Wafer Silikon

Bahan silikon adalah bahan padat dengan sifat listrik semikonduktor dan stabilitas fisik tertentu, serta memberikan dukungan substrat untuk proses pembuatan sirkuit terpadu selanjutnya. Ini adalah bahan utama untuk sirkuit terpadu berbasis silikon. Lebih dari 95% perangkat semikonduktor dan lebih dari 90% sirkuit terpadu di dunia dibuat dari wafer silikon.

Menurut metode pertumbuhan kristal tunggal yang berbeda, kristal tunggal silikon dibagi menjadi dua jenis: Czochralski (CZ) dan zona mengambang (FZ). Wafer silikon secara kasar dapat dibagi menjadi tiga kategori: wafer poles, wafer epitaksi, dan Silicon-On-insulator (SOI).

Wafer pemoles silikon

Wafer pemoles silikon mengacu pada awafer silikondibentuk dengan memoles permukaannya. Ini adalah wafer bundar dengan ketebalan kurang dari 1 mm yang diproses dengan memotong, menggiling, memoles, membersihkan, dan proses lainnya dari satu batang kristal. Ini terutama digunakan dalam sirkuit terpadu dan perangkat diskrit dan menempati posisi penting dalam rantai industri semikonduktor.

Ketika unsur golongan V seperti fosfor, antimon, arsenik, dll. diolah menjadi kristal tunggal silikon, bahan konduktif tipe N akan terbentuk; ketika unsur golongan III seperti boron didoping menjadi silikon, bahan konduktif tipe P akan terbentuk. Resistivitas kristal tunggal silikon ditentukan oleh jumlah elemen doping yang didoping. Semakin besar jumlah doping, semakin rendah resistivitasnya. Wafer pemoles silikon yang didoping ringan umumnya mengacu pada wafer pemoles silikon dengan resistivitas lebih dari 0,1W·cm, yang banyak digunakan dalam pembuatan sirkuit dan memori terpadu skala besar; wafer pemoles silikon yang didoping berat umumnya mengacu pada wafer pemoles silikon dengan resistivitas kurang dari 0,1W·cm, yang umumnya digunakan sebagai bahan substrat untuk wafer silikon epitaksi dan banyak digunakan dalam pembuatan perangkat daya semikonduktor.

Wafer pemoles silikonyang membentuk area bersih pada permukaannyawafer silikonsetelah perlakuan panas anil disebut wafer anil silikon. Yang umum digunakan adalah wafer anil hidrogen dan wafer anil argon. Wafer silikon 300 mm dan beberapa wafer silikon 200 mm dengan persyaratan lebih tinggi memerlukan penggunaan proses pemolesan dua sisi. Oleh karena itu, teknologi gettering eksternal yang memasukkan pusat gettering melalui bagian belakang wafer silikon sulit diterapkan. Proses pengambilan internal yang menggunakan proses anil untuk membentuk pusat pengambilan internal telah menjadi proses pengambilan utama untuk wafer silikon ukuran besar. Dibandingkan dengan wafer poles pada umumnya, wafer anil dapat meningkatkan kinerja perangkat dan meningkatkan hasil, dan banyak digunakan dalam pembuatan sirkuit terpadu digital dan analog serta chip memori.

Prinsip dasar pertumbuhan kristal tunggal peleburan zona adalah dengan mengandalkan tegangan permukaan lelehan untuk menangguhkan zona cair antara batang silikon polikristalin dan kristal tunggal yang tumbuh di bawahnya, serta memurnikan dan menumbuhkan kristal tunggal silikon dengan menggerakkan zona cair ke atas. Kristal tunggal silikon peleburan zona tidak terkontaminasi oleh cawan lebur dan memiliki kemurnian tinggi. Mereka cocok untuk produksi kristal tunggal silikon tipe-N (termasuk kristal tunggal yang didoping transmutasi neutron) dengan resistivitas lebih tinggi dari 200Ω·cm dan kristal tunggal silikon tipe-P dengan resistansi tinggi. Kristal tunggal silikon peleburan zona terutama digunakan dalam pembuatan perangkat bertegangan tinggi dan berdaya tinggi.

Wafer epitaksi silikon

Wafer epitaksi silikonmengacu pada bahan di mana satu atau lebih lapisan film tipis kristal tunggal silikon ditumbuhkan melalui pengendapan epitaksi fase uap pada substrat, dan terutama digunakan untuk memproduksi berbagai sirkuit terpadu dan perangkat diskrit.

Dalam proses sirkuit terpadu CMOS tingkat lanjut, untuk meningkatkan integritas lapisan oksida gerbang, memperbaiki kebocoran saluran, dan meningkatkan keandalan sirkuit terpadu, wafer epitaksi silikon sering digunakan, yaitu lapisan film tipis silikon. epitaksi homogen yang ditumbuhkan pada wafer poles silikon yang didoping ringan, yang dapat menghindari kekurangan kandungan oksigen tinggi dan banyak cacat pada permukaan wafer poles silikon umum; sedangkan untuk wafer epitaksi silikon yang digunakan untuk sirkuit terpadu daya dan perangkat diskrit, lapisan lapisan epitaksi resistivitas tinggi biasanya ditumbuhkan pada substrat silikon resistivitas rendah (wafer poles silikon yang diolah dengan berat). Dalam lingkungan aplikasi berdaya tinggi dan bertegangan tinggi, resistivitas rendah dari substrat silikon dapat mengurangi resistansi, dan lapisan epitaksi resistivitas tinggi dapat meningkatkan tegangan rusaknya perangkat.

Wafer silikon SOI

SOI (Silikon-Pada-Insulator)adalah silikon pada lapisan isolasi. Ini adalah struktur "sandwich" dengan lapisan silikon atas (Silikon Atas), lapisan terkubur silikon dioksida tengah (BOX) dan pendukung substrat silikon (Pegangan) di bawahnya. Sebagai bahan substrat baru untuk pembuatan sirkuit terpadu, keunggulan utama SOI adalah dapat mencapai isolasi listrik yang tinggi melalui lapisan oksida, yang secara efektif akan mengurangi kapasitansi parasit dan kebocoran wafer silikon, sehingga kondusif untuk produksi high-- sirkuit terpadu skala ultra-besar yang berkecepatan tinggi, berdaya rendah, integrasi tinggi, dan keandalan tinggi, dan banyak digunakan pada perangkat daya tegangan tinggi, perangkat pasif optik, MEMS, dan bidang lainnya. Saat ini, teknologi preparasi material SOI terutama mencakup teknologi bonding (BESOI), teknologi smart stripping (Smart-Cut), teknologi implantasi ion oksigen (SIMOX), teknologi bonding injeksi oksigen (Simbond), dll. Teknologi yang paling mainstream adalah smart teknologi pengupasan.

Wafer silikon SOIdapat dibagi lagi menjadi wafer silikon SOI film tipis dan wafer silikon SOI film tebal. Ketebalan silikon atas film tipisWafer silikon SOIkurang dari 1um. Saat ini, 95% pasar wafer silikon SOI film tipis terkonsentrasi pada ukuran 200mm dan 300mm, dan kekuatan pendorong pasarnya terutama berasal dari produk berkecepatan tinggi dan berdaya rendah, terutama dalam aplikasi mikroprosesor. Misalnya, dalam proses lanjutan di bawah 28nm, silikon pada isolator (FD-SOI) yang sepenuhnya habis memiliki keunggulan kinerja yang jelas berupa konsumsi daya yang rendah, proteksi radiasi, dan ketahanan suhu tinggi. Pada saat yang sama, penggunaan solusi SOI dapat sangat mengurangi proses produksi. Ketebalan silikon atas wafer silikon SOI film tebal lebih besar dari 1um, dan ketebalan lapisan terkubur adalah 0,5-4um. Hal ini terutama digunakan dalam perangkat listrik dan bidang MEMS, terutama dalam kontrol industri, elektronik otomotif, komunikasi nirkabel, dll., dan biasanya menggunakan produk berdiameter 150mm dan 200mm.