制造芯片的硅晶体的原理及过程方法.pptVIP

* * * * * * * * 王晓艳 基本概念 1.什么是硅晶体 2.什么是芯片 二制造芯片的原理和过程方法 1.原理 2.过程和方法 三芯片的发展 一基本概念 1.什么是硅晶体 硅在元素周期表中是第Ⅳ主族 元素，它的原子最外层有四个电子， 所以硅在化合物中呈四价。半导体 硅主要有多晶硅和单晶硅，在单晶 硅中所有的硅原子按一定规律整齐 排列，结构完全是金刚石型的。每 个原子和邻近的四个原子以共价键 结合。组成一个正四面体，每个硅原子可以看成是四面体 的中心。常压下，金刚石构型的硅在低于1414℃时是稳定的。 所以通常用的硅都是单晶硅 ? ??? ???? 用扫描隧道显向镜观察到的硅晶体表面的原子排列(Si(m)７×7结构) 硅的价电子分布是3S23P2。一个3S轨道上的电子激发到3P轨道上形成新的SP3杂化轨道。硅原子的杂化轨道决定了硅晶体必为金刚石结构。四个最邻近的原子构成四面体，硅晶体中所有的价电子束缚在共价键上没有自由移动的电子，不能导电。只有当电子激发脱离共价键，成了自由移动的电子才能导电激发脱离共共价键的电子越多导电性越强，这也就是半导体性。 2 什么是芯片 芯片，准确地说就是硅片，也 叫集成电路。是微电子技术的主要 产品。所谓微电子是相对强电弱电 等概念而言的。指他处理的电子信 号极其微小。它是现代信息技术的 基础。计算机芯片是一种用硅材料 制成的薄片，大小仅有手指甲的一 半。一个芯片是有几百个微电路连在一起的，体积很小， 在芯片上布满了产生脉冲 电流的微电路。计算机内的 电路很小，使用的电流也 很小所以也称芯片为微电子 器件。 微型计算机中的主要芯片有微处理芯片、接口芯片、存储器芯片等。 制造芯片的硅晶体的原理和过程方法 1 原理 硅片的平整度、表面颗粒度、委屈电阻率均匀性控制 等方面对芯片的功能和成品 率都有很大影响。 如果硅片的平整度不够， 由于光的衍射作用，线条的 精确度无法保证而且硅 片中央与边沿的光刻精度一 致性会变差。 硅片表面硅片表面吸附的微小杂质颗粒，我们无法用肉 眼发现，必须借助电子显微镜在暗场下观察。暗场下的亮点象天上的星星一样，它是芯片的天敌，可以导致器件失效，严重影响器件的可靠性。微小杂质颗粒的来源主要是化学试剂、气体及环境。 硅晶体的提纯 正是由于低纯度的硅对芯片的功能和成品率有如此重大的影响，所以工业生产就要求高纯硅，以满足器件质量的需求。在半导体材料的提纯工艺流程中，一般说来，化学提纯在先， 物理提纯在后。原因是：一方面化学提纯可以从低纯度的原料开始，而物理提纯必须使用具有较高纯度的原料；另一方面是化学提纯难免引入化学试剂的污染，而物理提纯则没有这些污染。 工业硅，一般指95%~ 99%纯度的硅 ，又称粗硅，或称结晶硅。这种硅是石英砂在电炉中用碳还原方法冶炼而成的，其反应式为： 工业硅中所含杂质主要有Fe、Al、C、B、P、Cu 等， 其中Fe 含量最多。工业硅的纯化最常用的方法是酸浸（酸洗）。 由石英砂（SiO2）制备多晶硅的流程： 在粗四氯化硅中含有杂质如硼、磷、钛、铁、铜等的氯物， 提纯的目的就是最大限度的出去这些杂质。常用精馏提纯。 在粗四氯化硅中含有杂质如硼、磷、钛、铁、铜等的氯物， 提纯的目的就是最大限度的出去这些杂质。常用精馏提纯。 在1100~1200 C °下还原 SiHCl3 沉积多晶硅，也是目 前多晶硅材料生产的主要方法。因为氢气易于净化，而 且在硅中的溶解度极低。反应方程式为： 2 芯片的制造 要在大约5 平方毫米的薄硅片上制作数百个电路，需要非常精密的生产技术。芯片上的元件是用微米测量的，定位时的精密度为1-2 毫米。芯片是在超净化的工厂内，使用由具有 专门技术的计算机控制的机器制 造的。在制造过程中需要用高倍 显微镜对芯片进行观察。 制造芯 片时，将元件和电路连线置于硅 片的表面和内部，形成9-10 个不 同的层次。在真空中生成圆柱形 的纯硅晶体，然后将其切成0.5 毫米厚的圆片，将圆片的表面磨 得极其光滑。利用存储在电子计 算机存储器里的电路设计程序，为芯片的各层制造一组“光掩模”，这种掩模是正方形的玻璃。用照相处