Silikónová doska

Kremíkový materiál je pevný materiál s určitými polovodičovými elektrickými vlastnosťami a fyzikálnou stabilitou a poskytuje substrátovú podporu pre následný proces výroby integrovaného obvodu. Je to kľúčový materiál pre integrované obvody na báze kremíka. Viac ako 95 % polovodičových zariadení a viac ako 90 % integrovaných obvodov na svete je vyrobených na kremíkových doštičkách.

Podľa rôznych metód rastu monokryštálov sa kremíkové monokryštály delia na dva typy: Czochralski (CZ) a plávajúca zóna (FZ). Kremíkové doštičky možno zhruba rozdeliť do troch kategórií: leštené doštičky, epitaxné doštičky a kremíkový izolátor (SOI).

Silikónový leštiaci plátok

Kremíkový leštiaci plátok sa vzťahuje na akremíkový plátokvytvorený leštením povrchu. Ide o okrúhlu doštičku s hrúbkou menšou ako 1 mm spracovanú rezaním, brúsením, leštením, čistením a inými procesmi monokryštálovej tyčinky. Používa sa hlavne v integrovaných obvodoch a diskrétnych zariadeniach a zaujíma dôležité postavenie v reťazci polovodičového priemyslu.

Keď sa prvky skupiny V, ako je fosfor, antimón, arzén atď., dopujú do monokryštálov kremíka, vytvoria sa vodivé materiály typu N; keď sa prvky skupiny III, ako je bór, dopujú do kremíka, vytvoria sa vodivé materiály typu P. Odpor monokryštálov kremíka je určený množstvom dopovaných prvkov. Čím väčšie je množstvo dopingu, tým nižší je odpor. Mierne dopované kremíkové leštiace doštičky vo všeobecnosti označujú kremíkové leštiace doštičky s odporom vyšším ako 0,1 W·cm, ktoré sa široko používajú pri výrobe rozsiahlych integrovaných obvodov a pamätí; silne dopované kremíkové leštiace doštičky vo všeobecnosti označujú kremíkové leštiace doštičky s merným odporom menším ako 0,1 W·cm, ktoré sa všeobecne používajú ako podkladové materiály pre epitaxné kremíkové doštičky a sú široko používané pri výrobe polovodičových energetických zariadení.

Silikónové leštiace doštičkyktoré tvoria čistú oblasť na povrchukremíkové doštičkypo tepelnom spracovaní žíhaním sa nazývajú kremíkové žíhacie doštičky. Bežne používané sú doštičky na žíhanie vodíkom a doštičky na žíhanie argónom. 300 mm kremíkové doštičky a niektoré 200 mm kremíkové doštičky s vyššími požiadavkami vyžadujú použitie obojstranného procesu leštenia. Preto je ťažké použiť externú getrovaciu technológiu, ktorá zavádza getrovacie centrum cez zadnú stranu kremíkového plátku. Vnútorný getrovací proces, ktorý využíva proces žíhania na vytvorenie vnútorného getrovacieho centra, sa stal hlavným prúdom getrovacieho procesu pre veľké kremíkové doštičky. V porovnaní so všeobecnými leštenými doštičkami môžu žíhané doštičky zlepšiť výkon zariadenia a zvýšiť výťažnosť a sú široko používané pri výrobe digitálnych a analógových integrovaných obvodov a pamäťových čipov.

Základným princípom rastu monokryštálov pri zónovom tavení je spoliehať sa na povrchové napätie taveniny, aby sa suspendovala roztavená zóna medzi tyčou polykryštalického kremíka a monokryštálom rastúcim pod ňou, a aby sa monokryštály kremíka vyčistili a rozrástli pohybom roztavenej zóny nahor. Zónové tavné kremíkové monokryštály nie sú kontaminované téglikami a majú vysokú čistotu. Sú vhodné na výrobu kremíkových monokryštálov typu N (vrátane monokryštálov dopovaných neutrónovou transmutáciou) s merným odporom vyšším ako 200Ω·cm a vysoko odolných kremíkových monokryštálov typu P. Zónové tavné kremíkové monokryštály sa používajú hlavne pri výrobe vysokonapäťových a vysokovýkonných zariadení.

Silikónová epitaxná doska

Silikónová epitaxná doskaVýraz "vrstva" sa týka materiálu, na ktorom sa pestuje jedna alebo viac vrstiev tenkého filmu kremíkového monokryštálu pomocou epitaxiálneho nanášania v plynnej fáze na substrát a používa sa hlavne na výrobu rôznych integrovaných obvodov a diskrétnych zariadení.

V pokročilých procesoch integrovaných obvodov CMOS, aby sa zlepšila integrita hradlovej oxidovej vrstvy, zlepšila sa netesnosť v kanáli a zvýšila sa spoľahlivosť integrovaných obvodov, často sa používajú kremíkové epitaxné doštičky, to znamená vrstva kremíkového tenkého filmu. homogénne epitaxné pestované na jemne dopovanom kremíku leštenom plátku, ktorý môže zabrániť nedostatkom vysokého obsahu kyslíka a mnohým defektom na povrchu všeobecných kremíkových leštených plátkov; zatiaľ čo v prípade kremíkových epitaxných plátkov používaných pre výkonové integrované obvody a diskrétne zariadenia je vrstva epitaxnej vrstvy s vysokým odporom zvyčajne epitaxiálna narastená na silikónovom substráte s nízkym odporom (silne dopovaný kremíkový leštený plátok). Vo vysokovýkonných a vysokonapäťových aplikačných prostrediach môže nízky odpor kremíkového substrátu znížiť odpor a epitaxiálna vrstva s vysokým odporom môže zvýšiť prierazné napätie zariadenia.

SOI kremíkový plátok

SOI (Silicon-On-Insulator)je kremík na izolačnej vrstve. Ide o „sendvičovú“ štruktúru s vrchnou vrstvou kremíka (Top Silicon), strednou vrstvou oxidu kremičitého (BOX) a podložkou z kremíkového substrátu (Rukoväť). Ako nový substrátový materiál pre výrobu integrovaných obvodov je hlavnou výhodou SOI to, že môže dosiahnuť vysokú elektrickú izoláciu cez vrstvu oxidu, čo účinne zníži parazitnú kapacitu a únik kremíkových doštičiek, čo vedie k výrobe vysokovýkonných rýchlostné, nízkoenergetické, vysokointegračné a vysoko spoľahlivé ultraveľké integrované obvody a je široko používaný vo vysokonapäťových energetických zariadeniach, optických pasívnych zariadeniach, MEMS a iných oblastiach. V súčasnosti technológia prípravy SOI materiálov zahŕňa najmä technológiu lepenia (BESOI), technológiu smart stripping (Smart-Cut), technológiu kyslíkovej iónovej implantácie (SIMOX), technológiu spájania vstrekovaním kyslíka (Simbond) atď. Najbežnejšou technológiou je smart stripovacia technológia.

kremíkové doštičky SOImožno ďalej rozdeliť na tenkovrstvové kremíkové doštičky SOI a hrubovrstvové kremíkové doštičky SOI. Hrúbka vrchného kremíka z tenkej vrstvykremíkové doštičky SOIje menej ako 1 um. V súčasnosti sa 95 % trhu tenkovrstvových kremíkových plátkov SOI sústreďuje na veľkosti 200 mm a 300 mm a jeho hnacia sila na trhu pochádza najmä z vysokorýchlostných produktov s nízkou spotrebou energie, najmä v mikroprocesorových aplikáciách. Napríklad v pokročilých procesoch pod 28 nm má úplne ochudobnený kremík na izolátore (FD-SOI) zjavné výkonnostné výhody v podobe nízkej spotreby energie, ochrany pred žiarením a odolnosti voči vysokej teplote. Využitie SOI riešení zároveň môže značne zredukovať výrobný proces. Horná hrúbka kremíka hrubovrstvových kremíkových plátkov SOI je väčšia ako 1 um a hrúbka vnorenej vrstvy je 0,5 až 4 um. Používa sa hlavne v energetických zariadeniach a oblastiach MEMS, najmä v priemyselnom riadení, automobilovej elektronike, bezdrôtovej komunikácii atď., a zvyčajne používa produkty s priemerom 150 mm a 200 mm.