Кремниевая пластина

Кремниевый материал представляет собой твердый материал с определенными полупроводниковыми электрическими свойствами и физической стабильностью, который обеспечивает поддержку подложки для последующего процесса производства интегральных схем. Это ключевой материал для кремниевых интегральных схем. Более 95% полупроводниковых приборов и более 90% интегральных схем в мире изготавливаются на кремниевых пластинах.

В соответствии с различными методами выращивания монокристаллов монокристаллы кремния делятся на два типа: Чохральского (CZ) и плавающая зона (FZ). Кремниевые пластины можно условно разделить на три категории: полированные пластины, эпитаксиальные пластины и кремний на изоляторе (КНИ).

Кремниевая полировальная пластина

Кремниевая полирующая пластина относится ккремниевая пластинаобразуется путем полировки поверхности. Это круглая пластина толщиной менее 1 мм, обработанная путем резки, шлифовки, полировки, очистки и других процессов монокристаллического стержня. Он в основном используется в интегральных схемах и дискретных устройствах и занимает важное место в цепочке полупроводниковой промышленности.

Когда элементы V-группы, такие как фосфор, сурьма, мышьяк и т. д., легируются в монокристаллы кремния, образуются проводящие материалы N-типа; когда элементы III группы, такие как бор, легируются кремнием, образуются проводящие материалы P-типа. Удельное сопротивление монокристаллов кремния определяется количеством легирующих элементов. Чем больше количество легирования, тем ниже удельное сопротивление. Слаболегированные кремниевые полирующие пластины обычно относятся к кремниевым полирующим пластинам с удельным сопротивлением более 0,1 Вт·см, которые широко используются при производстве больших интегральных схем и памяти; Сильнолегированные кремниевые полирующие пластины обычно относятся к кремниевым полирующим пластинам с удельным сопротивлением менее 0,1 Вт·см, которые обычно используются в качестве материалов подложек для эпитаксиальных кремниевых пластин и широко используются в производстве полупроводниковых силовых устройств.

Кремниевые полировальные пластиныкоторые образуют чистую зону на поверхностикремниевые пластиныпосле отжига термообработки называются кремниевыми пластинами отжига. Обычно используются пластины для отжига в водороде и пластины для отжига в аргоне. Кремниевые пластины диаметром 300 мм и некоторые кремниевые пластины диаметром 200 мм с более высокими требованиями требуют использования процесса двусторонней полировки. Поэтому технология внешнего геттерирования, при которой геттерный центр вводится через заднюю часть кремниевой пластины, трудно применить. Процесс внутреннего геттерирования, в котором используется процесс отжига для формирования внутреннего геттерного центра, стал основным процессом геттерирования кремниевых пластин большого размера. По сравнению с обычными полированными пластинами отожженные пластины могут улучшить производительность устройства и увеличить выход продукции, а также широко используются в производстве цифровых и аналоговых интегральных схем и микросхем памяти.

Основной принцип выращивания монокристаллов с зонной плавкой заключается в том, чтобы полагаться на поверхностное натяжение расплава для удержания расплавленной зоны между стержнем поликристаллического кремния и монокристаллом, выращенным ниже, а также очистки и выращивания монокристаллов кремния путем перемещения расплавленной зоны вверх. Монокристаллы кремния зонной плавки не загрязняются тиглями и имеют высокую чистоту. Они подходят для производства монокристаллов кремния N-типа (включая монокристаллы, легированные нейтронной трансмутацией) с удельным сопротивлением выше 200 Ом·см и высокоомных монокристаллов кремния P-типа. Монокристаллы кремния зонной плавки в основном используются при изготовлении высоковольтных и мощных приборов.

Кремниевая эпитаксиальная пластина

Кремниевая эпитаксиальная пластинаотносится к материалу, на котором методом эпитаксиального осаждения из газовой фазы на подложку выращиваются один или несколько слоев тонкой пленки монокристалла кремния, и в основном используется для изготовления различных интегральных схем и дискретных устройств.

В передовых процессах интегральных схем КМОП, чтобы улучшить целостность оксидного слоя затвора, улучшить утечку в канале и повысить надежность интегральных схем, часто используются кремниевые эпитаксиальные пластины, то есть слой тонкой кремниевой пленки. однородно эпитаксиально выращенная на слегка легированной кремниевой полированной пластине, что позволяет избежать недостатков высокого содержания кислорода и многих дефектов на поверхности обычных кремниевых полированных пластин; в то время как для кремниевых эпитаксиальных пластин, используемых в силовых интегральных схемах и дискретных устройствах, слой эпитаксиального слоя с высоким удельным сопротивлением обычно эпитаксиально выращивается на кремниевой подложке с низким удельным сопротивлением (полированная пластина из сильнолегированного кремния). В средах с высокой мощностью и высоким напряжением низкое сопротивление кремниевой подложки может снизить сопротивление открытого состояния, а эпитаксиальный слой с высоким сопротивлением может увеличить напряжение пробоя устройства.

SOI кремниевая пластина

SOI (кремний на изоляторе)кремний на изолирующем слое. Это «сэндвич»-структура с верхним слоем кремния (Top Silicon), средним скрытым слоем диоксида кремния (BOX) и опорой кремниевой подложки (Handle) внизу. Основным преимуществом КНИ в качестве нового материала подложки для производства интегральных схем является то, что он может обеспечить высокую электрическую изоляцию за счет оксидного слоя, что эффективно снижает паразитную емкость и утечку кремниевых пластин, что способствует производству высокопроизводительных сверхбольшие интегральные схемы со скоростью, низким энергопотреблением, высокой степенью интеграции и высокой надежностью и широко используются в высоковольтных силовых устройствах, оптических пассивных устройствах, МЭМС и других областях. В настоящее время технология подготовки материалов КНИ в основном включает в себя технологию склеивания (BESOI), технологию интеллектуальной зачистки (Smart-Cut), технологию имплантации ионов кислорода (SIMOX), технологию склеивания с инжекцией кислорода (Simbond) и т. д. Наиболее распространенной технологией является интеллектуальная технология. технология зачистки.

Кремниевые пластины SOIВ дальнейшем их можно разделить на тонкопленочные кремниевые пластины КНИ и толстопленочные кремниевые пластины КНИ. Толщина верхнего кремния из тонкой пленкиКремниевые пластины SOIменьше 1 мкм. В настоящее время 95% рынка тонкопленочных кремниевых пластин SOI сконцентрировано в размерах 200 мм и 300 мм, а движущей силой рынка в основном являются высокоскоростные продукты с низким энергопотреблением, особенно в микропроцессорных приложениях. Например, в передовых процессах ниже 28 нм полностью обедненный кремний на изоляторе (FD-SOI) имеет очевидные преимущества в производительности, такие как низкое энергопотребление, радиационная защита и устойчивость к высоким температурам. В то же время использование решений КНИ позволяет значительно сократить производственный процесс. Толщина верхнего кремния толстопленочных кремниевых пластин SOI превышает 1 мкм, а толщина скрытого слоя составляет 0,5-4 мкм. Он в основном используется в силовых устройствах и областях MEMS, особенно в промышленном управлении, автомобильной электронике, беспроводной связи и т. д., и обычно использует изделия диаметром 150 мм и 200 мм.