制造芯片的硅晶体的原理和过程方法

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1、制造芯片的硅晶体的原理和过程方法王晓艳基本概念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

2、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

3、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

4、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

5、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1100~1200C°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

6、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。用照相处理的办法或电子流平板印刷技术将每一层的电路图形印在每一块玻璃掩模式上，因而玻璃仅有部分透光。当上述圆片被彻底清洗干净后，再放入灼热的氧化炉内，使其表面生成二氧化硅薄绝缘层。然后再涂上一层软的易

7、感光的塑料（称为光刻胶或光致抗蚀剂）。将掩模放在圆片的上方，使紫外线照射在圆片上，使没有掩模保护的光刻胶变硬。用酸腐蚀掉没有曝光部分的光刻胶及其下面的二氧化硅薄层，裸露的硅区部分再做进一步处理。用离子植入法将掺杂物掺入硅中构成元件的n型和p型部分，在硅片上形成元件。此时硅片上部是铝连接层，两层连接层之间被二氧化硅绝缘层隔开。铝连接层由蒸发工艺生成，有掩模确定它的走线。当整个制造过程完成以后，使用电探针对每一个芯片进行检验。将不合格的产品淘汰，其它产品进行封装后在不同温度及环境条件下的检验，最终成为出厂的芯片。三芯片的发展1950~1960年的空中竞争