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半导体原料_百度文库

2019-04-14 23:50字体:
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  半导体质料_质料科学_工程科技_专业原料。第一章 半导体质料 学号: 学号:3 姓名: 班级: 姓名:张月 班级:sj1124 半导体质料按化学因素和内部构造,大致可分为以下几类: 1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑

  第一章 半导体质料 学号: 学号:3 姓名: 班级: 姓名:张月 班级:sj1124 半导体质料按化学因素和内部构造,大致可分为以下几类: 1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50 年代,锗正在半导体中占主导身分,但锗 半导体器件的耐高温和抗辐射职能较差,到 60 年代后期渐渐被硅质料庖代。用硅修设的半 导体器件,耐高温和抗辐射职能较好,非常适宜修制大功率器件。于是,硅已成为使用最众 的一种增导体质料,目前的集成电途大无数是用硅质料修设的。 2.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体质料。它的品种许众,紧要 的有砷化镓、磷化铟、锑化铟、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。此中砷化镓是修设微波器件和 集成电的紧要质料。碳化硅因为其抗辐射才华强、耐高温和化学安静性好,正在航天本领界限 有着广博的使用。 3.无定形半导体质料用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体质料, 分为氧化物玻 璃和非氧化物玻璃两种。 这类质料具有精良的开合和追念特质和很强的抗辐射才华, 重要用 来修设阈值开合、追念开合和固体显示器件。 4.有机增导体质料已知的有机半导体质料有几十种,包含萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一 些清香族化合物等。 半导体质料的制备 : 半导体器件和电途正在半导体质料晶圆的外层造成, 半导体质料平常是硅。 这些晶圆的杂 质含量秤谌必需非凡低,必需掺杂到指定的电阻率秤谌,必需是指定的晶体构造,必需是光 学的平面,并抵达很众刻板及洁净度的规格哀求。修设 IC 级的硅晶圆分四个阶段举行: a.矿石到高纯气体的蜕变; b.气体到众晶的蜕变; c.众晶到单晶,掺杂晶棒的蜕变; d.晶棒到晶圆的制备。 半导体修设的第一个阶段 a.是从土壤里采用和提纯半导体质料的原料。 提纯从化学反映 初步。看待硅,化学反映是矿石到硅化物气体,比如四氯化硅或三氯硅烷。杂质,比如其他 金 属, 留正在矿 石残 渣里。 硅化 物再和 氢反映 天生 半导 体级的 硅。这 样的 硅的 纯度达 99.9999999%,是地球上最纯的物质之一。它有一种称为众晶或众晶硅的晶体构造。 修设半导体前,必需将硅转换为晶圆片 将硅转换为晶圆片。这要从硅锭的成长初步。单晶硅是原子以三维 将硅转换为晶圆片 空间形式周期造成的固体, 这种形式贯穿通盘质料。 众晶硅是许众具有差异晶向的小单晶体 独自造成的,不行用来做半导体电途。众晶硅必需熔化成单晶体,本领加工成半导体使用中 利用的晶圆片。加工硅晶片 天生一个硅锭要花一厉谨一个月的功夫,这取决于许众成分, 包含巨细、质地和终端用户哀求。跨越 75%的单晶硅晶圆片都是通过 Czochralski (CZ) 直 拉法成长的。 CZ 硅锭成长须要大块的纯净众晶硅将这些块状物连同少量的奇特 III、 族元 V 素安放正在石英坩埚中, 这称为羼杂。 出席的羼杂剂使那些长大的硅锭发扬出所须要的电特质。 最日常的羼杂剂是硼、磷、砷和锑。因利用的羼杂剂差异,会成为一个 P 型或 N 型的硅锭 (P 型 / 硼, N 型 / 磷、锑、砷) ,然后将这些物质加热到硅的熔点--摄氏 1420 度之上。 一朝众晶硅和羼杂剂混杂物熔化,便将单晶硅种子放正在熔化物的上面,只接触外面。种子与 哀求的制品硅锭有相通的晶向。 为了使羼杂匀称, 子晶和用来熔化硅的坩埚要以相反的倾向 回旋。一朝抵达晶体成长的前提,子晶就从熔化物中迟缓被提起。成长历程初步于敏捷提拉 子晶,以便使成长历程初期中子晶内的晶缺陷降到起码。然后消浸延宕速率,使晶体的直径 增大。当抵达所哀求的直径时,成长前提就安静下来以坚持该直径。由于种子是迟缓浮出熔 化物的,种子和熔化物间的外面张力正在子晶外面上造成一层薄的硅膜,然后冷却。冷却时, 已熔化硅中的原子会遵循子晶的晶体构造自我定向。 硅锭全部长大时, 它的初始直径要比最终晶圆片哀求的直径大一点。 接下来硅锭被刻出 一个小豁口或一个小平面,以显示晶向。一朝通过检讨,就将硅锭切割成晶圆片。因为硅很 硬,要用金刚石锯来确切切割晶圆片,以获得比哀求尺寸要厚少许的晶片。金刚石锯也有助 于删除对晶圆片的毁伤、厚度不均、弯曲以及翘曲缺陷。 切片 用有金刚石涂层的内圆刀片把晶圆从晶体上切下来,这些刀片是中央有圆孔的薄圆钢 片,圆孔的内缘是切割周围,用金刚石涂层。内圆刀片有硬度,但无须非凡厚。这些成分减 少刀口(切割宽度)尺寸,也就删除肯定数目的晶体被切割工艺所耗损。看待 300 毫米直 径的晶圆,利用线切割来包管小锥度的平整外面和起码量的刀口吃亏。 切割晶圆片后,初步进入研磨工艺。研磨晶圆片以删除正面和反面的锯痕和外面毁伤。 同时打薄晶圆片并助助开释切割历程中积攒的应力。研磨后,进入刻蚀和洗刷工艺,利用氢 氧化钠、 乙酸和硝酸的混杂物以减轻磨片历程中发生的毁伤和裂纹。 环节的倒角工艺是要将 晶圆片的周围磨圆,彻底驱除他日电途修制历程中破损的或许性。倒角后,要遵循最终用户 的哀求,通常须要对周围举行扔光,抬高整个洁净度以进一步删除破损。 坐蓐历程中最紧要的工艺是扔光晶圆片, 此工艺正在超净间中举行。 超净间从一到一万分 级, 这些级数对应于每立方米空间中的颗粒数。 这些颗粒正在没有限定的大气情况下肉眼是不 可睹的。比如起居室或办公室中颗粒的数目大致正在每立方米五百万个。为了坚持明净秤谌, 坐蓐工人必需穿能盖住全身且不吸引和带领颗粒的明净服。 正在进入超净间前, 工人必需进入 吸尘室内以吹走或许堆集的任何颗粒。 大无数坐蓐型晶圆片都要经历两三次的扔光, 扔光 料是细浆或者扔光化合物。无数环境下,晶圆片仅仅是正面扔光,而 300 毫米的晶圆片须要 双面扔光。除双面扔光以外,扔光将使晶圆片的一壁象镜面雷同。扔光面用来坐蓐电途,这 面必需没有任何突起、微纹、划痕和残留毁伤。扔光历程分为两个设施,切削和最终扔光。 这两步都要用到扔光垫和扔光浆。 切削历程是去除硅上薄薄的一层, 以坐蓐出外面没有毁伤 的晶圆片。最终扔光并不去除任何物质,只是从扔光外面去除切削历程中发生的微坑。 磨片 半导体晶圆的外面要准则,且没有切割毁伤,并要全部平整。第一个哀求来自于很小尺 度的修设器件的外面和次外面层,它们的标准正在 0.5 到 2 微米之间。前辈的光刻工艺把所需 的图案投影到晶圆外面, 借使外面不屈, 投影将会扭曲就象片子图像正在不屈的银幕上没法聚 焦雷同。 平整和扔光的工艺分两步:磨片和化学刻板扔光。磨片是一个守旧的磨料研磨工艺,精调到 半导体利用哀求。磨片的重要主意是去除切片工艺残留的外面毁伤。 化学刻板扔光( 化学刻板扔光(CMP) ) 化学刻板扔光(CMP)是目前最为普通的半导体质料外面平整本领,它是将刻板摩擦和化学侵蚀 相贯串的工艺,兼收了二者的甜头,可能获取斗劲完善的晶片外面。硅片CMP通常采用的是碱性 2-- 二氧化硅扔光液,化学反映方程式为:Si+H2O+2OH =SiO3 +2H2,它是诈骗碱与硅的化学侵蚀反映 天生可溶性硅酸盐,再通过藐小优柔、比外面积大、带有负电荷的SiO2胶粒的吸附感化及其与扔 光垫和片子间的刻板摩擦感化, 实时除去反映产品, 从而抵达去除晶片外面毁伤层与沾污杂质的 扔光主意, 这个化学和刻板联合感化的历程便是硅片CMP扔光的历程。 化学刻板扔光是业界进展 起来的修设大直径晶圆的本领之一。正在晶圆修设工艺中,新层确凿立会发生不屈的外面,使 用CMP以平整晶体外面。正在这个使用中,CMP被翻译成化学刻板平缓化(Planarization) 。 背管理 正在很众环境下, 只是晶圆的正面经历满盈的化学刻板扔光, 反面留下从粗劣或侵蚀到光 亮的外观。看待某些器件的利用,反面或许会受到奇特的管理导致晶体缺陷,叫做背毁伤。 背毁伤发生位错的成长辐射进入晶圆, 这些位错起象是机合, 俘获正在修设工艺中引入的可移 动金属离子污染,这个俘获景象又叫做吸杂。反面喷沙是一种圭臬的本领,其它的格式包含 反面众晶层或氮化硅的淀积。 周围倒角和扔光 周围倒角是使晶圆周围狡诈的刻板工艺。 使用化学扔光进一步加工周围, 尽或许的删除修设 中的周围崩边和毁伤,周围崩边和毁伤能导致碎片或是成为位错线的中央。 洗刷 正在半导体质料外面存留的杂质,从品种上可能分为有机杂质和无机杂质。看待有机杂质,通 常凭据肖似相溶道理,用甲苯、丙酮、酒精或更高级的合成洗涤剂来去除,这种格式配合上 兆声洗刷,可能获得斗劲好的效益。看待无机杂质,通常为金属离子,平常诈骗碱性感化和 络合反映除去。 常用的洗刷溶液为由双氧水、 氨水、 去离子水构成的Ⅰ号洗刷液和由双氧水、 盐酸、去离子水构成的Ⅱ号洗刷液,即发生于20 世纪60 年代的RCA 湿法洗刷本领。过氧化 氢正在洗刷中重要起到氧化感化,氧化有机和无机杂质,使低价化合物变为高价化合物,难溶 物质变为可溶物质。氨水正在洗刷中重要起到碱性感化和络合感化,它一方面供给碱性情况, 使少许金属离子造成可零落的浸淀,另一方面,氨分子行为精良的配位体,可能与众种金属 离子造成可溶性络合物。而过氧化氢正在酸性情况下的圭臬电极电势要高于正在碱性情况下的, 于是Ⅱ号洗刷液中的过氧化氢具有更强的氧化才华,别的,盐酸的氯离子也具有络合感化。 可是, 守旧的RCA 格式一方面因为试剂的担心静性而存正在情况污染的缺陷, 另一方面由 于试剂的侵蚀性而加大了半导体外面的微观粗劣度,并引入了担心静的洗刷成分。基于此, 诸众单元对RCA 法举行了改革。 浙江大学叶志镇等人诈骗正交试验法优化了硅片洗刷的工艺 参数。 河北工业大学微电子研商所刘玉岭等人正在洗刷剂中引入外面活性剂, 使外面吸附恒久 处于易洗刷的物理吸附形态, 对限定粒子吸附起到了很大感化。 张修新等人研商了硅片的电 化学洗刷法, 采用金刚石膜电极正在专用水基洗刷剂中络续发生具有强氧化性的过氧焦磷酸根 离子, 有用地去除了硅片外面的有机沾污, 并通过XPS 法和AFM 法说明了其洗刷效益昭彰优 于守旧的RCA 法。 晶圆评估 正在包装以前,须要凭据用户指定的少许参数对晶圆(或样品)举行检讨。重要的商量是外面 题目如颗粒,污染和雾。这些题目可能用强光或自愿检讨开发来检测出。 氧化 晶圆正在发货到客户之前可能举行氧化。 氧化层用以爱戴晶圆外面, 防守正在运输历程中的划伤 和污染。很众公司从氧化初步晶圆修设工艺,进货有氧化层的晶圆就节流了一个坐蓐设施。 包装 固然花费了很众极力坐蓐高质地和明净的晶圆, 但从包装格式自己来说, 正在运输到客户的过 程中,这些品格会牺牲或变差。于是,对明净的和爱戴性的包装有非凡端庄的哀求。包装材 料是无静电、不发生颗粒的质料,而且开发和操作工要接地,放掉吸引小颗粒的静电。晶圆 包装要正在明净室里举行。 晶圆外延 纵然肇端晶圆的质地很高,但看待造成互补金属氧化物半导体(CMOS)器件而言仍然不足 的,这些器件须要一层外延层。很众大晶圆供应商有才华正在供货前对晶圆外延。 扔光后,晶圆片要通过一系列洗刷槽的洗刷,这一历程是为去除外面颗粒、金属划痕和残留 物。之后,要通常举行反面擦洗以去除最小的颗粒。这些晶圆片经历洗刷后,将他们遵循最 终用户的哀求分类, 并正在高强度灯光或激光扫描体系下检讨, 以便出现不须要的颗粒或其他 缺陷。一朝通过一系列的端庄检测,最终的晶圆片即被包装正在片盒中并用胶带密封。然后把 它们放正在真空封装的塑料箱子里, 外部再用防护精密的箱子封装, 以确保摆脱超净间时没有 任何颗粒和湿气进入片盒。 半导体或芯片是由硅坐蓐出来的。晶圆片上刻蚀出数以百万计 的晶体管,这些晶体管比人的头发要藐小上百倍。半导体通过限定电流来约束数据,造成各 种文字、数字、音响、图象和颜色。它们被广博用于集成电途,并间接被地球上的每部分使 用。这些使用有些是平居使用,如打算机、电信和电视,又有的使用于前辈的微波传送、激 光转换体系、医疗诊断和调治开发、防御体系和 NASA 航天飞机。

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