Vafer de siliciu

Materialul de siliciu este un material solid cu anumite proprietăți electrice semiconductoare și stabilitate fizică și oferă suport de substrat pentru procesul de fabricație a circuitului integrat ulterior. Este un material cheie pentru circuitele integrate pe bază de siliciu. Peste 95% dintre dispozitivele semiconductoare și peste 90% dintre circuitele integrate din lume sunt realizate pe plăci de siliciu.

Conform diferitelor metode de creștere a unui singur cristal, cristalele de siliciu sunt împărțite în două tipuri: Czochralski (CZ) și zonă plutitoare (FZ). Vaferele de siliciu pot fi împărțite aproximativ în trei categorii: napolitane lustruite, napolitane epitaxiale și Silicon-On-insulator (SOI).

Napolitană de lustruire din silicon

Placa de lustruire cu silicon se referă la aplachetă de siliciuformata prin lustruirea suprafetei. Este o napolitană rotundă cu o grosime mai mică de 1 mm procesată prin tăierea, șlefuirea, lustruirea, curățarea și alte procese ale unei singure tije de cristal. Este folosit în principal în circuite integrate și dispozitive discrete și ocupă o poziție importantă în lanțul industriei semiconductoarelor.

Când elementele grupului V, cum ar fi fosforul, antimoniul, arsenul etc. sunt dopate în monocristale de siliciu, se vor forma materiale conductoare de tip N; când elementele grupului III, cum ar fi borul, sunt dopate în siliciu, se vor forma materiale conductoare de tip P. Rezistivitatea monocristalelor de siliciu este determinată de cantitatea de elemente dopante dopate. Cu cât cantitatea de dopare este mai mare, cu atât rezistivitatea este mai mică. Placile de lustruit cu siliciu ușor dopate se referă, în general, la napolitanele de lustruit cu siliciu cu o rezistivitate mai mare de 0,1 W·cm, care sunt utilizate pe scară largă la fabricarea de circuite integrate și de memorie la scară largă; Placile de lustruire cu siliciu puternic dopate se referă, în general, la plachetele de lustruire cu siliciu cu o rezistivitate mai mică de 0,1 W·cm, care sunt utilizate în general ca materiale substrat pentru plăcile de siliciu epitaxiale și sunt utilizate pe scară largă la fabricarea dispozitivelor de putere semiconductoare.

Napolitane de lustruire din siliconcare formează o zonă curată pe suprafațaplachete de siliciudupă tratament termic de recoacere se numesc napolitane de recoacere cu siliciu. Cele utilizate în mod obișnuit sunt napolitanele de recoacere cu hidrogen și napolitanele de recoacere cu argon. Napolitanele de siliciu de 300 mm și unele napolitane de siliciu de 200 mm cu cerințe mai mari necesită utilizarea unui proces de lustruire pe două fețe. Prin urmare, tehnologia de gettering externă care introduce centrul de gettering prin spatele plachetei de siliciu este dificil de aplicat. Procesul de gettering intern care folosește procesul de recoacere pentru a forma centrul de gettering intern a devenit procesul principal de gettering pentru plăcile de siliciu de dimensiuni mari. În comparație cu napolitanele lustruite generale, napolitanele recoapte pot îmbunătăți performanța dispozitivului și pot crește randamentul și sunt utilizate pe scară largă la fabricarea de circuite integrate digitale și analogice și cipuri de memorie.

Principiul de bază al creșterii monocristalului de topire a zonei este să se bazeze pe tensiunea superficială a topiturii pentru a suspenda zona topită dintre tija de siliciu policristalin și monocristalul crescut dedesubt și purificarea și creșterea monocristalelor de siliciu prin deplasarea zonei topite în sus. Cristalele unice de siliciu care topesc zona nu sunt contaminate de creuzete și au o puritate ridicată. Sunt potrivite pentru producerea de monocristale de siliciu de tip N (inclusiv monocristale dopate cu transmutație de neutroni) cu rezistivitate mai mare de 200Ω·cm și monocristale de siliciu de tip P de înaltă rezistență. Monocristalele de siliciu cu topire în zonă sunt utilizate în principal la fabricarea dispozitivelor de înaltă tensiune și de mare putere.

Placa epitaxiala de siliciu

Placa epitaxiala de siliciuse referă la un material pe care unul sau mai multe straturi de film subțire monocristal de siliciu sunt crescute prin depunere epitaxială în fază de vapori pe un substrat și este utilizat în principal pentru fabricarea diferitelor circuite integrate și dispozitive discrete.

În procesele avansate de circuite integrate CMOS, pentru a îmbunătăți integritatea stratului de oxid de poartă, a îmbunătăți scurgerea în canal și a spori fiabilitatea circuitelor integrate, sunt adesea utilizate plachete epitaxiale de siliciu, adică un strat de film subțire de siliciu este omogen epitaxial crescut pe o napolitană lustruită cu siliciu ușor dopat, care poate evita deficiențele conținutului ridicat de oxigen și multe defecte pe suprafața plachetelor lustruite cu siliciu general; în timp ce pentru plăcile epitaxiale de siliciu utilizate pentru circuite integrate de putere și dispozitive discrete, un strat de strat epitaxial cu rezistivitate ridicată este de obicei crescut epitaxial pe un substrat de siliciu cu rezistivitate scăzută (plachetă lustruită cu siliciu puternic dopat). În mediile de aplicare de înaltă putere și de înaltă tensiune, rezistivitatea scăzută a substratului de siliciu poate reduce rezistența la pornire, iar stratul epitaxial de înaltă rezistivitate poate crește tensiunea de defalcare a dispozitivului.

Placa de siliciu SOI

SOI (Siliciu pe izolator)este siliciu pe un strat izolator. Este o structură „sandwich” cu un strat superior de siliciu (Top Silicon), un strat mijlociu de dioxid de siliciu îngropat (BOX) și un suport de substrat de siliciu (mâner) dedesubt. Ca un nou material de substrat pentru fabricarea circuitelor integrate, principalul avantaj al SOI este că poate obține o izolație electrică ridicată prin stratul de oxid, ceea ce va reduce în mod eficient capacitatea parazitară și scurgerea plachetelor de siliciu, ceea ce este favorabil producției de înaltă calitate. circuite integrate de viteză, putere scăzută, de înaltă integrare și de înaltă fiabilitate la scară mare și este utilizat pe scară largă în dispozitive de putere de înaltă tensiune, dispozitive optice pasive, MEMS și alte domenii. În prezent, tehnologia de pregătire a materialelor SOI include în principal tehnologia de lipire (BESOI), tehnologia de stripare inteligentă (Smart-Cut), tehnologia de implantare cu ioni de oxigen (SIMOX), tehnologia de legare prin injecție de oxigen (Simbond), etc. Cea mai populară tehnologie este inteligentă. tehnologie de stripare.

Placi de siliciu SOIpoate fi împărțit în continuare în napolitane de siliciu SOI cu film subțire și napolitane de siliciu SOI cu film gros. Grosimea siliciului superior al filmului subțirePlaci de siliciu SOIeste mai mic de 1um. În prezent, 95% din piața plachetelor de siliciu SOI cu peliculă subțire este concentrată în dimensiuni de 200 mm și 300 mm, iar forța sa motrice a pieței provine în principal din produse de mare viteză și putere redusă, în special în aplicațiile cu microprocesoare. De exemplu, în procesele avansate sub 28 nm, siliciul complet epuizat pe izolator (FD-SOI) are avantaje evidente de performanță de consum redus de energie, protecție împotriva radiațiilor și rezistență la temperaturi ridicate. În același timp, utilizarea soluțiilor SOI poate reduce foarte mult procesul de fabricație. Grosimea superioară de siliciu a plachetelor de siliciu SOI cu film gros este mai mare de 1um, iar grosimea stratului îngropat este de 0,5-4um. Este utilizat în principal în dispozitivele de alimentare și în domeniile MEMS, în special în controlul industrial, electronica auto, comunicațiile fără fir etc. și, de obicei, utilizează produse cu diametrul de 150 mm și 200 mm.