn)定下來以保持該直�。因為種子是慢慢浮出熔化物的,種子和熔化物間的表面張力在子晶表面上形成一層薄的硅�,然后冷卻。冷卻時,已熔化硅中的原子會按照子晶的晶體結(jié)�(gòu)自我定向。硅錠完全長大時,它的初始直徑要比最終晶圓片要求的直徑大一��
切割
接下來硅錠被刻出一個小豁口或一個小平面,以顯示晶向。一旦通過檢查,就將硅錠切割成晶圓�。由于硅很硬,要用金剛石鋸來�(zhǔn)確切割晶圓片,以得到比要求尺寸要厚一些的晶片。金剛石鋸也有助于減少對晶圓片的損傷、厚度不�、彎曲以及翹曲缺��
研磨
切割晶圓片后,開始進入研磨工藝。研磨晶圓片以減少正面和背面的鋸痕和表面損傷。同時打薄晶圓片并幫助釋放切割過程中積累的應(yīng)力�
刻蝕和清�
研磨�,進入刻蝕和清洗工�,使用氫氧化�、乙酸和硝酸的混合物以減輕磨片過程中�(chǎn)生的損傷和裂�。關(guān)鍵的倒角工藝是要將晶圓片的邊緣磨�,徹底消除將來電路制作過程中破損的可能性。倒角�,要按照最終用戶的要求,經(jīng)常需要對邊緣進行拋光,提高整體清潔度以進一步減少破�。拋�(化學(xué)機械拋光,Chemical Mechanical Polishing) 生產(chǎn)過程中最重要的工藝是拋光晶圓�,此工藝在超凈間中進行。超凈間從一到一萬分�,這些級數(shù)對應(yīng)于每立方米空間中的顆粒數(shù)。這些顆粒在沒有控制的大氣�(huán)境下肉眼是不可見�。例如起居室或辦公室中顆粒的�(shù)目大致在每立方米五百萬�。為了保持潔凈水平,生產(chǎn)工人必須穿能蓋住全身且不吸引和攜帶顆粒的潔凈�。在進入超凈間前,工人必須進入吸塵室內(nèi)以吹走可能積聚的任何顆粒。硅晶片大多�(shù)生產(chǎn)型晶圓片都要�(jīng)過兩三次的拋�,拋光料是細漿或者拋光化合物。多�(shù)情況下,晶圓片僅僅是正面拋光,�300毫米的晶圓片需要雙面拋�。除雙面拋光以外,拋光將使晶圓片的一面象鏡面一�。拋光面用來生產(chǎn)電路,這面必須沒有任何突起、微�、劃痕和殘留損傷�
拋光過程分為兩個步�,切削和最終拋�。這兩步都要用到拋光墊和拋光漿。切削過程是去除硅上薄薄的一�,以生產(chǎn)出表面沒有損傷的晶圓�。最終拋光并不去除任何物�(zhì),只是從拋光表面去除切削過程中產(chǎn)生的微坑。拋光后,晶圓片要通過一系列清洗槽的清洗,這一過程是為去除表面顆粒、金屬劃痕和殘留�。之后,要經(jīng)常進行背面擦洗以去除最小的顆粒。這些晶圓片經(jīng)過清洗后,將他們按照最終用戶的要求分類,并在高強度燈光或激光掃描系�(tǒng)下檢查,以便�(fā)�(xiàn)不必要的�?;蚱渌�?。一旦通過一系列的嚴(yán)格檢�,最終的晶圓片即被包裝在片盒中并用膠帶密封。然后把它們放在真空封裝的塑料箱子�,外部再用防護緊密的箱子封裝,以確保離開超凈間時沒有任何顆粒和濕氣進入片盒�
半導(dǎo)體或芯片是由硅生�(chǎn)出來的。晶圓片上刻蝕出�(shù)以百萬計的晶體管,這些晶體管比人的頭發(fā)要細小上百�。半�(dǎo)體通過控制電流來管理數(shù)�(jù),形成各種文�、數(shù)字、聲�、圖象和色彩。它們被廣泛用于集成電路,并間接被地球上的每個人使用。這些�(yīng)用有些是日常�(yīng)�,如計算�、電信和電視,還有的�(yīng)用于先進的微波傳�、激光轉(zhuǎn)換系�(tǒng)、醫(yī)療診斷和治療�(shè)�、防御系�(tǒng)和NASA航天飛機�
維庫電子�,電子知識,一查百��
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