Silicijeva rezina

Silicijev material je trden material z določenimi polprevodniškimi električnimi lastnostmi in fizično stabilnostjo ter zagotavlja podporo substrata za kasnejši proizvodni proces integriranega vezja. Je ključni material za integrirana vezja na osnovi silicija. Več kot 95 % polprevodniških naprav in več kot 90 % integriranih vezij na svetu je izdelanih na silicijevih rezinah.

Glede na različne metode rasti monokristalov so monokristali silicija razdeljeni na dve vrsti: Czochralski (CZ) in plavajoča cona (FZ). Silicijeve rezine lahko grobo razdelimo v tri kategorije: polirane rezine, epitaksialne rezine in silicij na izolatorju (SOI).

Silikonska polirna rezina

Silikonska polirna rezina se nanaša na asilikonska rezinanastala s poliranjem površine. To je okrogla rezina z debelino manj kot 1 mm, obdelana z rezanjem, brušenjem, poliranjem, čiščenjem in drugimi postopki enokristalne palice. Uporablja se predvsem v integriranih vezjih in diskretnih napravah ter zavzema pomemben položaj v verigi polprevodniške industrije.

Ko so elementi skupine V, kot so fosfor, antimon, arzen itd., dopirani v monokristal silicija, bodo nastali prevodni materiali tipa N; ko se elementi skupine III, kot je bor, dopirajo v silicij, bodo nastali prevodni materiali tipa P. Upornost monokristalov silicija je določena s količino dopiranih elementov. Večja kot je količina dopinga, manjša je upornost. Rahlo dopirane silicijeve polirne rezine se na splošno nanašajo na silicijeve polirne rezine z upornostjo večjo od 0,1 W·cm, ki se pogosto uporabljajo v proizvodnji obsežnih integriranih vezij in pomnilnika; močno dopirane silicijeve polirne rezine se na splošno nanašajo na silicijeve polirne rezine z upornostjo manjšo od 0,1 W·cm, ki se običajno uporabljajo kot substratni materiali za epitaksialne silicijeve rezine in se pogosto uporabljajo pri izdelavi polprevodniških močnostnih naprav.

Silikonske polirne rezineki tvorijo čisto območje na površinisilicijeve rezinetoplotno obdelavo po žarjenju imenujemo rezine za žarjenje silicija. Običajno uporabljeni so rezine za žarjenje z vodikom in rezine za žarjenje z argonom. 300 mm silicijeve rezine in nekatere 200 mm silicijeve rezine z višjimi zahtevami zahtevajo uporabo postopka dvostranskega poliranja. Zato je zunanjo pridobivalno tehnologijo, ki uvaja pridobivalno središče skozi zadnjo stran silicijeve rezine, težko uporabiti. Notranji postopek pridobivanja, ki uporablja postopek žarjenja za oblikovanje notranjega centra pridobivanja, je postal glavni postopek pridobivanja za silicijeve rezine velikih velikosti. V primerjavi s splošnimi poliranimi rezinami lahko žarjene rezine izboljšajo delovanje naprave in povečajo izkoristek ter se pogosto uporabljajo v proizvodnji digitalnih in analognih integriranih vezij ter pomnilniških čipov.

Osnovno načelo rasti monokristala s conskim taljenjem je zanašanje na površinsko napetost taline, da se staljena cona suspendira med polikristalno silicijevo palico in monokristalom, ki raste spodaj, ter očisti in raste monokristal silicija s premikanjem staljene cone navzgor. Monokristali silicija s conskim taljenjem niso onesnaženi z lončki in imajo visoko čistost. Primerni so za proizvodnjo silicijevih monokristalov N-tipa (vključno z nevtronsko transmutacijo dopiranih monokristalov) z upornostjo, višjo od 200Ω·cm, in visokoodpornih silicijevih monokristalov tipa P. Monokristali silicija s conskim taljenjem se večinoma uporabljajo pri izdelavi visokonapetostnih in močnostnih naprav.

Silicijeva epitaksialna rezina

Silicijeva epitaksialna rezinase nanaša na material, na katerem je ena ali več plasti silicijevega monokristalnega tankega filma zrasla z epitaksialnim nanašanjem v parni fazi na podlago, in se v glavnem uporablja za izdelavo različnih integriranih vezij in diskretnih naprav.

V naprednih procesih integriranega vezja CMOS se za izboljšanje celovitosti oksidne plasti vrat, izboljšanje puščanja v kanalu in povečanje zanesljivosti integriranih vezij pogosto uporabljajo silicijeve epitaksialne rezine, to je plast silicijevega tankega filma. homogeno epitaksialno zrasla na rahlo dopirani silicijevi polirani rezini, ki se lahko izogne ​​pomanjkljivostim visoke vsebnosti kisika in številnim napakam na površini splošnih silicijevih poliranih rezin; medtem ko je za silicijeve epitaksialne rezine, ki se uporabljajo za močna integrirana vezja in diskretne naprave, plast epitaksialne plasti z visoko upornostjo običajno epitaksialno zrasla na silicijevem substratu z nizko upornostjo (močno dopirana silicijeva polirana rezina). V okoljih uporabe z visoko močjo in visoko napetostjo lahko nizka upornost silicijevega substrata zmanjša upor pri vklopu, epitaksialna plast z visoko upornostjo pa lahko poveča prebojno napetost naprave.

Silicijeva rezina SOI

SOI (Silicij na izolatorju)je silicij na izolacijski plasti. To je "sendvič" struktura z zgornjo plastjo silicija (Top Silicon), srednjo plastjo s silicijevim dioksidom (BOX) in podlago za silicijev substrat (Handle) spodaj. Glavna prednost SOI kot novega substratnega materiala za proizvodnjo integriranih vezij je, da lahko doseže visoko električno izolacijo skozi oksidno plast, kar bo učinkovito zmanjšalo parazitsko kapacitivnost in puščanje silicijevih rezin, kar je ugodno za proizvodnjo visokokakovostnih rezin. ultra velika integrirana vezja z visoko hitrostjo, nizko porabo energije, visoko integracijo in visoko zanesljivostjo ter se pogosto uporablja v visokonapetostnih močnostnih napravah, optičnih pasivnih napravah, MEMS in drugih področjih. Trenutno tehnologija priprave materialov SOI vključuje predvsem tehnologijo lepljenja (BESOI), tehnologijo pametnega odstranjevanja (Smart-Cut), tehnologijo implantacije kisikovih ionov (SIMOX), tehnologijo vezave z vbrizgavanjem kisika (Simbond) itd. Najbolj razširjena tehnologija je pametna tehnologija odstranjevanja.

SOI silicijeve rezinelahko nadalje razdelimo na tankoplastne silicijeve rezine SOI in debeloslojne silicijeve rezine SOI. Debelina zgornjega silicija tankega filmaSOI silicijeve rezineje manj kot 1 um. Trenutno je 95 % trga tankoplastnih silicijevih rezin SOI skoncentriranih v velikostih 200 mm in 300 mm, njegova tržna gonilna sila pa izvira predvsem iz hitrih izdelkov z nizko porabo energije, zlasti v mikroprocesorskih aplikacijah. Na primer, pri naprednih procesih pod 28 n ima popolnoma osiromašen silicij na izolatorju (FD-SOI) očitne prednosti pri nizki porabi energije, zaščiti pred sevanjem in odpornosti na visoke temperature. Hkrati lahko uporaba SOI rešitev močno skrajša proizvodni proces. Zgornja debelina silicija debeloslojnih silicijevih rezin SOI je večja od 1 um, debelina zakopane plasti pa je 0,5-4 um. Uporablja se predvsem v močnostnih napravah in na področjih MEMS, zlasti v industrijskem nadzoru, avtomobilski elektroniki, brezžičnih komunikacijah itd., in običajno uporablja izdelke s premerom 150 mm in 200 mm.