Siliciumwafel

Siliciummateriaal is een vast materiaal met bepaalde elektrische halfgeleidereigenschappen en fysieke stabiliteit, en biedt substraatondersteuning voor het daaropvolgende productieproces van geïntegreerde schakelingen. Het is een belangrijk materiaal voor op silicium gebaseerde geïntegreerde schakelingen. Meer dan 95% van de halfgeleiderapparaten en meer dan 90% van de geïntegreerde schakelingen in de wereld zijn gemaakt op siliciumwafels.

Volgens de verschillende groeimethoden voor eenkristallen worden eenkristallen van silicium verdeeld in twee typen: Czochralski (CZ) en drijvende zone (FZ). Siliciumwafels kunnen grofweg in drie categorieën worden verdeeld: gepolijste wafels, epitaxiale wafels en Silicon-On-isolator (SOI).

Silicium polijstwafel

Siliciumpolijstwafel verwijst naar asilicium wafeltjegevormd door het polijsten van het oppervlak. Het is een ronde wafel met een dikte van minder dan 1 mm, verwerkt door snijden, slijpen, polijsten, reinigen en andere processen van een kristalstaaf. Het wordt voornamelijk gebruikt in geïntegreerde schakelingen en discrete apparaten en neemt een belangrijke positie in in de keten van de halfgeleiderindustrie.

Wanneer V-groepelementen zoals fosfor, antimoon, arseen, enz. Worden gedoteerd in eenkristallen van silicium, zullen geleidende materialen van het N-type worden gevormd; wanneer elementen uit de III-groep, zoals boor, in silicium worden gedoteerd, zullen geleidende materialen van het P-type worden gevormd. De soortelijke weerstand van eenkristallen van silicium wordt bepaald door de hoeveelheid gedoteerde elementen. Hoe groter de doteringshoeveelheid, hoe lager de weerstand. Licht gedoteerde siliciumpolijstwafels verwijzen in het algemeen naar siliciumpolijstwafels met een soortelijke weerstand van meer dan 0,1 W·cm, die op grote schaal worden gebruikt bij de vervaardiging van grootschalige geïntegreerde schakelingen en geheugen; Zwaar gedoteerde siliciumpolijstwafels verwijzen in het algemeen naar siliciumpolijstwafels met een soortelijke weerstand van minder dan 0,1 W·cm, die over het algemeen worden gebruikt als substraatmaterialen voor epitaxiale siliciumwafels en op grote schaal worden gebruikt bij de vervaardiging van halfgeleidervermogensapparaten.

Silicium polijstwafelsdie een schoon gebied op het oppervlak vormensilicium wafelsna een warmtebehandeling worden silicium-gloeiwafels genoemd. Veelgebruikte exemplaren zijn waterstof-gloeiwafels en argon-gloeiwafels. Siliciumwafels van 300 mm en sommige siliciumwafels van 200 mm met hogere eisen vereisen het gebruik van een dubbelzijdig polijstproces. Daarom is de externe gettertechnologie, waarbij het gettercentrum via de achterkant van de siliciumwafel wordt geïntroduceerd, moeilijk toe te passen. Het interne getterproces dat gebruikmaakt van het uitgloeiproces om het interne gettercentrum te vormen, is het reguliere getterproces geworden voor grote siliciumwafels. Vergeleken met algemeen gepolijste wafers kunnen gegloeide wafers de prestaties van het apparaat verbeteren en de opbrengst verhogen, en worden ze veel gebruikt bij de vervaardiging van digitale en analoge geïntegreerde schakelingen en geheugenchips.

Het basisprincipe van zone-smeltende monokristallijne groei is om te vertrouwen op de oppervlaktespanning van de smelt om de gesmolten zone op te hangen tussen de polykristallijne siliciumstaaf en het daaronder gegroeide monokristal, en om monokristallijne siliciumkristallen te zuiveren en te laten groeien door de gesmolten zone naar boven te bewegen. Zone-smeltende silicium-eenkristallen zijn niet verontreinigd door smeltkroezen en hebben een hoge zuiverheid. Ze zijn geschikt voor de productie van eenkristallen van silicium van het N-type (inclusief met neutronentransmutatie gedoteerde eenkristallen) met een soortelijke weerstand hoger dan 200Ω·cm en eenkristallen van silicium van het P-type met hoge weerstand. Zone-smeltende silicium-eenkristallen worden voornamelijk gebruikt bij de vervaardiging van hoogspannings- en hoogvermogenapparaten.

Epitaxiale wafel van silicium

Epitaxiale wafel van siliciumverwijst naar een materiaal waarop een of meer lagen dunne siliciumfilm met één kristal worden gegroeid door epitaxiale afzetting in de dampfase op een substraat, en wordt voornamelijk gebruikt om verschillende geïntegreerde schakelingen en discrete apparaten te vervaardigen.

In geavanceerde CMOS-processen met geïntegreerde schakelingen worden, om de integriteit van de poortoxidelaag te verbeteren, de lekkage in het kanaal te verbeteren en de betrouwbaarheid van geïntegreerde schakelingen te vergroten, vaak epitaxiale siliciumwafels gebruikt, dat wil zeggen dat er een laag dunne film van silicium wordt gebruikt. homogeen epitaxiaal gegroeid op een licht gedoteerde, met silicium gepolijste wafel, waardoor de tekortkomingen van een hoog zuurstofgehalte en vele defecten op het oppervlak van algemene, met silicium gepolijste wafels kunnen worden vermeden; terwijl voor epitaxiale siliciumwafels die worden gebruikt voor geïntegreerde schakelingen en discrete apparaten, een laag van een epitaxiale laag met hoge weerstand gewoonlijk epitaxiaal wordt gegroeid op een siliciumsubstraat met lage weerstand (zwaar gedoteerde, gepolijste siliciumwafel). In toepassingsomgevingen met hoog vermogen en hoge spanning kan de lage soortelijke weerstand van het siliciumsubstraat de aan-weerstand verminderen, en kan de epitaxiale laag met hoge weerstand de doorslagspanning van het apparaat verhogen.

SOI siliciumwafel

SOI (silicium-op-isolator)is silicium op een isolerende laag. Het is een "sandwich"-structuur met een bovenste siliciumlaag (Top Silicon), een middelste begraven siliciumdioxidelaag (BOX) en een siliciumsubstraatsteun (Handle) eronder. Als nieuw substraatmateriaal voor de productie van geïntegreerde schakelingen is het belangrijkste voordeel van SOI dat het een hoge elektrische isolatie kan bereiken door de oxidelaag, wat de parasitaire capaciteit en lekkage van siliciumwafels effectief zal verminderen, wat bevorderlijk is voor de productie van hoog- snelheid, laag vermogen, hoge integratie en hoge betrouwbaarheid ultra-grootschalige geïntegreerde schakelingen, en wordt veel gebruikt in hoogspanningsapparaten, optische passieve apparaten, MEMS en andere velden. Momenteel omvat de voorbereidingstechnologie van SOI-materialen voornamelijk bondingtechnologie (BESOI), slimme striptechnologie (Smart-Cut), zuurstofionenimplantatietechnologie (SIMOX), zuurstofinjectie-bindingstechnologie (Simbond), enz. De meest gangbare technologie is smart striptechnologie.

SOI-siliciumwafelskan verder worden onderverdeeld in dunne-film SOI-siliciumwafels en dikke-film SOI-siliciumwafels. De dikte van het bovenste silicium van dunne filmSOI-siliciumwafelsis minder dan 1um. Op dit moment is 95% van de markt voor dunne-film SOI-siliciumwafels geconcentreerd in de maten 200 mm en 300 mm, en de drijvende kracht op de markt komt voornamelijk van producten met hoge snelheid en laag vermogen, vooral in microprocessortoepassingen. Bij geavanceerde processen onder 28 nm heeft volledig uitgeput silicium op isolator (FD-SOI) bijvoorbeeld duidelijke prestatievoordelen: een laag stroomverbruik, stralingsbescherming en hoge temperatuurbestendigheid. Tegelijkertijd kan het gebruik van SOI-oplossingen het productieproces aanzienlijk verkorten. De bovenste siliciumdikte van SOI-siliciumwafels met dikke film is groter dan 1 µm en de dikte van de begraven laag is 0,5-4 µm. Het wordt voornamelijk gebruikt in stroomapparatuur en MEMS-velden, vooral in industriële besturing, auto-elektronica, draadloze communicatie, enz., en maakt meestal gebruik van producten met een diameter van 150 mm en 200 mm.