標籤: 暫無標籤

元素硅是一種灰色、易碎、四價的非金屬化學元素。地殼成分中27.8%是硅元素構成的,硅是自然界中最豐富的元素。硅晶片又稱晶圓片,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以百萬計的晶體管,被廣泛應用於集成電路的製造。

1 硅晶片 -概述

硅晶片: 硅是一種灰色、易碎、四價的非金屬化學元素。地殼成分中27.8%是硅元素構成的,其次是氧元素,硅是自然界中最豐富的元素。在石英、瑪瑙、燧石和普通的灘石中就可以發現硅元素。硅是建築材料水泥、磚、和玻璃中的主要成分,也是大多數半導體和微電子晶元的主要原料。有意思的是,硅自身的導電性並不是很好。然而,可以通過添加適當的攙雜劑來精確控制它的電阻率。      製造半導體前,必須將硅轉換為晶圓片。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料。多晶硅是很多具有不同晶向的小單晶體單獨形成的,不能用來做半導體電路。多晶硅必須融化成單晶體,才能加工成半導體應用中使用的晶圓片。 加工硅晶片      生成一個硅錠要花一周到一個月的時間,這取決於很多因素,包括大小、質量和終端用戶要求。超過 75%的單晶硅晶圓片都是通過 Czochralski (CZ) 方法生長的。CZ 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,這稱為攙雜。 加入的攙雜劑使那些長大的硅錠表現出所需要的電特性。最普通的攙雜劑是硼、磷、砷和銻。因使用的攙雜劑不同,會成為一個 P 型或 N型的硅錠(P 型 / 硼 , N 型 / 磷、 銻、砷)。      然後將這些物質加熱到硅的熔點--攝氏1420度之上。一旦多晶硅和攙雜劑混合物熔解,便將單晶硅種子放在熔解物的上面,只接觸表面。種子與要求的成品硅錠有相同的晶向。為了使攙雜均勻,子晶和用來熔化硅的坩堝要以相反的方向旋轉。一旦達到晶體生長的條件,子晶就從熔化物中慢慢被提起。生長過程開始於快速提拉子晶,以便使生長過程初期中子晶內的晶缺陷降到最少。然後降低拖拉速度,使晶體的直徑增大。當達到所要求的直徑時,生長條件就穩定下來以保持該直徑。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膜,然後冷卻。冷卻時,已熔化硅中的原子會按照子晶的晶體結構自我定向。      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點。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片。由於硅很硬,要用金剛石鋸來準確切割晶圓片,以得到比要求尺寸要厚一些的晶片。金剛石鋸也有助於減少對晶圓片的損傷、厚度不均、彎曲以及翹曲缺陷。      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。同時打薄晶圓片並幫助釋放切割過程中積累的硬力。研磨后,進入刻蝕和清洗工藝,使用氫氧化鈉、乙酸和硝酸的混合物以減輕磨片過程中產生的損傷和裂紋。關鍵的倒角工藝是要將晶圓片的邊緣磨圓,徹底消除將來電路製作過程中破損的可能性。倒角后,要按照最終用戶的要求,經常需要對邊緣進行拋光,提高整體清潔度以進一步減少破損。      生產過程中最重要的工藝是拋光晶圓片,此工藝在超凈間中進行。超凈間從一到一萬分級,這些級數對應於每立方米空間中的顆粒數。這些顆粒在沒有控制的大氣環境下肉眼是不可見的。例如起居室或辦公室中顆粒的數目大致在每立方米五百萬個。為了保持潔凈水平,生產工人必須穿能蓋住全身且不吸引和攜帶顆粒的潔凈服。在進入超凈間前,工人必須進入吸塵室內以吹走可能積聚的任何顆粒。 硅晶片     大多數生產型晶圓片都要經過兩三次的拋光, 拋光料是細漿或者拋光化合物。多數情況下,晶圓片僅僅是正面拋光,而300毫米的晶圓片需要雙面拋光。除雙面拋光以外,拋光將使晶圓片的一面象鏡面一樣。拋光面用來生產電路,這面必須沒有任何突起、微紋、划痕和殘留損傷。拋光過程分為兩個步驟,切削和最終拋光。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層,以生產出表面沒有損傷的晶圓片。最終拋光並不去除任何物質,只是從拋光表面去除切削過程中產生的微坑。      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、金屬划痕和殘留物。之後,要經常進行背面擦洗以去除最小的顆粒。      這些晶圓片經過清洗后,將他們按照最終用戶的要求分類,並在高強度燈光或激光掃描系統下檢查,以便發現不必要的顆粒或其他缺陷。一旦通過一系列的嚴格檢測,最終的晶圓片即被包裝在片盒中並用膠帶密封。然後把它們放在真空封裝的塑料箱子里,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。 產品應用          半導體或晶元是由硅生產出來的。晶圓片上刻蝕出數以百萬計的晶體管,這些晶體管比人的頭髮要細小上百倍。半導體通過控制電流來管理數據,形成各種文字、數字、聲音、圖象和色彩。它們被廣泛用於集成電路,並間接被地球上的每個人使用。這些應用有些是日常應用,如計算機、電信和電視,還有的應用於先進的微波傳送、激光轉換系統、醫療診斷和治療設備、防禦系統和NASA太空梭。

2 硅晶片 -相關條目

燧石
上一篇[地貌年齡]    下一篇 [《冷山》[電影]]

相關評論

同義詞:暫無同義詞