W rozwijającym się procesie rozwoju przemysłu półprzewodnikowego polerowany monokryształwafle krzemoweodgrywają kluczową rolę. Są podstawowym materiałem do produkcji różnych urządzeń mikroelektronicznych. Od złożonych i precyzyjnych układów scalonych po szybkie mikroprocesory i wielofunkcyjne czujniki, polerowany monokryształwafle krzemowesą niezbędne. Różnice w ich wydajności i specyfikacjach bezpośrednio wpływają na jakość i wydajność produktów końcowych. Poniżej przedstawiono typowe specyfikacje i parametry polerowanych monokrystalicznych płytek krzemowych:

Średnica: Rozmiar półprzewodnikowych monokrystalicznych płytek krzemowych jest mierzony ich średnicą i występują w różnych specyfikacjach. Typowe średnice to 2 cale (50,8 mm), 3 cale (76,2 mm), 4 cale (100 mm), 5 cali (125 mm), 6 cali (150 mm), 8 cali (200 mm), 12 cali (300 mm) i 18 cali (450 mm). Różne średnice są dostosowane do różnych potrzeb produkcyjnych i wymagań procesowych. Na przykład płytki o mniejszej średnicy są powszechnie stosowane do specjalnych, mikroelektronicznych urządzeń o małej objętości, podczas gdy płytki o większej średnicy wykazują wyższą wydajność produkcji i korzyści kosztowe w produkcji układów scalonych na dużą skalę. Wymagania dotyczące powierzchni są klasyfikowane jako jednostronnie polerowane (SSP) i dwustronnie polerowane (DSP). Jednostronnie polerowane płytki są stosowane do urządzeń wymagających dużej płaskości po jednej stronie, takich jak niektóre czujniki. Dwustronnie polerowane wafle są powszechnie stosowane w układach scalonych i innych produktach wymagających wysokiej precyzji na obu powierzchniach. Wymagania powierzchniowe (wykończenie): Jednostronnie polerowane SSP / Dwustronnie polerowane DSP.

Typ/Dopant: (1) Półprzewodnik typu N: Gdy pewne atomy zanieczyszczeń zostaną wprowadzone do półprzewodnika wewnętrznego, zmieniają jego przewodnictwo. Na przykład, gdy dodane zostaną pierwiastki pięciowartościowe, takie jak azot (N), fosfor (P), arsen (As) lub antymon (Sb), ich elektrony walencyjne tworzą wiązania kowalencyjne z elektronami walencyjnymi otaczających atomów krzemu, pozostawiając dodatkowy elektron niezwiązany wiązaniem kowalencyjnym. Powoduje to stężenie elektronów większe niż stężenie dziur, tworząc półprzewodnik typu N, znany również jako półprzewodnik typu elektronowego. Półprzewodniki typu N są kluczowe w produkcji urządzeń, które wymagają elektronów jako głównych nośników ładunku, takich jak niektóre urządzenia zasilające. (2) Półprzewodnik typu P: Gdy do półprzewodnika krzemowego wprowadza się trójwartościowe pierwiastki domieszkowe, takie jak bor (B), gal (Ga) lub ind (In), elektrony walencyjne atomów domieszkowych tworzą wiązania kowalencyjne z otaczającymi atomami krzemu, ale brakuje im co najmniej jednego elektronu walencyjnego i nie mogą utworzyć pełnego wiązania kowalencyjnego. Prowadzi to do stężenia dziur większego niż stężenie elektronów, tworząc półprzewodnik typu P, znany również jako półprzewodnik typu dziurowego. Półprzewodniki typu P odgrywają kluczową rolę w produkcji urządzeń, w których dziury służą jako główne nośniki ładunku, takich jak diody i niektóre tranzystory.

Rezystywność: Rezystywność jest kluczową wielkością fizyczną, która mierzy przewodnictwo elektryczne polerowanych monokrystalicznych płytek krzemowych. Jej wartość odzwierciedla właściwości przewodzące materiału. Im niższa rezystywność, tym lepsza przewodność płytki krzemowej; odwrotnie, im wyższa rezystywność, tym gorsza przewodność. Rezystywność płytek krzemowych jest określana przez ich wrodzone właściwości materiałowe, a temperatura ma również znaczący wpływ. Zasadniczo rezystywność płytek krzemowych wzrasta wraz z temperaturą. W zastosowaniach praktycznych różne urządzenia mikroelektroniczne mają różne wymagania dotyczące rezystywności dla płytek krzemowych. Na przykład płytki stosowane w produkcji układów scalonych wymagają precyzyjnej kontroli rezystywności, aby zapewnić stabilną i niezawodną pracę urządzenia.

Orientacja: Orientacja kryształu wafla reprezentuje kierunek krystalograficzny sieci krzemowej, zwykle określany przez indeksy Millera, takie jak (100), (110), (111) itd. Różne orientacje kryształu mają różne właściwości fizyczne, takie jak gęstość linii, która zmienia się w zależności od orientacji. Ta różnica może mieć wpływ na wydajność wafla w kolejnych etapach przetwarzania i na ostateczną wydajność urządzeń mikroelektronicznych. W procesie produkcyjnym wybór wafla krzemowego o odpowiedniej orientacji dla różnych wymagań urządzenia może zoptymalizować wydajność urządzenia, poprawić wydajność produkcji i poprawić jakość produktu.

Płaski/Wycięcie: Płaska krawędź (Flat) lub wycięcie w kształcie litery V (Notch) na obwodzie wafla krzemowego odgrywa kluczową rolę w wyrównaniu orientacji kryształu i jest ważnym identyfikatorem w produkcji i przetwarzaniu wafla. Wafle o różnych średnicach odpowiadają różnym standardom długości płaskiej lub wycięcia. Krawędzie wyrównania są klasyfikowane jako płaskie pierwotne i płaskie wtórne. Płaskie pierwotne służy głównie do określania podstawowej orientacji kryształu i odniesienia przetwarzania wafla, podczas gdy płaskie wtórne dodatkowo pomagają w precyzyjnym wyrównaniu i przetwarzaniu, zapewniając dokładne działanie i spójność wafla w całej linii produkcyjnej.

Grubość: Grubość wafla jest zazwyczaj określana w mikrometrach (μm), przy czym typowe zakresy grubości mieszczą się w przedziale od 100μm do 1000μm. Wafle o różnych grubościach nadają się do różnych typów urządzeń mikroelektronicznych. Cieńsze wafle (np. 100μm – 300μm) są często używane do produkcji układów scalonych, która wymaga ścisłej kontroli grubości, co zmniejsza rozmiar i wagę układu scalonego oraz zwiększa gęstość integracji. Grubsze wafle (np. 500μm – 1000μm) są szeroko stosowane w urządzeniach wymagających większej wytrzymałości mechanicznej, takich jak półprzewodnikowe urządzenia mocy, aby zapewnić stabilność podczas pracy.

Chropowatość powierzchni: Chropowatość powierzchni jest jednym z kluczowych parametrów oceny jakości wafli, ponieważ bezpośrednio wpływa na przyczepność między waflem a osadzonymi później cienkimi warstwami materiałów, a także na parametry elektryczne urządzenia. Zazwyczaj wyraża się ją jako średnią kwadratową (RMS) chropowatości (w nm). Niższa chropowatość powierzchni oznacza, że ​​powierzchnia wafla jest gładsza, co pomaga zmniejszyć zjawiska takie jak rozpraszanie elektronów i poprawia wydajność i niezawodność urządzenia. W zaawansowanych procesach produkcji półprzewodników wymagania dotyczące chropowatości powierzchni stają się coraz bardziej rygorystyczne, szczególnie w przypadku produkcji układów scalonych wysokiej klasy, gdzie chropowatość powierzchni musi być kontrolowana do kilku nanometrów lub nawet niżej.

Całkowita zmienność grubości (TTV): Całkowita zmienność grubości odnosi się do różnicy między maksymalną i minimalną grubością mierzoną w wielu punktach na powierzchni wafla, zwykle wyrażoną w μm. Wysoka TTV może prowadzić do odchyleń w procesach, takich jak fotolitografia i trawienie, wpływając na spójność i wydajność działania urządzenia. Dlatego kontrolowanie TTV podczas produkcji wafli jest kluczowym krokiem w zapewnianiu jakości produktu. W przypadku produkcji precyzyjnych urządzeń mikroelektronicznych TTV zwykle musi mieścić się w granicach kilku mikrometrów.

Łuk: Łuk odnosi się do odchylenia między powierzchnią płytki a idealną płaską płaszczyzną, zwykle mierzoną w μm. Płytki z nadmiernym wygięciem mogą pękać lub doświadczać nierównomiernego naprężenia podczas późniejszego przetwarzania, co wpływa na wydajność produkcji i jakość produktu. Szczególnie w procesach wymagających wysokiej płaskości, takich jak fotolitografia, wygięcie musi być kontrolowane w określonym zakresie, aby zapewnić dokładność i spójność wzoru fotolitograficznego.

Osnowa: Osnowa oznacza odchylenie między powierzchnią wafla a idealnym kształtem kulistym, mierzonym również w μm. Podobnie jak łuk, osnowa jest ważnym wskaźnikiem płaskości wafla. Nadmierna osnowa nie tylko wpływa na dokładność umieszczania wafla w sprzęcie przetwórczym, ale może również powodować problemy w procesie pakowania układu scalonego, takie jak słabe wiązanie między układem scalonym a materiałem opakowaniowym, co z kolei wpływa na niezawodność urządzenia. W produkcji półprzewodników wysokiej klasy wymagania dotyczące osnowy stają się coraz bardziej rygorystyczne, aby sprostać wymaganiom zaawansowanych procesów produkcji i pakowania układów scalonych.

Profil krawędzi: Profil krawędzi wafla jest krytyczny dla jego późniejszego przetwarzania i obsługi. Zazwyczaj jest on określony przez Strefę Wykluczenia Krawędzi (EEZ), która definiuje odległość od krawędzi wafla, w której przetwarzanie jest niedozwolone. Prawidłowo zaprojektowany profil krawędzi i precyzyjna kontrola EEZ pomagają uniknąć wad krawędzi, koncentracji naprężeń i innych problemów podczas przetwarzania, poprawiając ogólną jakość i wydajność wafla. W niektórych zaawansowanych procesach produkcyjnych wymagana jest precyzja profilu krawędzi na poziomie submikronowym.

Liczba cząstek: Liczba i rozkład wielkości cząstek na powierzchni wafla znacząco wpływają na wydajność urządzeń mikroelektronicznych. Nadmierne lub duże cząstki mogą prowadzić do awarii urządzeń, takich jak zwarcia lub wycieki, zmniejszając wydajność produktu. Dlatego liczbę cząstek zwykle mierzy się, licząc cząstki na jednostkę powierzchni, np. liczbę cząstek większych niż 0,3 μm. Ścisła kontrola liczby cząstek podczas produkcji wafli jest niezbędnym środkiem zapewniającym jakość produktu. Zaawansowane technologie czyszczenia i czyste środowisko produkcyjne są wykorzystywane do minimalizacji zanieczyszczenia cząstkami na powierzchni wafla.

Produkcja powiązana

Monokrystaliczny wafel krzemowy Typ podłoża Si N/P Opcjonalny wafel z węglika krzemu

Wafer FZ CZ Si w magazynie Wafer krzemowy 12 cali Prime lub Test