Bolacha de Silício

O material de silício é um material sólido com certas propriedades elétricas semicondutoras e estabilidade física e fornece suporte de substrato para o processo subsequente de fabricação de circuitos integrados. É um material chave para circuitos integrados baseados em silício. Mais de 95% dos dispositivos semicondutores e mais de 90% dos circuitos integrados no mundo são feitos em pastilhas de silício.

De acordo com os diferentes métodos de crescimento de monocristais, os monocristais de silício são divididos em dois tipos: Czochralski (CZ) e zona flutuante (FZ). Os wafers de silício podem ser divididos em três categorias: wafers polidos, wafers epitaxiais e isolador de silício (SOI).

Wafer de polimento de silicone

Wafer de polimento de silicone refere-se a umbolacha de silícioformado pelo polimento da superfície. É um wafer redondo com espessura inferior a 1 mm processado por corte, retificação, polimento, limpeza e outros processos de uma única haste de cristal. É utilizado principalmente em circuitos integrados e dispositivos discretos e ocupa uma posição importante na cadeia da indústria de semicondutores.

Quando elementos do grupo V, como fósforo, antimônio, arsênico, etc. são dopados em monocristais de silício, materiais condutores do tipo N serão formados; quando elementos do grupo III, como o boro, são dopados em silício, materiais condutores do tipo P serão formados. A resistividade dos monocristais de silício é determinada pela quantidade de elementos dopantes dopados. Quanto maior a quantidade de dopagem, menor a resistividade. Wafers de polimento de silício levemente dopados geralmente se referem a wafers de polimento de silício com resistividade superior a 0,1 W·cm, que são amplamente utilizados na fabricação de circuitos integrados e memória em grande escala; wafers de polimento de silício fortemente dopados geralmente se referem a wafers de polimento de silício com resistividade inferior a 0,1 W · cm, que são geralmente usados ​​​​como materiais de substrato para wafers de silício epitaxiais e são amplamente utilizados na fabricação de dispositivos de energia semicondutores.

Wafers de polimento de siliconeque formam uma área limpa na superfície dobolachas de silícioapós o tratamento térmico de recozimento são chamados de wafers de recozimento de silício. Os comumente usados ​​são wafers de recozimento de hidrogênio e wafers de recozimento de argônio. Wafers de silício de 300 mm e alguns wafers de silício de 200 mm com requisitos mais elevados requerem o uso de processo de polimento dupla-face. Portanto, a tecnologia de obtenção externa que introduz o centro de obtenção através da parte traseira do wafer de silício é difícil de aplicar. O processo de obtenção interna que usa o processo de recozimento para formar o centro de obtenção interno tornou-se o processo de obtenção principal para wafers de silício de grande porte. Em comparação com os wafers polidos em geral, os wafers recozidos podem melhorar o desempenho do dispositivo e aumentar o rendimento, e são amplamente utilizados na fabricação de circuitos integrados digitais e analógicos e chips de memória.

O princípio básico do crescimento de cristal único por fusão de zona é confiar na tensão superficial do fundido para suspender a zona fundida entre a haste de silício policristalino e o cristal único crescido abaixo, e purificar e crescer monocristais de silício movendo a zona fundida para cima. Os monocristais de silício de fusão por zona não são contaminados por cadinhos e possuem alta pureza. Eles são adequados para a produção de monocristais de silício tipo N (incluindo monocristais dopados com transmutação de nêutrons) com resistividade superior a 200Ω·cm e monocristais de silício tipo P de alta resistência. Os monocristais de silício de fusão por zona são usados ​​​​principalmente na fabricação de dispositivos de alta tensão e alta potência.

Wafer epitaxial de silício

Wafer epitaxial de silíciorefere-se a um material no qual uma ou mais camadas de filme fino de cristal único de silício são cultivadas por deposição epitaxial em fase de vapor em um substrato e é usado principalmente para fabricar vários circuitos integrados e dispositivos discretos.

Em processos avançados de circuitos integrados CMOS, a fim de melhorar a integridade da camada de óxido de porta, melhorar o vazamento no canal e aumentar a confiabilidade dos circuitos integrados, são frequentemente usados ​​​​wafers epitaxiais de silício, ou seja, uma camada de filme fino de silício é homogeneamente epitaxial cultivado em um wafer polido de silício levemente dopado, o que pode evitar as deficiências de alto teor de oxigênio e muitos defeitos na superfície de wafers polidos de silício em geral; enquanto para wafers epitaxiais de silício usados ​​​​para circuitos integrados de potência e dispositivos discretos, uma camada de camada epitaxial de alta resistividade é geralmente cultivada epitaxial em um substrato de silício de baixa resistividade (wafer polido de silício fortemente dopado). Em ambientes de aplicação de alta potência e alta tensão, a baixa resistividade do substrato de silício pode reduzir a resistência, e a camada epitaxial de alta resistividade pode aumentar a tensão de ruptura do dispositivo.

Bolacha de silício SOI

SOI (silício no isolador)é silício em uma camada isolante. É uma estrutura "sanduíche" com uma camada superior de silício (Top Silicon), uma camada intermediária enterrada de dióxido de silício (BOX) e um suporte de substrato de silício (Handle) abaixo. Como um novo material de substrato para a fabricação de circuitos integrados, a principal vantagem do SOI é que ele pode alcançar alto isolamento elétrico através da camada de óxido, o que reduzirá efetivamente a capacitância parasita e o vazamento de wafers de silício, o que conduz à produção de alta- circuitos integrados de ultra grande escala de velocidade, baixa potência, alta integração e alta confiabilidade, e é amplamente utilizado em dispositivos de energia de alta tensão, dispositivos ópticos passivos, MEMS e outros campos. Atualmente, a tecnologia de preparação de materiais SOI inclui principalmente tecnologia de ligação (BESOI), tecnologia de decapagem inteligente (Smart-Cut), tecnologia de implantação de íons de oxigênio (SIMOX), tecnologia de ligação por injeção de oxigênio (Simbond), etc. tecnologia de decapagem.

Bolachas de silício SOIpode ser dividido em wafers de silício SOI de filme fino e wafers de silício SOI de filme espesso. A espessura do silício superior do filme finoBolachas de silício SOIé menor que 1um. Atualmente, 95% do mercado de wafers de silício SOI de filme fino está concentrado nos tamanhos de 200 mm e 300 mm, e sua força motriz de mercado vem principalmente de produtos de alta velocidade e baixo consumo de energia, especialmente em aplicações de microprocessadores. Por exemplo, em processos avançados abaixo de 28 nm, o silício totalmente esgotado no isolador (FD-SOI) tem vantagens óbvias de desempenho de baixo consumo de energia, proteção contra radiação e resistência a altas temperaturas. Ao mesmo tempo, o uso de soluções SOI pode reduzir bastante o processo de fabricação. A espessura superior do silício dos wafers de silício SOI de filme espesso é maior que 1um, e a espessura da camada enterrada é de 0,5-4um. É usado principalmente em dispositivos de energia e campos MEMS, especialmente em controle industrial, eletrônica automotiva, comunicações sem fio, etc., e geralmente usa produtos de 150 mm e 200 mm de diâmetro.