Silicon Wafer

Ränimaterjal on tahke materjal, millel on teatud pooljuhtide elektrilised omadused ja füüsiline stabiilsus ning mis pakub substraadile tuge järgnevas integraallülituse tootmisprotsessis. See on ränipõhiste integraallülituste põhimaterjal. Üle 95% pooljuhtseadmetest ja üle 90% integraallülitustest maailmas on valmistatud räniplaatidel.

Erinevate monokristallide kasvatamise meetodite järgi jagunevad räni monokristallid kahte tüüpi: Czochralski (CZ) ja ujuvtsoon (FZ). Räniplaadid võib laias laastus jagada kolme kategooriasse: poleeritud vahvlid, epitaksiaalsed vahvlid ja silicon-on-insulator (SOI).

Silikoonist poleerimisvahvel

Räni poleerimisvahv viitab aräni vahvelmoodustatakse pinna poleerimisel. See on alla 1 mm paksune ümmargune vahvel, mida on töödeldud monokristallpulga lõikamise, lihvimise, poleerimise, puhastamise ja muude protsesside abil. Seda kasutatakse peamiselt integraallülitustes ja diskreetsetes seadmetes ning sellel on pooljuhtide tööstuse ahelas oluline koht.

Kui V-rühma elemendid, nagu fosfor, antimon, arseen jne, lisatakse räni monokristallidesse, moodustuvad N-tüüpi juhtivad materjalid; kui III rühma elemente, nagu boor, lisatakse räni, moodustuvad P-tüüpi juhtivad materjalid. Räni monokristallide eritakistus määratakse legeeritud dopingelementide kogusega. Mida suurem dopingu kogus, seda väiksem on takistus. Kergelt legeeritud räni poleerimisvahvlid viitavad üldiselt räni poleerimisvahvlitele, mille eritakistus on üle 0,1 W·cm ja mida kasutatakse laialdaselt suuremahuliste integraallülituste ja mälu valmistamisel; tugevalt legeeritud räni poleerimisvahvlid viitavad üldiselt räni poleerimisvahvlitele, mille eritakistus on alla 0,1 W·cm ja mida kasutatakse tavaliselt epitaksiaalsete räniplaatide substraadimaterjalina ja mida kasutatakse laialdaselt pooljuhtjõuseadmete valmistamisel.

Ränist poleerimisvahvlidmis moodustavad pinnale puhta alaräniplaadidpärast lõõmutamist kuumtöötlust nimetatakse ränilõõmutusvahvliteks. Tavaliselt kasutatavad on vesinikku lõõmutavad vahvlid ja argooni anniilimisvahvlid. 300 mm ränivahvlid ja mõned kõrgemate nõuetega 200 mm räniplaadid nõuavad kahepoolset poleerimisprotsessi. Seetõttu on raskesti rakendatav välist gettereerimistehnoloogiat, mis tutvustab ränivahvli tagaosa kaudu gettereerimiskeskust. Sisemine gettereerimisprotsess, mis kasutab lõõmutamisprotsessi sisemise gettereerimiskeskuse moodustamiseks, on muutunud suuremõõtmeliste ränivahvlite peamiseks getterimisprotsessiks. Võrreldes üldiste poleeritud vahvlitega võivad lõõmutatud vahvlid parandada seadme jõudlust ja suurendada tootlikkust ning neid kasutatakse laialdaselt digitaalsete ja analoogsete integraallülituste ja mälukiipide valmistamisel.

Tsooni sulatamise monokristallide kasvu põhiprintsiip on tugineda sulandi pindpinevusele, et suspendeerida sulatsoon polükristallilise räni varda ja allpool kasvatatud monokristalli vahel ning puhastada ja kasvatada räni monokristalle, liigutades sulatsooni ülespoole. Tsoonis sulavad räni monokristallid ei ole tiiglitega saastunud ja neil on kõrge puhtusaste. Need sobivad N-tüüpi räni monokristallide (sealhulgas neutronite transmutatsiooniga legeeritud monokristallide) tootmiseks, mille eritakistus on üle 200Ω·cm, ja suure takistusega P-tüüpi räni monokristallide tootmiseks. Tsoonisulava räni monokristalle kasutatakse peamiselt kõrgepinge- ja suure võimsusega seadmete valmistamisel.

Ränist epitaksiaalne vahvel

Ränist epitaksiaalne vahvel"Substraadile aurufaasilise epitaksiaalse sadestamise teel kasvatatakse üks või mitu kihti räni monokristalli õhukest kilet, mida kasutatakse peamiselt mitmesuguste integraallülituste ja diskreetsete seadmete tootmiseks.

Täiustatud CMOS-i integraallülituste protsessides kasutatakse paisu oksiidikihi terviklikkuse parandamiseks, kanali lekke parandamiseks ja integraallülituste töökindluse suurendamiseks sageli räni epitaksiaalplaate, st räni õhukese kile kiht. homogeenselt epitaksiaalne, mis on kasvatatud kergelt legeeritud ränipoleeritud vahvlil, mis võimaldab vältida kõrge hapnikusisalduse puudusi ja paljusid defekte üldiste ränipoleeritud vahvlite pinnal; samas kui toiteintegraallülitustes ja diskreetsetes seadmetes kasutatavate räni epitaksiaalplaatide puhul kasvatatakse suure eritakistusega epitaksiaalse kihi kiht tavaliselt väikese eritakistusega ränisubstraadile (tugevalt legeeritud ränipoleeritud vahvel). Suure võimsusega ja kõrgepinge rakenduskeskkondades võib ränisubstraadi madal takistus vähendada sisselülitamistakistust ja suure takistusega epitaksiaalkiht võib suurendada seadme läbilöögipinget.

SOI räni vahvel

SOI (silicon-on-insulator)on isolatsioonikihil räni. See on "sandwich" struktuur, millel on pealmine ränikiht (Top Silicon), keskmine ränidioksiidiga mattunud kiht (BOX) ja ränisubstraadi tugi (Handle) allpool. Integraallülituse tootmise uue substraadimaterjalina on SOI peamine eelis see, et see suudab saavutada oksiidikihi kaudu kõrge elektriisolatsiooni, mis vähendab tõhusalt räniplaatide parasiitmahtuvust ja leket, mis soodustab kõrgetasemeliste plaatide tootmist. kiirusega, väikese võimsusega, suure integratsiooniga ja suure töökindlusega ülisuuremõõtmelised integraallülitused ning seda kasutatakse laialdaselt kõrgepingeseadmetes, optilistes passiivsetes seadmetes, MEMS-is ja muudes valdkondades. Praegu hõlmab SOI materjalide ettevalmistustehnoloogia peamiselt liimimistehnoloogiat (BESOI), nutikat eemaldamise tehnoloogiat (Smart-Cut), hapnikuioonide implanteerimise tehnoloogiat (SIMOX), hapniku sissepritsega sidumistehnoloogiat (Simbond) jne. Kõige tavalisem tehnoloogia on nutikas. eemaldamise tehnoloogia.

SOI räniplaadidsaab veel jagada õhukese kilega SOI ränivahvliteks ja paksukilelisteks SOI räniplaatideks. Õhukese kilega ülemise räni paksusSOI räniplaadidon väiksem kui 1 um. Praegu on 95% õhukese kilega SOI räniplaatide turust koondunud 200 mm ja 300 mm suurustele ning selle turu liikumapanevaks jõuks on peamiselt kiired ja väikese võimsusega tooted, eriti mikroprotsessorirakendustes. Näiteks täiustatud protsessides, mille lainepikkus on alla 28 nm, on täielikult vaesestatud ränil isolaatoril (FD-SOI) ilmsed eelised madala energiatarbimise, kiirguskaitse ja kõrge temperatuuritaluvuse tõttu. Samal ajal võib SOI lahenduste kasutamine tootmisprotsessi oluliselt vähendada. Paksu kile SOI ränivahvlite ülemine räni paksus on suurem kui 1 um ja maetud kihi paksus on 0,5–4 um. Seda kasutatakse peamiselt toiteseadmetes ja MEMS-i valdkondades, eriti tööstuslikus juhtimises, autoelektroonikas, traadita sides jne, ning tavaliselt kasutatakse 150 mm ja 200 mm läbimõõduga tooteid.