Кремний пластинасы

Кремний материалы белгілі бір жартылай өткізгіш электрлік қасиеттері мен физикалық тұрақтылығы бар қатты материал болып табылады және кейінгі интегралды схемаларды өндіру процесіне негізді қолдауды қамтамасыз етеді. Бұл кремний негізіндегі интегралды схемалар үшін негізгі материал. Әлемдегі жартылай өткізгіш құрылғылардың 95%-дан астамы және интегралдық схемалардың 90%-дан астамы кремний пластинкаларында жасалған.

Монокристалды өсірудің әртүрлі әдістеріне сәйкес кремний монокристалдары екі түрге бөлінеді: Czochralski (CZ) және қалқымалы аймақ (FZ). Кремний пластинкаларын шамамен үш санатқа бөлуге болады: жылтыратылған пластиналар, эпитаксиалды пластиналар және кремнийлі изолятор (SOI).

Кремнийді жылтырату пластинасы

Кремнийді жылтырату пластинасы акремний пластинасыбетін жылтырату арқылы қалыптасады. Бұл бір кристалды өзекшенің кесу, ұнтақтау, жылтырату, тазалау және басқа процестермен өңделген қалыңдығы 1 мм-ден аз дөңгелек пластинка. Ол негізінен интегралды схемалар мен дискретті құрылғыларда қолданылады және жартылай өткізгіштер өнеркәсіп тізбегінде маңызды орын алады.

Фосфор, сурьма, мышьяк және т.б. сияқты V топ элементтері кремний монокристалдарына қосылса, N-типті өткізгіш материалдар түзіледі; бор сияқты III топ элементтері кремнийге қосылса, P типті өткізгіш материалдар түзіледі. Кремний монокристалдарының меншікті кедергісі легирленген легирленген элементтердің мөлшерімен анықталады. Допинг мөлшері неғұрлым көп болса, кедергі соғұрлым төмен болады. Жеңіл легирленген кремнийді жылтырататын пластиналар жалпы алғанда 0,1Вт·см-ден астам кедергісі бар кремнийді жылтырату пластинкаларына жатады, олар кең ауқымды интегралды схемалар мен жады өндірісінде кеңінен қолданылады; қатты легирленген кремнийді жылтырататын пластиналар әдетте 0,1 Вт·см-ден аз кедергісі бар кремнийді жылтырататын пластинкаларға жатады, олар әдетте эпитаксиалды кремний пластиналары үшін субстрат материалдары ретінде пайдаланылады және жартылай өткізгіш қуат құрылғыларын өндіруде кеңінен қолданылады.

Кремнийді жылтырататын пластиналарбетінде таза аумақты құрайдыкремний пластиналарыкүйдіру термиялық өңдеуден кейін кремний жасыту пластиналары деп аталады. Көбінесе сутегімен күйдіретін пластиналар және аргонды жасыту пластиналары қолданылады. 300 мм кремний пластиналары және жоғары талаптары бар кейбір 200 мм кремний пластиналары екі жақты жылтырату процесін пайдалануды талап етеді. Сондықтан кремний пластинаның артқы жағынан алу орталығын енгізетін сыртқы алу технологиясын қолдану қиын. Ішкі алу орталығын қалыптастыру үшін жасыту процесін пайдаланатын ішкі алу процесі үлкен өлшемді кремний пластиналары үшін негізгі алу процесіне айналды. Жалпы жылтыратылған пластиналармен салыстырғанда, күйдірілген пластиналар құрылғының өнімділігін жақсарта алады және кірісті арттырады және сандық және аналогтық интегралды схемалар мен жад микросхемаларын өндіруде кеңінен қолданылады.

Аймақтық балқу монокристалды өсудің негізгі принципі поликристалды кремний таяқшасы мен төменде өсірілген монокристал арасындағы балқытылған аймақты тоқтата тұру үшін балқыманың беттік керілуіне сүйену және балқытылған аймақты жоғары жылжыту арқылы кремний монокристалдарын тазарту және өсіру. Аймақтық балқыту кремний монокристалдары тигельдермен ластанбайды және жоғары тазалыққа ие. Олар кедергісі 200Ω·см-ден жоғары N-типті кремний монокристалдарын (соның ішінде нейтрондық трансмутациямен легирленген монокристалдарды) және жоғары кедергісі бар P-типті кремний монокристалдарын өндіру үшін жарамды. Аймақтық балқыту кремний монокристалдары негізінен жоғары вольтты және жоғары қуатты құрылғыларды жасауда қолданылады.

Кремний эпитаксиалды пластина

Кремний эпитаксиалды пластинабір немесе бірнеше кремний монокристалды жұқа қабықшасы субстратта бу фазалық эпитаксиалды тұндыру арқылы өсірілетін материалды білдіреді және негізінен әртүрлі интегралды схемалар мен дискретті құрылғыларды жасау үшін қолданылады.

Жетілдірілген CMOS интегралды схема процестерінде қақпа оксиді қабатының тұтастығын жақсарту, арнадағы ағып кетуді жақсарту және интегралды схемалардың сенімділігін арттыру үшін кремний эпитаксиалды пластиналар жиі пайдаланылады, яғни кремний жұқа пленка қабаты қолданылады. жеңіл қоспаланған кремний жылтыратылған пластинада өсірілген біртекті эпитаксиалды, ол жоғары оттегінің кемшіліктерін және жалпы кремний жылтыратылған пластиналар бетіндегі көптеген ақауларды болдырмайды; ал қуатты интегралды схемалар мен дискретті құрылғылар үшін пайдаланылатын кремний эпитаксиалды пластиналар үшін жоғары кедергісі бар эпитаксиалды қабат қабаты әдетте төмен кедергісі бар кремний субстратында (қатты легирленген кремний жылтыратылған вафли) өсірілетін эпитаксиалды болып табылады. Жоғары қуатты және жоғары вольтты қолданбалы орталарда кремний субстратының төмен кедергісі қосу кедергісін азайтуы мүмкін, ал жоғары кедергісі бар эпитаксиалды қабат құрылғының бұзылу кернеуін арттыруы мүмкін.

SOI кремний пластинасы

SOI (Оқшаулағышқа кремний)оқшаулағыш қабаттағы кремний болып табылады. Бұл кремнийдің үстіңгі қабаты (Top Silicon), ортаңғы кремний диоксиді көмілген қабаты (BOX) және астында кремний субстрат тірегі (Тұтқасы) бар «сэндвич» құрылымы. Интегралды схемаларды өндіруге арналған жаңа субстрат материалы ретінде SOI-дің басты артықшылығы оның оксид қабаты арқылы жоғары электрлік оқшаулауға қол жеткізуі болып табылады, бұл паразиттік сыйымдылықты және кремний пластинкаларының ағып кетуін тиімді төмендетеді, бұл жоғары өнімді өндіруге қолайлы. жылдамдығы, төмен қуатты, жоғары интеграцияланған және сенімділігі жоғары ультра ауқымды интегралды схемалар және жоғары вольтты қуат құрылғыларында, оптикалық пассивті құрылғыларда, MEMS және басқа салаларда кеңінен қолданылады. Қазіргі уақытта SOI материалдарын дайындау технологиясы негізінен байланыстыру технологиясын (BESOI), смарт аршу технологиясын (Smart-Cut), оттегі ионын имплантациялау технологиясын (SIMOX), оттегі инъекциясын байланыстыру технологиясын (Simbond) және т.б. қамтиды. Ең негізгі технология ақылды болып табылады. аршу технологиясы.

SOI кремний пластиналарыодан әрі жұқа қабықшалы SOI кремний пластиналары және қалың қабықшалы SOI кремний пластиналары деп бөлуге болады. Жұқа пленканың жоғарғы кремнийінің қалыңдығыSOI кремний пластиналары1 мм-ден аз. Қазіргі уақытта жұқа қабықшалы SOI кремний пластинасы нарығының 95% 200 мм және 300 мм өлшемдерде шоғырланған және оның нарықтық қозғаушы күші негізінен жоғары жылдамдықты, төмен қуатты өнімдерден, әсіресе микропроцессорлық қосымшаларда келеді. Мысалы, 28 нм-ден төмен озық процестерде оқшаулағыштағы толығымен таусылған кремнийдің (FD-SOI) төмен қуат тұтынуы, радиациядан қорғау және жоғары температураға төзімділік сияқты айқын өнімділік артықшылықтары бар. Сонымен қатар, SOI шешімдерін пайдалану өндіріс процесін айтарлықтай қысқартуы мүмкін. Қалың қабықшалы SOI кремний пластинкаларының жоғарғы кремний қалыңдығы 1um-ден жоғары, ал көмілген қабаттың қалыңдығы 0,5-4um. Ол негізінен қуат құрылғыларында және MEMS өрістерінде, әсіресе өнеркәсіптік басқаруда, автомобиль электроникасында, сымсыз байланыста және т.б. қолданылады және әдетте диаметрі 150 мм және 200 мм өнімдерді пайдаланады.