Chap1 硅的晶体结构.ppt

硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值。硅晶圆尺寸越大越好，因为这样每块晶圆能生产更多的芯片。比如，同样使用0.13微米的制程在200mm的晶圆上可以生产大约179个处理器核心，而使用300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心，300mm直径的晶圆的面积是200mm直径晶圆的2.25倍，出产的处理器个数却是后者的2.385倍，并且300mm晶圆实际的成本并不会比200mm晶圆来得高多少，因此这种成倍的生产率提高显然是所有芯片生产商所喜欢的。 ? ? 然而，硅晶圆具有的一个特性却限制了生产商随意增加硅晶圆的尺寸，那就是在晶圆生产过程中，离晶圆中心越远就越容易出现坏点。因此从硅晶圆中心向外扩展，坏点数呈上升趋势，这样我们就无法随心所欲地增大晶圆尺寸。 虽然晶圆尺寸愈大，愈能降低芯片制造成本，但推升晶圆尺寸所需的技术和复杂度高，需要设备、元件等产业链的搭配，建厂成本亦会大幅增加，具备一定难度。 晶圆尺寸的更新换代一般都需要十年左右，比如200mm晶圆是1991年诞生的 ，截至2008年，广泛使用的300mm晶圆则是Intel在2001年引入的，并首先用于130nm工艺处理器。事实上，仍有些半导体企业仍未完成从200mm向300mm的过渡，而Intel此番准备升级450mm必然会让半导体产业的芯片制造经济得到进一步发展。450mm晶圆无论是硅片面积还是切割芯片数都是300mm的两倍多，因此每颗芯片的单位成本都会大大降低。当然，投资更大尺寸的晶圆是需要巨额投资的，一般来说年收入低于100亿美元的企业都无力承担。 Intel不存在这方面的困扰，Intel预计2015年其首条450mm产线将可开始试产。预计今年首批测试用450mm晶圆可制成，相应的芯片生产设备方面则会在今年到位。 台积电450mm计划暨电子束作业处处长游秋山表示，18寸晶圆发展之路仍有许多挑战，若按照台积电规划，于2018年开始以10纳米量产18寸晶圆，届时适用的微影技术是否够成熟是最大问题。 台湾积体电路制造股份有限公司即台积电，全球第一家的专业集成电路制造服务公司，产能居世界之冠 根据SEMI统计数据，若去除记忆体相关产品线，台积电在2011年已拥有近110万片约当8寸晶圆片的产能，居世界之冠，估计至今年底，台积电12寸厂的所有洁净室面积超过32个世界杯足球场大小。 1.1 硅晶体结构 1.???? 晶胞 晶体的重要特点是组成晶体的原子、分子、离子是按一定规则周期排列着。任一晶体都可以看作是由质点（原子，分子，离子）在三维空间中按一定规则做周期重复性排列所构成的。 (1)? 晶格：晶体的周期性结构称为晶体格子。 (2)? 单晶体：整个晶体是由单一的晶格连续组成。 (3)? 多晶体：晶体是由相同结构的很多小晶粒无规则地堆积而成。 (4)? 晶胞：能够最大限度地反应晶体对称性质的最小单元。 (5)? 各向异性：晶体在不同方向上的物理特性是不相同的。 2. 金刚石结构特点 （1）共价四面体： 硅由两套面心立方格子沿体对角线位移四分之一长度套构而成的。 一个原子在四面体的中心，另外4个同它共价的原子在正四面体的4个顶角上，这种四面体也称共价四面体。 （2）晶体内部的空隙 金刚石结构的另一个特点是内部存在着相当大的“空隙”。硅晶体内大部分是“空”的一些间隙杂质能很容易地在晶体内运动并存在于体内，同时对替位杂质的扩散运动提供了足够的条件。 1.2 晶向、晶面和堆积模型 1.晶向：表示一族晶列所指的方向。 2.晶列：晶格中的原子处在一系列方向相同的平行直线系上，这种直线系称为晶列。 3.[m1,m2,m3]晶向指数， 表示晶向族； (h1,h2,h3)晶面，{ } 表示晶面族 4.面心立方晶体结构是立方密堆积，（111）面是密排面。 5.?? 双层密排面的特点： (1)在晶面内原子结合力强，晶面与晶面之间距离较大，结合薄弱。 (2)两个双层面间，间距很大，而且共价键稀少，平均两个原子才有一个共价键，致使双层密排面之间结合脆弱。 6.??? 金刚石晶格晶面的性质： （1）由于{111}双层密排面本身结合牢固，而双层密排面之间相互结合脆弱，在外力作用下，晶体很容易沿着{111}晶面劈裂。这种易劈裂的晶面称为解理面。 （2）由{111}双层密排面结合牢固，化学腐蚀就比较困难和缓慢，所以腐蚀后容易暴露在表面上。 （3） 因{111}双层密排面之间距离很大，结合弱，晶格缺陷容易在这里形成和扩展。 （4）{111}双层密排面结合牢固，表明这样的晶面能量低。由于这个原因，在晶体生长中有一种使晶体表面为{111}晶面的趋势。 1.3 硅晶体中的缺陷 缺陷的含义：晶体缺陷就是指实际晶体中