Silisium wafer

Silisiummateriale er et solid materiale med visse elektriske halvlederegenskaper og fysisk stabilitet, og gir substratstøtte for den påfølgende integrerte kretsproduksjonsprosessen. Det er et nøkkelmateriale for silisiumbaserte integrerte kretser. Mer enn 95 % av halvlederenheter og mer enn 90 % av integrerte kretser i verden er laget på silisiumskiver.

I henhold til de forskjellige enkeltkrystallvekstmetodene er silisiumenkelkrystaller delt inn i to typer: Czochralski (CZ) og flytende sone (FZ). Silisiumwafere kan grovt deles inn i tre kategorier: polerte wafere, epitaksiale wafere og Silicon-On-Insulator (SOI).

Silisium polerende wafer

Silisiumpoleringswafer refererer til ensilisium waferdannet ved å polere overflaten. Det er en rund skive med en tykkelse på mindre enn 1 mm behandlet ved kutting, sliping, polering, rengjøring og andre prosesser av en enkelt krystallstav. Den brukes hovedsakelig i integrerte kretser og diskrete enheter og inntar en viktig posisjon i halvlederindustrikjeden.

Når V-gruppeelementer som fosfor, antimon, arsen, etc. dopes til silisiumenkelkrystaller, vil det dannes ledende materialer av N-type; når III gruppe elementer som bor er dopet til silisium, vil P-type ledende materialer dannes. Resistiviteten til silisiumenkelkrystaller bestemmes av mengden dopingelementer dopet. Jo større dopingmengde, jo lavere resistivitet. Lett dopede silisiumpoleringswafere refererer generelt til silisiumpoleringsskiver med en resistivitet på mer enn 0,1W·cm, som er mye brukt i produksjon av storskala integrerte kretser og minne; Tungt dopede silisiumpoleringsskiver refererer generelt til silisiumpoleringsskiver med en resistivitet på mindre enn 0,1W·cm, som vanligvis brukes som substratmaterialer for epitaksiale silisiumskiver og er mye brukt i produksjonen av halvlederkraftenheter.

Silisium polerende waferesom danner et rent område på overflaten avsilisiumskiveretter annealing varmebehandling kalles silisium annealing wafere. Vanlige brukte er hydrogen-glødende wafere og argon-glødende wafere. 300 mm silisiumskiver og noen 200 mm silisiumskiver med høyere krav krever bruk av dobbeltsidig poleringsprosess. Derfor er den eksterne getteringteknologien som introduserer getteringsenteret gjennom baksiden av silisiumplaten vanskelig å bruke. Den interne gettering-prosessen som bruker glødingsprosessen for å danne det interne gettering-senteret, har blitt mainstream-gettering-prosessen for store silisiumskiver. Sammenlignet med generelle polerte wafere, kan glødede wafere forbedre enhetens ytelse og øke utbyttet, og er mye brukt i produksjon av digitale og analoge integrerte kretser og minnebrikker.

Det grunnleggende prinsippet for sonesmeltende enkeltkrystallvekst er å stole på overflatespenningen til smelten for å suspendere den smeltede sonen mellom den polykrystallinske silisiumstangen og enkeltkrystallen som vokser under, og rense og dyrke silisiumenkelkrystaller ved å flytte den smeltede sonen oppover. Sonesmeltende silisiumenkrystaller er ikke forurenset av digler og har høy renhet. De er egnet for produksjon av N-type silisium-enkeltkrystaller (inkludert nøytrontransmutasjonsdopede enkeltkrystaller) med resistivitet høyere enn 200Ω·cm og P-type-enkeltkrystaller av silisium med høy motstand. Sonesmeltende silisiumenkrystaller brukes hovedsakelig til produksjon av høyspennings- og høyeffektenheter.

Silisium epitaksial wafer

Silisium epitaksial waferrefererer til et materiale hvor ett eller flere lag av silisium enkrystall tynn film dyrkes ved dampfase epitaksial avsetning på et substrat, og brukes hovedsakelig til å produsere ulike integrerte kretser og diskrete enheter.

I avanserte CMOS-integrerte kretsprosesser, for å forbedre integriteten til portoksidlaget, forbedre lekkasje i kanalen og forbedre påliteligheten til integrerte kretser, brukes ofte silisiumepitaksiale wafere, det vil si at et lag av silisium tynnfilm er homogent epitaksial dyrket på en lett dopet silisiumpolert wafer, som kan unngå manglene med høyt oksygeninnhold og mange defekter på overflaten av generelle silisiumpolerte wafere; mens for epitaksiale silisiumskiver som brukes til strømintegrerte kretser og diskrete enheter, dyrkes et lag med epitaksiallag med høy resistivitet vanligvis epitaksialt på et silisiumsubstrat med lav resistivitet (sterkt dopet silisiumpolert skive). I miljøer med høy effekt og høyspenning kan den lave resistiviteten til silisiumsubstratet redusere på-motstanden, og det epitaksiale laget med høy resistivitet kan øke sammenbruddsspenningen til enheten.

SOI silisium wafer

SOI (Silicon-On-Insulator)er silisium på et isolerende lag. Det er en "sandwich"-struktur med et topp silisiumlag (Top Silicon), et midtre silisiumdioksydbegravd lag (BOX) og en silisiumsubstratstøtte (håndtak) under. Som et nytt substratmateriale for produksjon av integrerte kretser, er hovedfordelen med SOI at den kan oppnå høy elektrisk isolasjon gjennom oksidlaget, noe som effektivt vil redusere den parasittiske kapasitansen og lekkasjen av silisiumskiver, noe som bidrar til produksjon av høy- hastighet, lav-effekt, høy integrering og høy pålitelighet, ultra-storskala integrerte kretser, og er mye brukt i høyspente kraftenheter, optiske passive enheter, MEMS og andre felt. For tiden inkluderer forberedelsesteknologien til SOI-materialer hovedsakelig bindingsteknologi (BESOI), smart stripping-teknologi (Smart-Cut), oksygenionimplantasjonsteknologi (SIMOX), oksygeninjeksjonsbindingsteknologi (Simbond), etc. Den mest vanlige teknologien er smart strippeteknologi.

SOI silisiumskiverkan videre deles inn i tynnfilm SOI silisium wafere og tykk film SOI silisium wafere. Tykkelsen på den øverste silisium av tynnfilmSOI silisiumskiverer mindre enn 1um. For tiden er 95 % av markedet for tynnfilm SOI-silisiumplater konsentrert i 200 mm og 300 mm størrelser, og markedsdrivkraften kommer hovedsakelig fra høyhastighets produkter med lav effekt, spesielt i mikroprosessorapplikasjoner. For eksempel, i avanserte prosesser under 28nm, har fullstendig utarmet silisium på isolator (FD-SOI) åpenbare ytelsesfordeler med lavt strømforbruk, strålingsbeskyttelse og høy temperaturmotstand. Samtidig kan bruk av SOI-løsninger redusere produksjonsprosessen betraktelig. Den øverste silisiumtykkelsen på tykkfilm SOI silisiumskiver er større enn 1um, og den nedgravde lagtykkelsen er 0,5-4um. Den brukes hovedsakelig i kraftenheter og MEMS-felt, spesielt innen industriell kontroll, bilelektronikk, trådløs kommunikasjon, etc., og bruker vanligvis produkter med 150 mm og 200 mm diameter.