Кремнієва пластина

Кремнієвий матеріал — це твердий матеріал із певними напівпровідниковими електричними властивостями та фізичною стабільністю, який забезпечує підтримку підкладки для подальшого процесу виготовлення інтегральної схеми. Це ключовий матеріал для інтегральних схем на основі кремнію. Більше 95% напівпровідникових приладів і більше 90% інтегральних схем у світі виготовляються на кремнієвих пластинах.

Відповідно до різних методів вирощування монокристалів, монокристали кремнію поділяються на два типи: Чохральського (CZ) і плаваюча зона (FZ). Кремнієві пластини можна грубо розділити на три категорії: поліровані пластини, епітаксійні пластини та кремній на ізоляторі (SOI).

Силіконова полірувальна пластина

Силіконова полірувальна пластина відноситься до aсиліконова пластинаутворюється шляхом полірування поверхні. Це кругла пластина товщиною менше 1 мм, оброблена шляхом різання, шліфування, полірування, очищення та інших процесів монокристалічного стрижня. Він в основному використовується в інтегральних схемах і дискретних пристроях і займає важливе місце в ланцюжку напівпровідникової промисловості.

Коли елементи групи V, такі як фосфор, сурма, миш’як і т.д., легуються в монокристали кремнію, утворюються провідні матеріали N-типу; коли елементи III групи, такі як бор, легуються в кремній, утворюються провідні матеріали типу P. Питомий опір монокристалів кремнію визначається кількістю легуючих елементів. Чим більша кількість легування, тим менший питомий опір. Злегка леговані кремнієві полірувальні пластини зазвичай відносяться до кремнієвих полірувальних пластин з питомим опором понад 0,1 Вт·см, які широко використовуються у виробництві великомасштабних інтегральних схем і пам’яті; сильно леговані кремнієві полірувальні пластини зазвичай відносяться до кремнієвих полірувальних пластин з питомим опором менше 0,1 Вт·см, які зазвичай використовуються як матеріали підкладки для епітаксійних кремнієвих пластин і широко використовуються у виробництві напівпровідникових силових пристроїв.

Кремнієві полірувальні пластиниякі утворюють чисту ділянку на поверхнікремнієві пластинипісля термічної обробки відпалу називають кремнієвими пластинами відпалу. Зазвичай використовуються пластини з водневим відпалом і пластини з аргоновим відпалом. 300-міліметрові кремнієві пластини та деякі 200-міліметрові кремнієві пластини з вищими вимогами вимагають використання процесу двостороннього полірування. Тому технологію зовнішнього геттерування, яка вводить центр геттерування через задню частину кремнієвої пластини, важко застосувати. Процес внутрішнього гетерування, який використовує процес відпалу для формування внутрішнього центру гетерування, став основним процесом гетерування для кремнієвих пластин великого розміру. У порівнянні зі звичайними полірованими пластинами, відпалені пластини можуть покращити продуктивність пристрою та збільшити продуктивність, а також широко використовуються у виробництві цифрових і аналогових інтегральних схем і мікросхем пам’яті.

Основний принцип вирощування монокристалів зонного плавлення полягає в тому, щоб покладатися на поверхневий натяг розплаву, щоб призупинити розплавлену зону між стрижнем полікристалічного кремнію та монокристалом, вирощеним нижче, а також очистити та виростити монокристали кремнію, переміщаючи розплавлену зону вгору. Монокристали кремнію зонного плавлення не забруднюються тиглями і мають високу чистоту. Вони придатні для виробництва монокристалів кремнію N-типу (включаючи монокристали, леговані трансмутацією нейтронів) з питомим опором вище 200 Ом·см і монокристалів кремнію P-типу з високим опором. Монокристали кремнію зонного плавлення в основному використовуються у виробництві високовольтних і потужних приладів.

Кремнієва епітаксіальна пластина

Кремнієва епітаксіальна пластинавідноситься до матеріалу, на якому один або більше шарів монокристалічної тонкої плівки кремнію вирощено шляхом епітаксіального осадження з парової фази на підкладку, і в основному використовується для виготовлення різних інтегральних схем і дискретних пристроїв.

У вдосконалених процесах інтегральних схем КМОП для покращення цілісності оксидного шару затвора, покращення витоку в каналі та підвищення надійності інтегральних схем часто використовуються кремнієві епітаксіальні пластини, тобто шар кремнієвої тонкої плівки. однорідно епітаксійно вирощені на злегка легованій кремнієвій полірованій пластині, що дозволяє уникнути недоліків високого вмісту кисню та багатьох дефектів на поверхні звичайних кремнієвих полірованих пластин; у той час як для кремнієвих епітаксійних пластин, які використовуються для силових інтегральних схем і дискретних пристроїв, шар епітаксійного шару з високим питомим опором зазвичай епітаксіально вирощений на кремнієвій підкладці з низьким питомим опором (сильно легована кремнієва полірована пластина). У середовищах високої потужності та високої напруги низький питомий опір кремнієвої підкладки може зменшити опір увімкнення, а високоомний епітаксіальний шар може збільшити напругу пробою пристрою.

Кремнієва пластина SOI

SOI (кремній на ізоляторі)це кремній на ізоляційному шарі. Це «сендвіч» структура з верхнім кремнієвим шаром (Top Silicon), середнім шаром із діоксидом кремнію (BOX) і кремнієвою підкладкою (Handle) знизу. Як новий матеріал підкладки для виробництва інтегральних схем, основна перевага КНІ полягає в тому, що він може досягти високої електричної ізоляції через оксидний шар, який ефективно зменшить паразитну ємність і витік кремнієвих пластин, що сприяє виробництву високоякісних пластин. швидкісні, малопотужні, високоінтегровані та високонадійні надвеликі інтегральні схеми, і широко використовуються в пристроях живлення високої напруги, оптичних пасивних пристроях, MEMS та інших областях. В даний час технологія підготовки матеріалів SOI в основному включає технологію зв’язування (BESOI), технологію інтелектуального видалення (Smart-Cut), технологію імплантації іонів кисню (SIMOX), технологію зв’язування з інжекцією кисню (Simbond) тощо. Найпоширенішою технологією є розумна. технологія зачистки.

Кремнієві пластини SOIможна далі розділити на тонкоплівкові кремнієві пластини SOI та товстоплівкові кремнієві пластини SOI. Товщина верхнього кремнію тонкоплівковаКремнієві пластини SOIменше 1 мкм. На даний момент 95% ринку тонкоплівкових кремнієвих пластин SOI зосереджено на розмірах 200 мм і 300 мм, і його рушійна сила в основному походить від високошвидкісних продуктів з низьким енергоспоживанням, особливо в мікропроцесорних додатках. Наприклад, у просунутих процесах нижче 28 нм повністю збіднений кремній на ізоляторі (FD-SOI) має очевидні переваги продуктивності: низьке енергоспоживання, захист від радіації та стійкість до високих температур. У той же час використання рішень SOI може значно скоротити виробничий процес. Верхня товщина кремнію товстоплівкових кремнієвих пластин SOI перевищує 1 мкм, а товщина прихованого шару становить 0,5-4 мкм. Він в основному використовується в енергетичних пристроях і полях MEMS, особливо в промисловому контролі, автомобільній електроніці, бездротовому зв’язку тощо, і зазвичай використовує продукти діаметром 150 мм і 200 мм.