Wafer silikon

Bahan silikon ialah bahan pepejal dengan sifat elektrik semikonduktor tertentu dan kestabilan fizikal, dan menyediakan sokongan substrat untuk proses pembuatan litar bersepadu seterusnya. Ia adalah bahan utama untuk litar bersepadu berasaskan silikon. Lebih daripada 95% peranti semikonduktor dan lebih daripada 90% litar bersepadu di dunia dibuat pada wafer silikon.

Menurut kaedah pertumbuhan kristal tunggal yang berbeza, kristal tunggal silikon dibahagikan kepada dua jenis: Czochralski (CZ) dan zon terapung (FZ). Wafer silikon boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga kategori: wafer digilap, wafer epitaxial, dan Silicon-On-insulator(SOI).

Wafer penggilap silikon

Wafer penggilap silikon merujuk kepada awafer silikondibentuk dengan menggilap permukaan. Ia adalah wafer bulat dengan ketebalan kurang daripada 1mm yang diproses dengan memotong, mengisar, menggilap, membersihkan dan proses lain bagi satu rod kristal. Ia digunakan terutamanya dalam litar bersepadu dan peranti diskret dan menduduki kedudukan penting dalam rantaian industri semikonduktor.

Apabila unsur kumpulan V seperti fosforus, antimoni, arsenik, dsb. didopkan ke dalam kristal tunggal silikon, bahan konduktif jenis-N akan terbentuk; apabila unsur kumpulan III seperti boron didopkan ke dalam silikon, bahan pengalir jenis P akan terbentuk. Kerintangan kristal tunggal silikon ditentukan oleh jumlah unsur doping yang didopkan. Semakin besar jumlah doping, semakin rendah kerintangan. Wafer penggilap silikon yang didop ringan secara amnya merujuk kepada wafer penggilap silikon dengan kerintangan lebih daripada 0.1W·cm, yang digunakan secara meluas dalam pembuatan litar bersepadu berskala besar dan ingatan; wafer penggilap silikon terdop berat secara amnya merujuk kepada wafer penggilap silikon dengan kerintangan kurang daripada 0.1W·cm, yang biasanya digunakan sebagai bahan substrat untuk wafer silikon epitaxial dan digunakan secara meluas dalam pembuatan peranti kuasa semikonduktor.

Wafer penggilap silikonyang membentuk kawasan bersih pada permukaanwafer silikonselepas rawatan haba penyepuhlindapan dipanggil wafer penyepuhlindapan silikon. Yang biasa digunakan ialah wafer penyepuhlindapan hidrogen dan wafer penyepuhlindapan argon. Wafer silikon 300mm dan beberapa wafer silikon 200mm dengan keperluan yang lebih tinggi memerlukan penggunaan proses penggilap dua muka. Oleh itu, teknologi gettering luaran yang memperkenalkan pusat gettering melalui bahagian belakang wafer silikon sukar digunakan. Proses gettering dalaman yang menggunakan proses penyepuhlindapan untuk membentuk pusat gettering dalaman telah menjadi proses gettering arus perdana untuk wafer silikon bersaiz besar. Berbanding dengan wafer umum yang digilap, wafer anil boleh meningkatkan prestasi peranti dan meningkatkan hasil, dan digunakan secara meluas dalam pembuatan litar bersepadu digital dan analog serta cip memori.

Prinsip asas pertumbuhan kristal tunggal lebur zon adalah bergantung pada tegangan permukaan leburan untuk menggantung zon lebur antara rod silikon polihablur dan kristal tunggal yang tumbuh di bawah, dan memurnikan dan mengembangkan kristal tunggal silikon dengan menggerakkan zon lebur ke atas. Kristal tunggal silikon lebur zon tidak dicemari oleh crucible dan mempunyai ketulenan yang tinggi. Ia sesuai untuk penghasilan kristal tunggal silikon jenis-N (termasuk kristal tunggal doped transmutasi neutron) dengan kerintangan lebih tinggi daripada 200Ω·cm dan kristal tunggal silikon jenis P rintangan tinggi. Kristal tunggal silikon lebur zon digunakan terutamanya dalam pembuatan peranti voltan tinggi dan berkuasa tinggi.

Wafer epitaxial silikon

Wafer epitaxial silikonmerujuk kepada bahan di mana satu atau lebih lapisan filem nipis kristal tunggal silikon ditanam oleh pemendapan epitaxial fasa wap pada substrat, dan digunakan terutamanya untuk mengeluarkan pelbagai litar bersepadu dan peranti diskret.

Dalam proses litar bersepadu CMOS lanjutan, untuk meningkatkan integriti lapisan oksida pintu, meningkatkan kebocoran dalam saluran, dan meningkatkan kebolehpercayaan litar bersepadu, wafer epitaxial silikon sering digunakan, iaitu lapisan filem nipis silikon epitaxial homogen ditanam pada wafer digilap silikon dop ringan, yang boleh mengelakkan kekurangan kandungan oksigen yang tinggi dan banyak kecacatan pada permukaan wafer digilap silikon am; manakala untuk wafer epitaxial silikon yang digunakan untuk litar bersepadu kuasa dan peranti diskret, lapisan lapisan epitaxial kerintangan tinggi biasanya ditanam pada substrat silikon kerintangan rendah (wafer digilap silikon terdop banyak). Dalam persekitaran aplikasi berkuasa tinggi dan voltan tinggi, kerintangan rendah substrat silikon boleh mengurangkan rintangan pada, dan lapisan epitaxial kerintangan tinggi boleh meningkatkan voltan pecahan peranti.

wafer silikon SOI

SOI (Silikon-On-Penebat)adalah silikon pada lapisan penebat. Ia adalah struktur "sandwic" dengan lapisan silikon atas (Top Silicon), lapisan tengah silikon dioksida tertimbus (BOX) dan sokongan substrat silikon (Handle) di bawah. Sebagai bahan substrat baharu untuk pembuatan litar bersepadu, kelebihan utama SOI ialah ia boleh mencapai penebat elektrik yang tinggi melalui lapisan oksida, yang secara berkesan akan mengurangkan kapasiti parasit dan kebocoran wafer silikon, yang kondusif untuk pengeluaran tinggi- kelajuan, kuasa rendah, integrasi tinggi dan litar bersepadu berskala besar ultra kebolehpercayaan tinggi, dan digunakan secara meluas dalam peranti kuasa voltan tinggi, peranti pasif optik, MEMS dan bidang lain. Pada masa ini, teknologi penyediaan bahan SOI terutamanya termasuk teknologi ikatan (BESOI), teknologi pelucutan pintar (Smart-Cut), teknologi implantasi ion oksigen (SIMOX), teknologi ikatan suntikan oksigen (Simbond), dll. Teknologi yang paling arus perdana adalah pintar teknologi pelucutan.

wafer silikon SOIboleh dibahagikan lagi kepada wafer silikon SOI filem nipis dan wafer silikon SOI filem tebal. Ketebalan silikon atas filem nipiswafer silikon SOIadalah kurang daripada 1um. Pada masa ini, 95% daripada pasaran wafer silikon SOI filem nipis tertumpu pada saiz 200mm dan 300mm, dan daya penggerak pasarannya terutamanya datang daripada produk berkelajuan tinggi, berkuasa rendah, terutamanya dalam aplikasi mikropemproses. Sebagai contoh, dalam proses lanjutan di bawah 28nm, silikon pada penebat (FD-SOI) yang habis sepenuhnya mempunyai kelebihan prestasi yang jelas bagi penggunaan kuasa yang rendah, perlindungan sinaran dan rintangan suhu tinggi. Pada masa yang sama, penggunaan penyelesaian SOI dapat mengurangkan proses pembuatan. Ketebalan silikon atas wafer silikon SOI filem tebal adalah lebih besar daripada 1um, dan ketebalan lapisan terkubur ialah 0.5-4um. Ia digunakan terutamanya dalam peranti kuasa dan medan MEMS, terutamanya dalam kawalan industri, elektronik automotif, komunikasi tanpa wayar, dsb., dan biasanya menggunakan produk diameter 150mm dan 200mm.