Silicium wafer

Siliciummateriale er et fast materiale med visse elektriske halvlederegenskaber og fysisk stabilitet og giver substratunderstøttelse til den efterfølgende integrerede kredsløbsfremstillingsproces. Det er et nøglemateriale til siliciumbaserede integrerede kredsløb. Mere end 95% af halvlederenheder og mere end 90% af integrerede kredsløb i verden er lavet på siliciumwafers.

Ifølge de forskellige enkeltkrystalvækstmetoder er siliciumenkeltkrystaller opdelt i to typer: Czochralski (CZ) og flydende zone (FZ). Siliciumwafers kan groft opdeles i tre kategorier: polerede wafers, epitaksiale wafers og Silicon-On-Insulator (SOI).

Silikone poleringswafer

Silicium poleringswafer refererer til ensilicium waferdannet ved polering af overfladen. Det er en rund wafer med en tykkelse på mindre end 1 mm behandlet ved skæring, slibning, polering, rengøring og andre processer af en enkelt krystalstang. Det bruges hovedsageligt i integrerede kredsløb og diskrete enheder og indtager en vigtig position i halvlederindustriens kæde.

Når V-gruppe-elementer såsom fosfor, antimon, arsen, etc. doperes til siliciumenkeltkrystaller, vil der dannes ledende materialer af N-typen; når III gruppe elementer såsom bor doteres til silicium, vil P-type ledende materialer blive dannet. Resistiviteten af ​​siliciumenkeltkrystaller bestemmes af mængden af ​​dopingelementer doteret. Jo større dopingmængde, jo lavere modstand. Let doterede siliciumpoleringswafere refererer generelt til siliciumpoleringswafers med en resistivitet på mere end 0,1W·cm, som er meget udbredt til fremstilling af integrerede kredsløb og hukommelse i stor skala; Stærkt doterede silicium-poleringswafere refererer generelt til silicium-poleringswafers med en resistivitet på mindre end 0,1W·cm, som almindeligvis anvendes som substratmaterialer til epitaksiale siliciumwafers og er meget udbredt til fremstilling af halvledereffektenheder.

Silicium polerende wafersder danner et rent område på overfladen afsilicium wafersefter annealing varmebehandling kaldes silicium annealing wafers. De almindeligt anvendte er brintglødningswafere og argonglødningswafers. 300 mm silicium wafers og nogle 200 mm silicium wafers med højere krav kræver brug af dobbeltsidet poleringsproces. Derfor er den eksterne gettering-teknologi, der introducerer gettering-centret gennem bagsiden af ​​siliciumwaferen, svær at anvende. Den interne gettering-proces, der bruger annealing-processen til at danne det interne gettering-center, er blevet mainstream-gettering-processen for store siliciumwafere. Sammenlignet med almindelige polerede wafere kan udglødede wafere forbedre enhedens ydeevne og øge udbyttet og bruges i vid udstrækning til fremstilling af digitale og analoge integrerede kredsløb og hukommelseschips.

Det grundlæggende princip for zonesmeltende enkeltkrystalvækst er at stole på smeltens overfladespænding for at suspendere den smeltede zone mellem den polykrystallinske siliciumstang og den enkelte krystal, der dyrkes nedenfor, og rense og dyrke siliciumenkeltkrystaller ved at flytte den smeltede zone opad. Zonesmeltende siliciumenkeltkrystaller er ikke forurenet af digler og har høj renhed. De er velegnede til fremstilling af N-type siliciumenkeltkrystaller (inklusive neutrontransmutationsdoterede enkeltkrystaller) med resistivitet højere end 200Ω·cm og højresistens P-type siliciumenkeltkrystaller. Zonesmeltende siliciumenkeltkrystaller bruges hovedsageligt til fremstilling af højspændings- og højeffektenheder.

Silicium epitaksial wafer

Silicium epitaksial waferrefererer til et materiale, hvorpå et eller flere lag af silicium-enkeltkrystal-tynd film dyrkes ved dampfase epitaksial aflejring på et substrat, og det bruges hovedsageligt til at fremstille forskellige integrerede kredsløb og diskrete enheder.

I avancerede CMOS-integrerede kredsløbsprocesser, for at forbedre integriteten af ​​gateoxidlaget, forbedre lækage i kanalen og øge pålideligheden af ​​integrerede kredsløb, bruges epitaksiale siliciumskiver ofte, det vil sige et lag af silicium tynd film er homogent epitaksial dyrket på en let doteret silicium poleret wafer, som kan undgå manglerne ved højt oxygenindhold og mange defekter på overfladen af ​​almindelige silicium polerede wafers; mens for siliciumepitaksiale wafere, der anvendes til strømintegrerede kredsløb og diskrete enheder, dyrkes et lag af epitaksialt lag med høj resistivitet sædvanligvis epitaksialt på et siliciumsubstrat med lav resistivitet (stærkt doteret siliciumpoleret wafer). I højeffekt- og højspændingsapplikationsmiljøer kan siliciumsubstratets lave resistivitet reducere on-modstanden, og det epitaksiale lag med høj resistivitet kan øge enhedens nedbrydningsspænding.

SOI silicium wafer

SOI (Silicon-On-Insulator)er silicium på et isolerende lag. Det er en "sandwich"-struktur med et øverste siliciumlag (Top Silicon), et midterste siliciumdioxidbegravet lag (BOX) og en siliciumsubstratstøtte (håndtag) nedenfor. Som et nyt substratmateriale til fremstilling af integrerede kredsløb er den største fordel ved SOI, at det kan opnå høj elektrisk isolering gennem oxidlaget, hvilket effektivt vil reducere den parasitære kapacitans og lækage af siliciumwafers, hvilket er befordrende for produktionen af ​​høj- hastighed, lav-effekt, høj integration og høj pålidelighed ultra-storskala integrerede kredsløb, og er meget udbredt i højspændingseffektenheder, optiske passive enheder, MEMS og andre områder. På nuværende tidspunkt omfatter forberedelsesteknologien af ​​SOI-materialer hovedsageligt bindingsteknologi (BESOI), smart stripping-teknologi (Smart-Cut), oxygen-ion-implantationsteknologi (SIMOX), oxygen-injection bonding-teknologi (Simbond) osv. Den mest almindelige teknologi er smart stripningsteknologi.

SOI silicium waferskan yderligere opdeles i tyndfilm SOI silicium wafers og tyk film SOI silicium wafers. Tykkelsen af ​​den øverste silicium af tyndfilmSOI silicium waferser mindre end 1um. På nuværende tidspunkt er 95% af markedet for tyndfilm SOI-siliciumwafer koncentreret i 200 mm og 300 mm størrelser, og dets markedsdrivkraft kommer hovedsageligt fra højhastighedsprodukter med lav effekt, især i mikroprocessorapplikationer. For eksempel, i avancerede processer under 28nm, har fuldt udtømt silicium på isolator (FD-SOI) åbenlyse ydeevnefordele i form af lavt strømforbrug, strålingsbeskyttelse og høj temperaturbestandighed. Samtidig kan brugen af ​​SOI-løsninger reducere fremstillingsprocessen betydeligt. Den øverste siliciumtykkelse af tykfilm SOI siliciumskiver er større end 1um, og den nedgravede lagtykkelse er 0,5-4um. Det bruges hovedsageligt i kraftenheder og MEMS-områder, især inden for industriel kontrol, bilelektronik, trådløs kommunikation osv., og bruger normalt produkter med en diameter på 150 mm og 200 mm.