硅材料集成电路中的应用及其相关工艺.ppt

硅材料在集成电路中的应用及相关工艺 什么是硅材料 硅材料与集成电路 集成电路相关工艺 硅材料 硅是重要的半导体材料 化学元素符号Si 电子工业上使用的硅应具有高纯度和优良的电学和机械等性能 它是产量最大 应用最广的半导体材料 它的产量和用量标志着一个国家的电子工业水平 在加热条件下 硅和氧气能够发生反应生成二氧化硅 二氧化硅属于光纤的主要制作材料 属于光波导 不属于半导体也不属于导体 通常所说的电导体 在晶体管和集成电路中作杂质扩散的掩蔽膜和保护层 制成二氧化硅膜作集成电路器件 二氧化硅 集成电路与硅材料 集成电路采用一定的工艺 把一个电路中所需的晶体管 二极管 电阻 电容和电感等元件及布线互连一起 制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上 然后封装在一个管壳内 成为具有所需电路功能的微型结构 当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路 集成电路与硅材料 集成电路中所应用到的硅材料多为硅的单晶体 它是具有基本完整的点阵结构的晶体 不同的方向具有不同的性质 是一种良好的半导材料 纯度要求达到99 9999 甚至达到99 9999999 以上 用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成 对于集成电路来讲 利用硅材料制作衬底 一般为P型半导体 参与集成电路的工作 高纯的单晶硅是重要的半导体材料 在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素 形成p型硅半导体 掺入微量的第VA族元素 形成n型和p型半导体结合在一起 就可做成太阳能电池 将辐射能转变为电能 在开发能源方面是一种很有前途的材料 另外广泛应用的二极管 三极管 晶闸管和各种集成电路 包括我们计算机内的芯片和CPU 都是用硅做的原材料 二氧化硅在集成电路制作过程中 可以阻止杂质扩散 这就提供了选择扩散的可能 例如在硅片上生成一层完整的二氧化硅后 再利用光刻的办法 有选择地刻蚀掉某些部分的二氧化硅 然后的高温下掺杂 例如掺硼 使没有二氧化硅保护的区域有硼扩散进去 这里因此变成了P型区 通常是基区 另外二氧化硅是良好的绝缘体 在集成电路制作过程最后要将分散的二极管 三极管 电阻等元件用铝条连接起来 有些地方需要连 也有些地方不要连 不要连的地方 用二氧化硅盖起来 而需要连的地方则用光刻的办法 有选择地刻蚀掉 用Si的最大优点就是能够采用氧化 光刻 扩散等平面工艺来制作出微小的 性能优良的元器件 从而可以实现集成电路 并进而做出大规模集成电路 Ge片上不能获得很好的氧化膜 则不便采用平面工艺 故难以做出集成电路 最多只能实现小规模集成 更难以做出大规模集成电路 对比 Si和Ge 为什么采用硅材料 历史的选择储量丰富 便宜 取之不尽 用之不竭二氧化硅性质非常稳定 绝缘性能极好 且很容易通过热过程生长禁带宽度大 工作温度范围宽电学和机械性能优异 IC制造过程 圆片制造工艺流程 从砂子到硅片 硅锭切片 硅锭是硅料定向凝固做成的产品 一般来说 硅料包括原生多晶硅料和单晶硅回用料 原生多晶硅一般称为正料 其纯度较高 价格亦不菲 单晶硅回用料如单晶硅棒头尾料 边皮料 埚底料 电池片经过清洗处理后得到的原料等等 将硅料在单晶炉中融化后再经过一系列工序可生长成单晶硅棒子 对单晶硅棒子进行后续机加工 得到单晶硅锭 再使用切片机器对硅锭进行切片加工 则得到硅片 硅片抛光 经切片加工后的硅片在经过机械或者化学处理后 使硅片表面呈现镜面 发亮的状态 新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料 而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路 掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙 彼此之间发生原子力的作用 从而使得硅原料具有半导体的特性 今天的半导体制造多选择CMOS工艺 互补型金属氧化物半导体 多数情况下 切片被掺入化学物质而形成P型衬底 在掺入化学物质的工作完成之后 标准的切片就完成了 然后将每一个切片放入高温炉中加热 通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜 通过密切监测温度 空气成分和加温时间 该二氧化硅层的厚度是可以控制的 在intel的90纳米制造工艺中 门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度 氧化 随着全球科技竞争愈演愈烈 集成电路除向更高集成度发展外 也正在向着大功率 线性 高频电路和模拟电路方面发展 近年来 我国的集成电路产业已受到政府和国家领导人的高度重视 经过广大从业人员的努力