Силиконова вафла

Силициевият материал е твърд материал с определени полупроводникови електрически свойства и физическа стабилност и осигурява субстратна опора за последващия процес на производство на интегрални схеми. Това е ключов материал за базирани на силиций интегрални схеми. Повече от 95% от полупроводниковите устройства и повече от 90% от интегралните схеми в света са направени върху силициеви пластини.

Според различните методи за растеж на единични кристали, монокристалите на силиций се разделят на два вида: Чохралски (CZ) и плаваща зона (FZ). Силициевите пластини могат грубо да се разделят на три категории: полирани пластини, епитаксиални пластини и силикон върху изолатор (SOI).

Силиконова полираща пластина

Силициевата полираща пластина се отнася до aсиликонова пластинаобразувани чрез полиране на повърхността. Това е кръгла пластина с дебелина по-малка от 1 mm, обработена чрез рязане, шлайфане, полиране, почистване и други процеси на единичен кристален прът. Използва се главно в интегрални схеми и дискретни устройства и заема важно място във веригата на полупроводниковата индустрия.

Когато елементи от V група като фосфор, антимон, арсен и др. се добавят в силициеви монокристали, ще се образуват проводими материали от N-тип; когато елементи от III група като бор се легират в силиций, ще се образуват проводящи материали от P-тип. Съпротивлението на силициевите монокристали се определя от количеството легирани елементи. Колкото по-голямо е количеството допинг, толкова по-ниско е съпротивлението. Леко легирани силициеви полиращи пластини обикновено се отнасят до силициеви полиращи пластини със съпротивление над 0,1 W·cm, които се използват широко в производството на широкомащабни интегрални схеми и памет; силно легирани силициеви полиращи пластини обикновено се отнасят до силициеви полиращи пластини със съпротивление по-малко от 0,1 W · cm, които обикновено се използват като субстратни материали за епитаксиални силициеви пластини и се използват широко в производството на полупроводникови силови устройства.

Силиконови полиращи пластиникоито образуват чиста зона на повърхността насилициеви пластинислед топлинна обработка на отгряване се наричат ​​пластини за отгряване на силиций. Често използвани са пластини с водородно отгряване и пластини с аргон. 300 mm силициеви пластини и някои 200 mm силициеви пластини с по-високи изисквания изискват използването на двустранен процес на полиране. Следователно външната гетерна технология, която въвежда гетериращия център през гърба на силиконовата пластина, е трудна за прилагане. Вътрешният процес на получаване, който използва процеса на отгряване за формиране на вътрешния център на получаване, се превърна в основния процес на получаване на силициеви пластини с голям размер. В сравнение с обикновените полирани вафли, закалените вафли могат да подобрят производителността на устройството и да увеличат добива и се използват широко в производството на цифрови и аналогови интегрални схеми и чипове памет.

Основният принцип на растежа на единичен кристал със зоново топене е да се разчита на повърхностното напрежение на стопилката, за да се суспендира разтопената зона между поликристалния силициев прът и монокристала, израснал отдолу, и да се пречистват и отглеждат монокристали от силиций чрез преместване на разтопената зона нагоре. Силициевите монокристали със зоново топене не са замърсени от тигели и имат висока чистота. Те са подходящи за производство на силициеви монокристали от N-тип (включително монокристали, легирани с неутронна трансмутация) със съпротивление по-високо от 200Ω·cm и силициеви монокристали с високо съпротивление P-тип. Силициевите монокристали със зоново топене се използват главно в производството на устройства с високо напрежение и висока мощност.

Силиконова епитаксиална пластина

Силиконова епитаксиална пластинасе отнася до материал, върху който един или повече слоя силициев монокристален тънък филм са отгледани чрез епитаксиално отлагане на парна фаза върху субстрат и се използва главно за производство на различни интегрални схеми и дискретни устройства.

В процесите на усъвършенствани CMOS интегрални схеми, за да се подобри целостта на оксидния слой на затвора, да се подобри изтичането в канала и да се подобри надеждността на интегралните схеми, често се използват силициеви епитаксиални пластини, тоест слой от силициев тънък филм е хомогенно епитаксиално отглеждани върху леко легирана силиконова полирана пластина, която може да избегне недостатъците на високото съдържание на кислород и много дефекти на повърхността на обикновените силиконово полирани пластини; докато за силициеви епитаксиални пластини, използвани за захранващи интегрални схеми и дискретни устройства, слой от епитаксиален слой с високо съпротивление обикновено е епитаксиално отгледан върху силициева подложка с ниско съпротивление (силно легирана силиконова полирана пластина). В среди с висока мощност и високо напрежение, ниското съпротивление на силициевия субстрат може да намали съпротивлението при включване, а епитаксиалният слой с високо съпротивление може да увеличи напрежението на пробив на устройството.

SOI силиконова пластина

SOI (силиций върху изолатор)е силиций върху изолационен слой. Това е "сандвич" структура с горен силициев слой (Top Silicon), среден слой със силициев диоксид (BOX) и опора за силициев субстрат (Handle) отдолу. Като нов материал за субстрат за производство на интегрални схеми, основното предимство на SOI е, че може да постигне висока електрическа изолация чрез оксидния слой, което ефективно ще намали паразитния капацитет и изтичането на силициеви пластини, което е благоприятно за производството на висококачествени скорост, ниска мощност, висока интеграция и висока надеждност, ултра-мащабни интегрални схеми и се използва широко в устройства за захранване с високо напрежение, оптични пасивни устройства, MEMS и други области. Понастоящем технологията за подготовка на SOI материали включва главно технология за свързване (BESOI), интелигентна технология за оголване (Smart-Cut), технология за имплантиране на кислородни йони (SIMOX), технология за свързване с инжектиране на кислород (Simbond) и т.н. Най-масовата технология е интелигентната стрипинг технология.

SOI силициеви пластинимогат допълнително да бъдат разделени на тънкослойни силиконови пластини SOI и силиконови пластини с дебел слой SOI. Дебелината на горния силиций на тънък филмSOI силициеви пластиние по-малко от 1um. Понастоящем 95% от пазара на тънкослойни SOI силициеви пластини е концентриран в размери 200 mm и 300 mm, а движещата сила на пазара идва главно от високоскоростни продукти с ниска мощност, особено в микропроцесорни приложения. Например, при усъвършенствани процеси под 28n, напълно изчерпаният силиций върху изолатор (FD-SOI) има очевидни предимства в производителността на ниска консумация на енергия, радиационна защита и устойчивост на висока температура. В същото време използването на SOI решения може значително да намали производствения процес. Дебелината на горния силиций на дебелослойните SOI силициеви пластини е по-голяма от 1 um, а дебелината на заровения слой е 0,5-4 um. Използва се главно в силови устройства и MEMS полета, особено в промишлено управление, автомобилна електроника, безжични комуникации и др., и обикновено използва продукти с диаметър 150 mm и 200 mm.