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贡献者：不爱吃窝瓜 浏览：2103次 创建时间：2015-03-17
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半导体硅晶片
有关半导体硅晶片，首先要了解的是硅晶片。硅是一种灰色、易碎、四价的非金属化学元素。地壳成分中27.8%是硅元素构成的，其次是氧元素，硅是自然界中最丰富的元素。
中文名半导体硅晶片
外文名Semiconductor silicon wafer
组成元素硅
应 用半导体
目录
1有关半导体硅晶片及其组成
2制造半导体硅晶片的方法
3半导体硅晶片的前沿：天富热电碳化硅晶片项目获突破
1有关半导体硅晶片及其组成
在石英、玛瑙、燧石和普通的滩石中就可以发现硅元素。硅是建筑材料水泥、砖、和玻璃中的主要成分，也是大多数半导体和微电子芯片的主要原料。有意思的是，硅自身的导电性并不是很好。然而，可以通过添加适当的搀杂剂来精确控制它的电阻率。 制造半导体前，必须将硅转换为晶圆片。这要从硅锭的生长开始。单晶硅是原子以三维空间模式周期形成的固体，这种模式贯穿整个材料。多晶硅是很多具有不同晶向的小单晶体单独形成的，不能用来做半导体电路。多晶硅必须融化成单晶体，才能加工成半导体应用中使用的晶圆片。
加工硅晶片
生成一个硅锭要花一周到一个月的时间，这取决于很多因素，包括大小、质量和终端用户要求。超过 75%的单晶硅晶圆片都是通过 Czochralski (CZ) 方法生长的。CZ 硅锭生长需要大块的纯净多晶硅将这些块状物连同少量的特殊III、V族元素放置在石英坩埚中，这称为搀杂。 加入的搀杂剂使那些长大的硅锭表现出所需要的电特性。最普通的搀杂剂是硼、磷、砷和锑。因使用的搀杂剂不同，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。一旦多晶硅和搀杂剂混合物熔解，便将单晶硅种子放在熔解物的上面，只接触表面。种子与要求的成品硅锭有相同的晶向。为了使搀杂均匀，子晶和用来熔化硅的坩埚要以相反的方向旋转。一旦达到晶体生长的条件，子晶就从熔化物中慢慢被提起。生长过程开始于快速提拉子晶，以便使生长过程初期中子晶内的晶缺陷降到最少。然后降低拖拉速度，使晶体的直径增大。当达到所要求的直径时，生长条件就稳定下来以保持该直径。因为种子是慢慢浮出熔化物的，种子和熔化物间的表面张力在子晶表面上形成一层薄的硅膜，然后冷却。冷却时，已熔化硅中的原子会按照子晶的晶体结构自我定向。
硅锭完全长大时，它的初始直径要比最终晶圆片要求的直径大一点。接下来硅锭被刻出一个小豁口或一个小平面，以显示晶向。一旦通过检查，就将硅锭切割成晶圆片。由于硅很硬，要用金刚石锯来准确切割晶圆片，以得到比要求尺寸要厚一些的晶片。金刚石锯也有助于减少对晶圆片的损伤、厚度不均、弯曲以及翘曲缺陷。
切割晶圆片后，开始进入研磨工艺。研磨晶圆片以减少正面和背面的锯痕和表面损伤。同时打薄晶圆片并帮助释放切割过程中积累的硬力。研磨后，进入刻蚀和清洗工艺，使用氢氧化钠、乙酸和硝酸的混合物以减轻磨片过程中产生的损伤和裂纹。关键的倒角工艺是要将晶圆片的边缘磨圆，彻底消除将来电路制作过程中破损的可能性。倒角后，要按照最终用户的要求，经常需要对边缘进行抛光，提高整体清洁度以进一步减少破损。
生产过程中最重要的工艺是抛光晶圆片，此工艺在超净间中进行。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。这些颗粒在没有控制的大气环境下肉眼是不可见的。例如起居室或办公室中颗粒的数目大致在每立方米五百万个。为了保持洁净水平，生产工人必须穿能盖住全身且不吸引和携带颗粒的洁净服。在进入超净间前，工人必须进入吸尘室内以吹走可能积聚的任何颗粒。
大多数生产型晶圆片都要经过两三次的抛光, 抛光料是细浆或者抛光化合物。多数情况下，晶圆片仅仅是正面抛光，而300毫米的晶圆片需要双面抛光。除双面抛光以外，抛光将使晶圆片的一面象镜面一样。抛光面用来生产电路，这面必须没有任何突起、微纹、划痕和残留损伤。抛光过程分为两个步骤，切削和最终抛光。这两步都要用到抛光垫和抛光浆。切削过程是去除硅上薄薄的一层，以生产出表面没有损伤的晶圆片。最终抛光并不去除任何物质，只是从抛光表面去除切削过程中产生的微坑。
抛光后，晶圆片要通过一系列清洗槽的清洗，这一过程是为去除表面颗粒、金属划痕和残留物。之后，要经常进行背面擦洗以去除最小的颗粒。
这些晶圆片经过清洗后，将他们按照最终用户的要求分类，并在高强度灯光或激光扫描系统下检查，以便发现不必要的颗粒或其他缺陷。一旦通过一系列的严格检测，最终的晶圆片即被包装在片盒中并用胶带密封。然后把它们放在真空封装的塑料箱子里，外部再用防护紧密的箱子封装，以确保离开超净间时没有任何颗粒和湿气进入片盒。
其次，半导体硅是这样定义的： 导体硅材料的现状 在当今全球超过2000亿美元的半导体市场中,95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路（LSI）都是用高纯优质的硅抛光片和外延片制作的。在未来30-50年内,它仍将是LSI工业最基本和最重要的功能材料。半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等综合优势而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料,它还是目前可获得的纯度最高的材料之一,其实验室纯度可达12个“9” 的本征级,工业化大生产也能达到7～11 个“9’的高纯度。
所以，这样你就懂得由这种材料做成的芯片就称为半导体硅晶片。下面是它的一些应用：产品应用半导体或芯片是由硅生产出来的。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细小上百倍。半导体通过控制电流来管理数据，形成各种文字、数字、声音、图象和色彩。它们被广泛用于集成电路，并间接被地球上的每个人使用。这些应用有些是日常应用，如计算机、电信和电视，还有的应用于先进的微波传送、激光转换系统、医疗诊断和治疗设备、防御系统和NASA航天飞机。
2制造半导体硅晶片的方法
用于制造半导体硅晶片的方法，其中根据Czochralski法拉伸硅单晶，并将其加工成半导体晶片，在拉伸单晶期间控制拉伸速率V与生长前沿处的轴向温度梯度G的比例V/G，从而在该单晶内形成尺寸超过临界尺寸的聚集的空位缺陷，
在制造该元件过程中，在对电子元件具有重要意义的半导体晶片的区域内，使该聚集的空位缺陷收缩，从而使该区域内的尺寸不再超过所述临界尺寸。本发明还涉及半导体硅晶片，其在对电子元件具有重要意义的区域内具有聚集的空位缺陷，其中该聚集的空位缺陷具有至少部分不含氧化物层的内表面，而该聚集的空位缺陷的尺寸小于50纳米。制成的晶片用在电脑上被称作芯片。现代的计算机有南北桥芯片之分：北桥芯片（North Bridge）是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（Host Bridge）。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的，例如英特尔 845E芯片组的北桥芯片是82845E，875P芯片组的北桥芯片是82875P等等。北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型（SDRAM，DDR SDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。因为北桥芯片的数据处理量非常大，发热量也越来越大，所以现在的北桥芯片都覆盖着散热片用来加强北桥芯片的散热，有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。因为北桥芯片的主要功能是控制内存，而内存标准与处理器一样变化比较频繁，所以不同芯片组中北桥芯片是肯定不同的，当然这并不是说所采用的内存技术就完全不一样，而是不同的芯片组北桥芯片间肯定在一些地方有差别。
由于已经发布的AMD K8核心的CPU将内存控制器集成在了CPU内部，于是支持K8芯片组的北桥芯片变得简化多了，甚至还能采用单芯片芯片组结构。这也许将是一种大趋势，北桥芯片的功能会逐渐单一化，为了简化主板结构、提高主板的集成度，也许以后主流的芯片组很有可能变成南北桥合一的单芯片形式（事实上SIS老早就发布了不少单芯片芯片组）。
由于每一款芯片组产品就对应一款相应的北桥芯片，所以北桥芯片的数量非常多。针对不同的平台，目前主流的北桥芯片有以下产品（不包括较老的产品而且只对用户最多的英特尔芯片组作较详细的说明）
南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。相对于北桥芯片来说，其数据处理量并不算大，所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。南桥芯片不与处理器直接相连，而是通过一定的方式（不同厂商各种芯片组有所不同，例如英特尔的英特尔Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”）与北桥芯片相连。
南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。所以现在主板芯片组中北桥芯片的数量要远远多于南桥芯片。例如早期英特尔不同架构的芯片组Socket 7的430TX和Slot 1的440LX其南桥芯片都采用82317AB，而近两年的芯片组845E/845G/845GE/845PE等配置都采用ICH4南桥芯片，但也能搭配ICH2南桥芯片。更有甚者，有些主板厂家生产的少数产品采用的南北桥是不同芯片组公司的产品，例如以前升技的KG7－RAID主板，北桥采用了AMD 760，南桥则是VIA 686B。
南桥芯片的发展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI无线网络等等。
3半导体硅晶片的前沿：天富热电碳化硅晶片项目获突破
天富热电控股子公司北京天科合达蓝光半导体有限公司一直致力于碳化硅晶片的研发工作，经过长期努力，该项目研究取得了较大的突破。
目前，天科合达共安装碳化硅晶体生长炉33台，晶片加工设备一批，初步具备了批量生产2英寸6H/4H导电型碳化硅晶片的能力，目前正在积极开拓市场，向全球研发机构提供较高性价比的产品，以此打开销售局面。截止目前，天科合达碳化硅晶片产品还未有大批量的商业订单销售。此外，天科合达已开发出非掺杂半绝缘碳化硅晶体生长技术，目前正致力于此类产品生长技术的优化工作。我们给予“继续持有”评级。
2009-临003新疆天富热电股份有限公司碳化硅晶片项目进展公告公司控股子公司北京天科合达蓝光半导体有限公司一直致力于碳化硅晶片的研发工作，经过长期努力，该项目研究取得了较大的突破。
目前，天科合达共安装碳化硅晶体生长炉33台（其中北京研发中心9台，新疆生产基地24台），晶片加工设备一批，初步具备了批量生产2英寸6H/4H导电型碳化硅晶片的能力，目前正在积极开拓市场，向全球研发机构提供较高性价比的产品，以此打开销售局面。截止目前，天科合达碳化硅晶片产品还未有大批量的商业订单销售。此外，天科合达已开发出非掺杂半绝缘碳化硅晶体生长技术，目前正致力于此类产品生长技术的优化工作
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