黑硅就是把硅片弄成黑色,硅片还是原来的硅片,在表面用涂料做一层涂层,大量减少反射,这样硅片看起来就是黑色的了,制法就是刷涂层,让表面有一颗一颗的凸起,涂层的主要成份是二氧化硅
我们看现有的硅电池片,都是蓝色的,然后上面有格栅,这样的硅片已经做了钝化处理,钝化的目的是减少反射和去掉悬空键,但是我们看起来还是蓝色的,亮亮的
所以黑硅比现有的钝化要高明很多 现有的钝化需要严格的温度要求 还要真空
现在国内纳罗可nanocoating涂料在做这样的东西 这个图是网上截下来的 有涂层的地方就比较黑
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278%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。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。
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。
硅片的制作通常包括以下主要工艺流程:
1 单晶硅生长:通过化学气相沉积(CVD)或单晶硅浮区法等方法,在高温下将硅材料以单晶形式生长出来。这一步骤产生的单晶硅块被称为硅锭。
2 硅锭切割:将硅锭使用切割机械或切割工艺切割成薄而平坦的圆盘形硅片。常见的硅片直径包括2英寸(508毫米)、4英寸(1016毫米)、6英寸(1524毫米)、8英寸(2032毫米)和12英寸(3048毫米)。
3 衬底清洗和调平:对硅片进行清洗,以去除表面的污染物和杂质。然后进行调平处理,以使硅片表面平整度达到要求。
4 氧化层形成:通过将硅片置于高温氧化炉中,使其与氧气反应,形成一层氧化硅(SiO2)薄膜。氧化层可用于保护硅片表面和实现绝缘等功能。
5 光刻:使用光刻技术,在硅片表面涂覆光刻胶,并通过光刻机将特定图案的光投射到光刻胶上。随后,进行显影处理,将光刻胶中未曝光的区域去除,形成光刻胶图案。
6 腐蚀和刻蚀:使用化学腐蚀或物理刻蚀技术,将未被光刻胶保护的硅片表面部分进行腐蚀或刻蚀,以形成特定的结构和器件。
7 掺杂和扩散:在硅片表面或特定区域进行掺杂,通过离子注入或扩散等方法引入杂质,以调整硅片的导电性能和器件特性。
8 金属薄膜沉积:在硅片表面沉积金属薄膜,通常通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)等技术实现。金属薄膜可用于电极、连线和连接器等器件结构。
9 裂解:通过特定工艺,对硅片进行裂解或分割,将大尺寸硅片切割成更小的硅片或晶圆,以供后续器件制备使用。
10 清洗和检验:对硅片进行清洗,去除残留的杂质和污染物。进行质量检验,确保硅片的质量和性能符合要求。
11 包装和封装:对硅片进行适当的包装和封装,以保护硅片表面和结构,并方便后续的存储和运输。
单晶硅片还是多晶硅片呢 要问清楚嘛
硅重要的半导体材料,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。硅是产量最大、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。 在研究和生产中,硅材料与硅器件相互促进。在第二次世界大战中,开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度很低又非单晶体。1950年制出第一只硅晶体管,提高了人们制备优质硅单晶的兴趣。1952年用直拉法(CZ)培育硅单晶成功。1953年又研究出无坩埚区域熔化法(FZ),既可进行物理提纯又能拉制单晶。1955年开始采用锌还原四氯化硅法生产纯硅,但不能满足制造晶体管的要求。1956年研究成功氢还原三氯氢硅法。对硅中微量杂质又经过一段时间的探索后,氢还原三氯氢硅法成为一种主要的方法。到1960年,用这种方法进行工业生产已具规模。硅整流器与硅闸流管的问世促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位。60年代硅外延生长单晶技术和硅平面工艺的出现,不但使硅晶体管制造技术趋于成熟,而且促使集成电路迅速发展。80年代初全世界多晶硅产量已达2500吨。硅还是有前途的太阳电池材料之一。用多晶硅制造太阳电池的技术已经成熟;无定形非晶硅膜的研究进展迅速;非晶硅太阳电池开始进入市场。 化学成分 硅是元素半导体。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于04ppb和01ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质,以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质,它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高,低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5~40ppm范围内;区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。
硅的性质 硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中,为121电子伏。载流子迁移率较高,电子迁移率为1350厘米□/伏□秒,空穴迁移率为480厘米□/伏□秒。本征电阻率在室温(300K)下高达23×10□欧□厘米,掺杂后电阻率可控制在10□~10□ 欧□厘米的宽广范围内,能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。热导率较大。化学性质稳定,又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护,还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性,使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率高、使用寿命长、可靠性好、热传导好,并能在200□高温下运行等优点。 硅单晶的主要技术参数 硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。 导电类型 导电类型由掺入的施主或受主杂质决定。P型单晶多掺硼,N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。 电阻率与均匀度 拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶的电阻率。由于杂质分布不匀,电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。它直接影响器件参数的一致性和成品率。 非平衡载流子寿命 光照或电注入产生的附加电子和空穴瞬即复合而消失,它们平均存在的时间称为非平衡载流子的寿命。非平衡载流子寿命同器件放大倍数、反向电流和开关特性等均有关系。寿命值又间接地反映硅单晶的纯度,存在重金属杂质会使寿命值大大降低。 晶向与晶向偏离度 常用的单晶晶向多为 (111)和(100)(见图硅片导电类型和晶向标准 )。晶体的轴与晶体方向不吻合时,其偏离的角度称为晶向偏离度。 晶体缺陷 生产电子器件用的硅单晶除对位错密度有一定限制外,不允许有小角度晶界、位错排、星形结构等缺陷存在。位错密度低于 200/厘米□者称为无位错单晶,无位错硅单晶占产量的大多数。在无位错硅单晶中还存在杂质原子、空位团、自间隙原子团、氧碳或其他杂质的沉淀物等微缺陷。微缺陷集合成圈状或螺旋状者称为旋涡缺陷。热加工过程中,硅单晶微缺陷间的相互作用及变化直接影响集成电路的成败。 类型和应用 硅单晶按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)单晶与有坩埚直拉(CZ)单晶。区熔单晶不受坩埚污染,纯度较高,适于生产电阻率高于20欧□厘米的N型硅单晶(包括中子嬗变掺杂单晶)和高阻 P型硅单晶。由于含氧量低,区熔单晶机械强度较差。大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。直接法易于获得大直径单晶,但纯度低于区熔单晶,适于生产20欧□厘米以下的硅单晶。由于含氧量高,直拉单晶机械强度较好。大量直拉单晶用于制造MOS集成电路、大功率晶体管等器件。外延片衬底单晶也用直拉法生产。硅单晶商品多制成抛光片,但对FZ单晶片与CZ单晶片须加以区别。外延片是在硅单晶片衬底(或尖晶石、蓝宝石等绝缘衬底)上外延生长硅单晶薄层而制成,大量用于制造双极型集成电路、高频晶体管、小功率晶体管等器件。 展望 硅是地壳上最丰富的元素半导体, 性质优越而工艺技术比较成熟,已成为固态电子器件的主要原料。为适应超大规模集成电路的需要,高完整性高均匀度(尤其是氧的分布) 的硅单晶制备技术正在发展。虽然在超速集成电路方面砷化镓材料表现出巨大的优越性,但尚不可能全面取代硅的地位。硅材料在各种晶体三极管、尤其是功率器件制造方面仍是最主要的材料。无定形硅可能成为同单晶硅并列的重要硅材料。无定形硅和多晶硅太阳电池的成功将使硅材料的消耗量急剧增加。
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