0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

什么是硅片或者晶圆?一文了解半导体硅晶圆

闪德半导体 来源:闪德半导体 2023-07-18 15:44 次阅读

什么是硅片或者晶圆?

硅片,英文名字为Wafer,也叫晶圆,是高纯度结晶硅的薄片。硅晶圆作为芯片的基板,在制造电子电路中特别有用。硅作为整个宇宙中最常见的元素排名第七,也是地球上第二常见的元素。一些常见的含硅材料包括沙子、石英等。硅是砖、水泥和玻璃等建筑材料的主要元素之一。

硅目前是半导体技术领域中使用最广泛的半导体。 虽然硅芯片可能看起来像金属,但它们并不完全是金属。由于原子间容易移动的“自由电子”,金属是电的良导体,电就是电子的运动。另一方面,纯硅晶体几乎是绝缘体;允许很少的电流通过它。

然而,通过给硅片掺杂可以改变硅片的导电能力。 掺杂是将少量杂质混入硅晶体以改变其行为并将其集成到导体中。这些用于掺杂的杂质称为掺杂剂。 硅本身不能很好地导电;但是,它可以精确地掺杂以将电阻率控制到精确的水平。在芯片制造过程中添加硅掺杂剂,例如氮、铟、铝、镓和硼。

因此,要使非导电硅形成半导体,硅必须变成晶圆。 硅晶圆有多种形状和尺寸,具体取决于它们的用途。晶圆从2英寸到12英寸都有,常见的是6英寸、8英寸和12英寸。它们是集成电路中的关键材料,集成电路由多个旨在执行特定任务的晶体管组成。

硅是一种具有抛光镜面表面的扁平圆盘,它无处不在,几乎在每个电子设备中都有它的身影。它是制造半导体的常用材料,硅表面光滑,提高了纯度,适用于半导体器件。硅片制造方法是 Vertical Bridgeman 和 Czochralski 拉法。

5275f3f0-253e-11ee-962d-dac502259ad0.png

硅晶圆的工作原理

从沙子中提取硅后,需要在使用前对其进行纯化。它首先被加热,直到它熔化成纯度约为 99.9999999% 或更高且无缺陷的高纯度液体。

然后通过使用 Floating Zone 或 Czochralski 工艺等常见制造方法,使其凝固成硅棒或硅锭。Czochralski 的方法包括将一小块固体硅放置在熔融硅池中,然后随着液体转变成圆柱形硅锭而缓慢旋转。这就是为什么最终产品晶圆都是圆盘状的。

在完全冷却之前,金属锭的金字塔形末端被拉掉。然后使用锋利的金刚石锯片将主体切成相同厚度的薄晶片。这阐明了为什么铸锭的直径会成为晶圆尺寸的决定因素。

在 50 年代的半导体工业初期,晶圆的直径只有三英寸。从那时起,晶圆尺寸稳步增加,导致以更低的成本和更高的生产率生产更多的芯片。

半导体晶圆有多种直径,从 25.4 毫米(1 英寸)到 300 毫米(11.8 英寸)不等。虽然 450 毫米(18 英寸)晶圆直径可用,但尚未广泛使用。

成品晶圆的厚度和直径必须与晶圆将用于制造的材料的机械强度和其他物理质量相对应。成品必须足够坚固以支撑其重量而不会在处理晶圆各种应用的产品时破碎。随着在切片制造中添加更多材料,晶圆的直径增加,晶圆的重量也增加。当添加了足够的重量后,直径不能增加,因为它会损害切片的强度。

如果重物放置不当,相对较小的压力就足以破坏晶圆。

切片晶圆必须经过处理才能用于制造。CMP工艺和研磨化学品用于将晶圆的粗糙表面抛光至完美光滑的表面。

无可挑剔的表面使晶圆表面的印刷电路布局更容易。

1. Edge Die(chips) : 视为生产损耗。晶圆边缘的芯片。晶圆越大,芯片损失越少。

2.划线:在功能部分之间,有狭窄的非功能区域,锯可以在这些区域安全地切割晶圆而不会破坏电路。这些薄的区域是划线

3.芯片:有电子电路图案的一小块硅

4.平面区:晶圆的边缘被拉平以帮助晶圆定位和类型识别。

5.测试元件组 (TEG):显示芯片实际物理特性(二极管、电路、电容器、晶体管和电阻器)的原型图案,以便对其进行测试以了解其是否正常工作。 所有的硅晶圆都是非常有用的组件,只是有不同的变化用于不同的目的。因此,必须了解不同类型的硅晶圆。目前常用的硅片主要有两种。这些都是:

无掺杂硅片

掺杂硅片

未掺杂硅晶片,也称为本征或浮区 (FZ),其中没有任何掺杂剂。它们由严格的纯晶体硅制成。这种硅片被公认为理想的半导体。

掺杂硅片是在形成过程中向硅晶体中引入掺杂剂(某种杂质)而形成的。当硼被添加到混合物中时,就产生了 P 型掺杂硅晶片。P 型硅片有许多带正电的空穴。为了生产 N 型掺杂硅晶片,将添加磷、砷或锑等元素。N型硅片中有一个带负电的电子。晶圆中发现的掺杂剂数量将确定它是退化的还是外来的。

简并意味着其中有更高浓度的掺杂剂,而外在意味着它有很少或中等的掺杂剂。 如前所述,硅晶圆的主要用途是在集成电路 ( IC ) 中,因为它构成了 IC 的关键组件。IC 是协同工作以执行特定任务的电子元件的集合。尽管随着时间的推移对不同的半导体进行了测试,但硅已被证明是更稳定的选择。

硅晶圆用于世界各地的各种小工具。它的应用跨越不同类型的行业。以下是硅晶片用例的详细信息

半导体有不同的形式和形状,是各种电子设备的基石。这些包括晶体管、二极管和集成电路。它们是使用硅晶片制造的,因此具有紧凑性和效率。由于它们能够处理各种电压或电流,它们被用于光学传感器、功率设备,甚至激光器。

硅晶圆被广泛应用于电子和计算领域,是数字时代的推动者。RAM 芯片是一种集成电路,由硅晶圆制成。这使得硅晶圆在计算行业中占有重要地位。

此外,硅晶圆通常用于制造许多设备,如智能手机汽车电子产品、家用电器和无人机技术。实际上,任何电子电路设备都有硅晶圆的高级用例。新的制造技术和自动化流程使它们更加有效和高效。 对于光学分级,抛光硅晶片通常是专门制造的。

硅晶圆是反射光学和红外 (IR) 应用中理想的经济材料。Floating Zone 或 CZ 制造方法用于制造用于光学器件的硅晶圆。

这是因为这些方法产生的缺陷更少并且比其他方法更高。在全世界的微光学和光纤设备中都有使用。一个明显的例子是由相机中使用的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 制成的图像传感器 (CIS)。

太阳能电池需要硅晶片来提高效率并吸收更多的阳光。经常使用非晶硅、单晶硅和碲化镉等材料。Floating Zone 方法等制造工艺可将太阳能电池效率提高近 25%。就像微芯片一样,太阳能电池也遵循类似的制造过程。太阳能电池所需的纯度和质量水平不像用于计算和其他电子产品那样苛刻。

由于其优越的性能和品质,硅片自问世以来就被广泛应用于航空领域。硅晶片在航空工业中经常用作覆盖和粘合材料,并用于保护和隔离精密工具免受极端温度的影响。几十年来,由于其广泛的使用和耐高温性,它一直是一个不错且值得信赖的选择。

有机硅是该行业中最常用的材料。在长链氧以及硅成分上形成的具有化学凝聚力的聚合物构成了其中的大部分。硅晶圆对飞机原始设备制造 (OEM) 以及维修、维护和大修非常有帮助。飞机由于频繁使用而磨损,需要更换。

硅晶片几乎用于人类生活的每一个元素和技术的进步。由于其相对于其他半导体材料的稳定性,硅晶片是技术领域中使用最广泛的材料。与其他金属物质相比,它们不仅提供了更好的选择,而且在地球上也随处可见。

正是由于对硅、碳化硅 (SiC)、锗、砷化物和镓等半导体材料的开发和研究,技术进步才有可能达到如此巨大的水平。多亏了由硅晶片驱动的 IC 的发明,科学家和发明家已经利用它来将大型笨重的机器简化为易于随身携带的手持设备。这已成为大多数制造业领域的广泛创新变革。





审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电容器
    +关注

    关注

    63

    文章

    6182

    浏览量

    99097
  • 晶体管
    +关注

    关注

    77

    文章

    9600

    浏览量

    137608
  • 硅晶圆
    +关注

    关注

    4

    文章

    266

    浏览量

    20604
  • CMP
    CMP
    +关注

    关注

    6

    文章

    141

    浏览量

    25910
  • 半导体器件
    +关注

    关注

    12

    文章

    733

    浏览量

    31946

原文标题:一文了解半导体硅晶圆

文章出处:【微信号:闪德半导体,微信公众号:闪德半导体】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    的制备流程

    本文从硅片制备流程为切入点,以方便了解和选择合适的
    的头像 发表于 10-21 15:22 138次阅读

    贴膜机在半导体Wafer领域的应用(FHX-MT系列)讲解

    贴膜机的半导体应用
    的头像 发表于 08-19 17:21 293次阅读
    <b class='flag-5'>晶</b><b class='flag-5'>圆</b>贴膜机在<b class='flag-5'>半导体</b>Wafer领域的应用(FHX-MT系列)讲解

    碳化硅的区别是什么

    以下是关于碳化硅的区别的分析: 材料特性: 碳化硅(SiC)是种宽禁带
    的头像 发表于 08-08 10:13 914次阅读

    掌握半导体硅片生产技术,中欣科创板IPO终止

    电子发烧友网报道(/李弯弯)日前,上交所宣布,因其财务资料已过有效期且逾期达三个月未更新,终止对杭州中欣半导体股份有限公司(简称“中欣
    的头像 发表于 07-29 01:05 3727次阅读
    掌握<b class='flag-5'>半导体</b>大<b class='flag-5'>硅片</b>生产技术,中欣<b class='flag-5'>晶</b><b class='flag-5'>圆</b>科创板IPO终止

    半导体与流片是什么意思?

    半导体行业中,“”和“流片”是两个专业术语,它们代表了半导体制造过程中的两个不同概念。
    的头像 发表于 05-29 18:14 3400次阅读

    是什么东西 和芯片的区别

    半导体制造过程中使用的种圆形硅片,它是制造集成电路(IC)或芯片的基础材料。
    的头像 发表于 05-29 18:04 5831次阅读

    全球季度半导体出货量下滑

    5 月 10 日报道,据全球半导体产业协会 SEMI 的统计,今年首季全球半导体出货量为 28.34 亿平方英寸(约合 2500 万片
    的头像 发表于 05-10 10:27 386次阅读

    解析半导体测试系统

    测试的对象是,而由许多芯片组成,测试的目的便是检验这些芯片的特性和品质。为此,
    发表于 04-23 16:56 1472次阅读
    <b class='flag-5'>一</b><b class='flag-5'>文</b>解析<b class='flag-5'>半导体</b><b class='flag-5'>晶</b><b class='flag-5'>圆</b>测试系统

    半导体晶片的测试—针测制程的确认

    将制作在上的许多半导体个个判定是否为良品,此制程称为“针测制程”。
    的头像 发表于 04-19 11:35 770次阅读
    <b class='flag-5'>半导体</b>晶片的测试—<b class='flag-5'>晶</b><b class='flag-5'>圆</b>针测制程的确认

    半导体工艺片的制备过程

    先看的基本信息,和工艺路线。 主要尺寸有4吋,6吋硅片,目前对8吋,12吋
    发表于 04-15 12:45 1090次阅读
    <b class='flag-5'>半导体</b>工艺<b class='flag-5'>晶</b><b class='flag-5'>圆</b>片的制备过程

    TC WAFER 测温系统 仪表化温度测量

    “TC WAFER 测温系统”似乎是种用于测量半导体制造中的基础材料)温度的系统。在
    的头像 发表于 03-08 17:58 890次阅读
    TC WAFER   <b class='flag-5'>晶</b><b class='flag-5'>圆</b>测温系统 仪表化<b class='flag-5'>晶</b><b class='flag-5'>圆</b>温度测量

    看懂级封装

    共读好书 在本文中,我们将重点介绍半导体封装的另种主要方法——级封装(WLP)。本文将探讨
    的头像 发表于 03-05 08:42 1218次阅读
    <b class='flag-5'>一</b><b class='flag-5'>文</b>看懂<b class='flag-5'>晶</b><b class='flag-5'>圆</b>级封装

    PFA夹在半导体芯片制造过程中的应用

    关注和应用。本报告旨在探讨PFA夹在芯片制造中的具体应用。 PFA夹是种用于半导体多晶
    的头像 发表于 02-23 15:21 863次阅读

    半导体行业之制造与封装概述(

    在本章当中,我们将为大家介绍硅片制造中使用的四种基本工艺,这四种基本工艺常用于在片表面上加工集成电路(IC)的电子元件。
    的头像 发表于 01-15 09:33 818次阅读
    <b class='flag-5'>半导体</b>行业之<b class='flag-5'>晶</b><b class='flag-5'>圆</b>制造与封装概述(<b class='flag-5'>一</b>)

    半导体的外延片和的区别?

    半导体的外延片和的区别? 半导体的外延片和都是用于制造集成电路的基础材料,它们之间有
    的头像 发表于 11-22 17:21 4980次阅读