Silicon Wafer

Kiselmaterial är ett fast material med vissa elektriska halvledaregenskaper och fysisk stabilitet, och ger substratstöd för den efterföljande tillverkningsprocessen för integrerade kretsar. Det är ett nyckelmaterial för kiselbaserade integrerade kretsar. Mer än 95 % av halvledarenheterna och mer än 90 % av de integrerade kretsarna i världen är gjorda på kiselskivor.

Enligt de olika enkristalltillväxtmetoderna delas enkristaller av kisel in i två typer: Czochralski (CZ) och flytande zon (FZ). Kiselwafers kan grovt delas in i tre kategorier: polerade wafers, epitaxial wafers och Silicon-On-Insulator (SOI).

Silikonpolerande wafer

Silikonpolerande wafer hänvisar till ensilikonwaferbildas genom att polera ytan. Det är en rund skiva med en tjocklek på mindre än 1 mm bearbetad genom skärning, slipning, polering, rengöring och andra processer av en enda kristallstav. Den används främst i integrerade kretsar och diskreta enheter och har en viktig position i halvledarindustrins kedja.

När V-gruppelement såsom fosfor, antimon, arsenik, etc. dopas till kiselenkristaller, kommer ledande material av N-typ att bildas; när III-gruppelement såsom bor dopas till kisel, kommer ledande material av P-typ att bildas. Resistiviteten hos kiselenkristaller bestäms av mängden dopningselement som dopats. Ju större dopningsmängd, desto lägre resistivitet. Lättdopade kiselpolerskivor hänvisar i allmänhet till kiselpolerskivor med en resistivitet på mer än 0,1 W·cm, som används i stor utsträckning vid tillverkning av storskaliga integrerade kretsar och minne; Kraftigt dopade kiselpolerskivor hänvisar i allmänhet till kiselpolerskivor med en resistivitet på mindre än 0,1 W·cm, vilka vanligtvis används som substratmaterial för epitaxiella kiselskivor och används i stor utsträckning vid tillverkning av halvledarkraftenheter.

Silikonpolerande waferssom bildar ett rent område på ytan avkiselwafersefter glödgning kallas värmebehandling kiselglödgning wafers. Vanligt använda sådana är väteglödgningsskivor och argonglödgningsskivor. 300 mm kiselskivor och vissa 200 mm kiselskivor med högre krav kräver användning av dubbelsidig polering. Därför är den externa gettertekniken som introducerar gettercentrum genom baksidan av kiselskivan svår att tillämpa. Den interna getteringprocessen som använder glödgningsprocessen för att bilda det interna getteringcentret har blivit den vanliga getteringprocessen för stora kiselwafers. Jämfört med allmänna polerade wafers kan glödgade wafers förbättra enhetens prestanda och öka utbytet, och används i stor utsträckning vid tillverkning av digitala och analoga integrerade kretsar och minneschips.

Den grundläggande principen för zonsmältande enkristalltillväxt är att förlita sig på smältans ytspänning för att suspendera den smälta zonen mellan den polykristallina kiselstaven och enkristallen som växer under, och rena och odla kiselenkristaller genom att flytta den smälta zonen uppåt. Zonsmältande kiselenkristaller är inte förorenade av deglar och har hög renhet. De är lämpliga för produktion av enkristaller av N-typ (inklusive neutrontransmutationsdopade enkelkristaller) med resistivitet högre än 200Ω·cm och högresistans enkristaller av P-typ. Zonsmältande kiselenkristaller används huvudsakligen vid tillverkning av högspännings- och högeffektsenheter.

Silikon epitaxial wafer

Silikon epitaxial waferhänvisar till ett material på vilket ett eller flera lager av tunn enkristallfilm av kisel odlas genom epitaxiell ångfasavsättning på ett substrat, och används huvudsakligen för att tillverka olika integrerade kretsar och diskreta enheter.

I avancerade CMOS-integrerade kretsprocesser, för att förbättra integriteten hos grindoxidskiktet, förbättra läckaget i kanalen och förbättra tillförlitligheten hos integrerade kretsar, används ofta kiselepitaxialskivor, det vill säga ett lager av tunn kiselfilm är homogent epitaxiellt odlad på en lätt dopad silikonpolerad wafer, vilket kan undvika bristerna med hög syrehalt och många defekter på ytan av allmänna silikonpolerade wafers; medan för epitaxiella kiselskivor som används för kraftintegrerade kretsar och diskreta anordningar, odlas ett skikt av epitaxialskikt med hög resistivitet vanligtvis epitaxiellt på ett kiselsubstrat med låg resistivitet (kraftigt dopad kiselpolerad skiva). I applikationsmiljöer med hög effekt och hög spänning kan den låga resistiviteten hos kiselsubstratet minska på-motståndet, och det epitaxiella skiktet med hög resistivitet kan öka enhetens genombrottsspänning.

SOI silikonwafer

SOI (Silicon-On-Insulator)är kisel på ett isolerande lager. Det är en "sandwich"-struktur med ett övre kiselskikt (Top Silicon), ett mellanlager av kiseldioxid begravd (BOX) och ett kiselsubstratstöd (Handtag) nedanför. Som ett nytt substratmaterial för tillverkning av integrerade kretsar är den största fördelen med SOI att den kan uppnå hög elektrisk isolering genom oxidskiktet, vilket effektivt kommer att minska den parasitära kapacitansen och läckaget av kiselskivor, vilket bidrar till produktionen av hög- hastighet, lågeffekt, högintegration och högtillförlitlighet, ultrastorskaliga integrerade kretsar, och används ofta i högspänningsenheter, optiska passiva enheter, MEMS och andra områden. För närvarande inkluderar beredningstekniken för SOI-material huvudsakligen bindningsteknik (BESOI), smart stripping-teknik (Smart-Cut), syrgasjonimplantationsteknik (SIMOX), syrgasinjektionsbindningsteknik (Simbond), etc. Den mest vanliga tekniken är smart strippningsteknik.

SOI silikonwaferskan ytterligare delas in i tunnfilms-SOI-kiselskivor och tjockfilms-SOI-kiselskivor. Tjockleken på den övre kisel av tunnfilmSOI silikonwafersär mindre än 1um. För närvarande är 95 % av marknaden för tunnfilms-SOI-kiselwafer koncentrerad till storlekarna 200 mm och 300 mm, och dess marknadsdrivkraft kommer huvudsakligen från höghastighetsprodukter med låg effekt, särskilt i mikroprocessortillämpningar. Till exempel, i avancerade processer under 28nm, har helt utarmat kisel på isolator (FD-SOI) uppenbara prestandafördelar med låg strömförbrukning, strålskydd och hög temperaturbeständighet. Samtidigt kan användningen av SOI-lösningar reducera tillverkningsprocessen avsevärt. Den övre kiseltjockleken på tjockfilms-SOI-kiselskivor är större än 1um, och det nedgrävda skikttjockleken är 0,5-4um. Det används främst inom kraftenheter och MEMS-fält, särskilt inom industriell styrning, bilelektronik, trådlös kommunikation etc., och använder vanligtvis produkter med 150 mm och 200 mm diameter.