Silikonový plátek

Silikonový materiál je pevný materiál s určitými polovodičovými elektrickými vlastnostmi a fyzikální stabilitou a poskytuje substrátovou podporu pro následný proces výroby integrovaného obvodu. Je to klíčový materiál pro integrované obvody na bázi křemíku. Více než 95 % polovodičových součástek a více než 90 % integrovaných obvodů na světě je vyrobeno na křemíkových waferech.

Podle různých metod růstu monokrystalů se monokrystaly křemíku dělí na dva typy: Czochralski (CZ) a floating zone (FZ). Křemíkové destičky lze zhruba rozdělit do tří kategorií: leštěné destičky, epitaxní destičky a Silicon-On-Insulator (SOI).

Silikonová leštící destička

Silikonový leštící plátek se vztahuje na akřemíkový plátekvzniklé leštěním povrchu. Jedná se o kulatou destičku o tloušťce menší než 1 mm zpracovanou řezáním, broušením, leštěním, čištěním a dalšími procesy jednokrystalové tyčinky. Používá se hlavně v integrovaných obvodech a diskrétních zařízeních a zaujímá důležitou pozici v řetězci polovodičového průmyslu.

Když jsou prvky skupiny V, jako je fosfor, antimon, arsen atd. dopovány do monokrystalů křemíku, vytvoří se vodivé materiály typu N; když se prvky III skupiny, jako je bor, dopují do křemíku, vytvoří se vodivé materiály typu P. Rezistivita monokrystalů křemíku je určena množstvím dopovaných prvků. Čím větší je množství dopingu, tím nižší je odpor. Lehce dopované křemíkové leštící destičky obecně označují křemíkové leštící destičky s měrným odporem větším než 0,1W·cm, které jsou široce používány při výrobě rozsáhlých integrovaných obvodů a pamětí; silně dopované křemíkové leštící destičky obecně označují křemíkové leštící destičky s měrným odporem menším než 0,1 W · cm, které se obecně používají jako substrátové materiály pro epitaxní křemíkové destičky a jsou široce používány při výrobě polovodičových energetických zařízení.

Silikonové leštící destičkykteré tvoří čistou plochu na povrchukřemíkové destičkypo tepelném zpracování žíháním se nazývají křemíkové žíhací pláty. Běžně používané jsou destičky pro žíhání vodíkem a destičky pro žíhání argonu. 300mm křemíkové wafery a některé 200mm křemíkové wafery s vyššími požadavky vyžadují použití oboustranného procesu leštění. Proto je obtížné použít externí getrovací technologii, která zavádí getrovací centrum přes zadní stranu křemíkového plátku. Proces vnitřního getrování, který využívá proces žíhání k vytvoření vnitřního getrovacího centra, se stal hlavním proudem getrovacího procesu pro velké křemíkové plátky. Ve srovnání s obecnými leštěnými wafery mohou žíhané wafery zlepšit výkon zařízení a zvýšit výtěžnost a jsou široce používány při výrobě digitálních a analogových integrovaných obvodů a paměťových čipů.

Základním principem růstu monokrystalu při zónovém tavení je spoléhat se na povrchové napětí taveniny, které suspenduje roztavenou zónu mezi tyčkou z polykrystalického křemíku a monokrystalem rostoucím pod ní, a čistí a pěstují monokrystaly křemíku pohybem roztavené zóny směrem nahoru. Zónové tavné křemíkové monokrystaly nejsou kontaminovány kelímky a mají vysokou čistotu. Jsou vhodné pro výrobu křemíkových monokrystalů typu N (včetně monokrystalů dopovaných neutronovou transmutací) s měrným odporem vyšším než 200Ω·cm a vysoce odolných křemíkových monokrystalů typu P. Zónové tavné křemíkové monokrystaly se používají hlavně při výrobě vysokonapěťových a vysoce výkonných zařízení.

Silikonový epitaxní plátek

Silikonový epitaxní plátekPod pojmem "výrobek" se rozumí materiál, na kterém je vypěstována jedna nebo více vrstev tenkého filmu křemíkového monokrystalu epitaxiálním nanášením na substrát, a používá se hlavně k výrobě různých integrovaných obvodů a diskrétních zařízení.

V pokročilých procesech integrovaných obvodů CMOS, aby se zlepšila integrita hradlové oxidové vrstvy, zlepšila se netěsnost v kanálu a zvýšila spolehlivost integrovaných obvodů, se často používají křemíkové epitaxní wafery, to znamená vrstva tenkého křemíkového filmu. homogenně epitaxní pěstované na lehce dopovaném křemíkovém leštěném plátku, který může zabránit nedostatkům vysokého obsahu kyslíku a mnoha defektům na povrchu obecných křemíkových leštěných plátků; zatímco u křemíkových epitaxních plátků používaných pro výkonové integrované obvody a diskrétní zařízení je vrstva epitaxní vrstvy s vysokým měrným odporem obvykle epitaxní narostlá na křemíkovém substrátu s nízkým měrným odporem (silně dopovaný křemíkový leštěný plátek). Ve vysoce výkonných a vysokonapěťových aplikačních prostředích může nízký odpor křemíkového substrátu snížit odpor a vysokoodporová epitaxní vrstva může zvýšit průrazné napětí zařízení.

Silikonový plátek SOI

SOI (Silicon-On-Isolator)je křemík na izolační vrstvě. Jedná se o "sendvičovou" strukturu s horní křemíkovou vrstvou (Top Silicon), střední vrstvou oxidu křemičitého pohřbenou (BOX) a podpěrou křemíkového substrátu (Handle). Jako nový substrátový materiál pro výrobu integrovaných obvodů je hlavní výhodou SOI to, že může dosáhnout vysoké elektrické izolace prostřednictvím oxidové vrstvy, což účinně sníží parazitní kapacitu a únik křemíkových plátků, což vede k výrobě vysoce výkonných rychlé, nízkoenergetické, vysoce integrační a vysoce spolehlivé ultravelké integrované obvody a je široce používán ve vysokonapěťových energetických zařízeních, optických pasivních zařízeních, MEMS a dalších oborech. V současnosti technologie přípravy SOI materiálů zahrnuje především technologii lepení (BESOI), technologii chytrého stripování (Smart-Cut), technologii implantace kyslíkových iontů (SIMOX), technologii lepení pomocí injekce kyslíku (Simbond) atd. Nejmainstreamovější technologií je smart stripovací technologie.

Křemíkové destičky SOIlze dále rozdělit na tenkovrstvé křemíkové plátky SOI a tlustovrstvé křemíkové plátky SOI. Tloušťka horního křemíku tenkého filmuKřemíkové destičky SOIje menší než 1 um. V současné době je 95 % trhu tenkovrstvých křemíkových plátků SOI soustředěno ve velikostech 200 mm a 300 mm a jeho hnací silou na trhu jsou především vysokorychlostní produkty s nízkou spotřebou, zejména v mikroprocesorových aplikacích. Například v pokročilých procesech pod 28nm má plně ochuzený křemík na izolátoru (FD-SOI) zjevné výkonnostní výhody v podobě nízké spotřeby energie, radiační ochrany a odolnosti vůči vysokým teplotám. Využití SOI řešení přitom může značně zkrátit výrobní proces. Horní tloušťka křemíku tlustovrstvých křemíkových plátků SOI je větší než 1 um a tloušťka skryté vrstvy je 0,5-4 um. Používá se hlavně v energetických zařízeních a polích MEMS, zejména v průmyslovém řízení, automobilové elektronice, bezdrátové komunikaci atd., a obvykle používá produkty o průměru 150 mm a 200 mm.