《硅材料集成电路中的应用及其相关工艺》-课件设计(公开).pptVIP

* * * * * * * * * * * * 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，我国集成电路技术水平有了长足进步，但和国外相比仍有较大差距。国际上，硅集成电路技术和产业发展迅速，新一轮硅发展周期即将到来。先进的新技术和产业的发展经验将成为我们很好的借鉴。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *