Кремниевые пластины, также известные как однокристальные кремниевые пластины, являются дисковидными материалами, которые прошли искусственное атомное перепланирование. Эти пластины обладают высокой чистотой и демонстрируют кристаллическую ориентацию, что делает их выдающимся полупроводниковым материалом. Учитывая, что кремний составляет 26% земной коры, однокристальный кремний стал основным выбором для полупроводниковых приложений сегодня.
Монокристаллический кремний относится к элементарному кремнию, который затвердел из своего расплавленного состояния. В ходе этого процесса атомы кремния располагаются в структуре алмазной решетки, образуя многочисленные кристаллические зародыши. Когда эти кристаллические зародыши растут в зерна с совпадающими ориентациями кристаллических плоскостей, они соединяются параллельно, что приводит к образованию однокристального кремния.
Отрасль интегральных схем требует высокого уровня чистоты, обычно выше 9N (99,9999999%), а пластины монокристаллического кремния с зонной плавкой могут достигать чистоты выше 11N (99,999999999%). Эти пластины обычно производятся по методам Цо-храласки (CZ) и зонного плавления (FZ), которые включают выращивание кристаллов. Кристаллическая ориентация полученной пластины определяется с помощью семенных кристаллов.
В настоящее время монокристаллический кремний имеет наибольшее значение на рынке полупроводниковых материалов, занимая более 90% его доли. Он служит основным материалом для интегральных схем и информационных технологий.
Общие характеристики:
| Диаметр | 2″ | 3″ | 4″ | 5″ | 6″ | 8″ | 12″ |
| Класс | Премиум | ||||||
| Метод роста | CZ | ||||||
| Ориентация | < 1-0-0 > , < 1-1-1 > , < 1-1-0 > | ||||||
| Тип/допант | P Тип/ Бор, N Тип/Фос, N Тип/Ас, N Тип/Sb | ||||||
| Толщина (μm) | 279 | 380 | 525 | 625 | 675 | 725 | 775 |
| Допуск по толщине | Стандарт ± 25мкм, Максимальные возможности ± 5мкм | ± 20мкм | ± 20мкм | ||||
| Устойчивость | 0,001 – 100 Ом-см | ||||||
| Обработка поверхности | P/E, P/P, E/E, G/G | ||||||
| TTV (мкм) | Стандарт < 10 мкм, Максимальные возможности <5 мкм | ||||||
| Угловая/деформация (?м) | Стандарт <40 мкм, Максимальные возможности <20 мкм | <40мкм | <40мкм | ||||
| Частицы | <10@0.5мкм; <10@0.3мкм; <10@0.2мкм; | ||||||
Производственный процесс кремниевых пластин обычно включает следующие этапы:
1) Рост кристаллов можно разделить на метод Цо-храласки (CZ) и метод зонного плавления (FZ). Поскольку расплавленный поликристаллический материал будет находиться в прямом контакте с кварцевым тиглем, примеси в кварцевом тигле будут загрязнять расплавленный поликристалл. Метод Цо-храласки выпрямляет одиночный кристалл. Содержание кристаллического углерода и кислорода относительно высокое, и имеется много дефектов примесей, но стоимость низкая, и он подходит для вытягивания больших диаметров (300 мм) кремниевых пластин. В настоящее время это основной материал кремниевых пластин для полупроводников. Одиночные кристаллы, извлеченные методом зонного плавления, имеют меньше внутренних дефектов и низкое содержание углерода и кислорода, поскольку поликристаллическое сырье не соприкасается с кварцевым тиглем. Однако они дорогие и неэффективные по цене, поэтому подходят для высокоэффективных устройств и некоторых высококачественных продуктов.
2) Резка. Вытянутый стержень из однокристального кремния необходимо отрезать от головных и хвостовых материалов, затем прокатывать и шлифовать до требуемого диаметра. После резки плоских краев или V-образных канавок его затем нарезают на тонкие кремниевые пластины. В настоящее время обычно используется технология резки алмазной проволокой, которая имеет высокую эффективность и обеспечивает лучшие искривления и кривизну кремниевых пластин. Небольшое количество специальных форм будет нарезано с использованием внутренних кругов.
3) Шлифование: после резки поврежденный слой на резкой поверхности необходимо удалить шлифованием для обеспечения качества поверхности кремниевой пластины. Удаляется около 50 мкм.
4) Коррозия: коррозия предназначена для дальнейшего удаления поврежденного слоя, вызванного резкой и шлифовкой, чтобы подготовить следующий этап полировки. Коррозия обычно включает щелочную и кислотную коррозию. В настоящее время, из-за факторов охраны окружающей среды, большинство из них используют щелочную коррозию. Объем удаления коррозии может достигать 30-40 мкм, а шероховатость поверхности может также достигать микронного уровня.
5) Полировка: полировка является важным процессом в производстве кремниевых пластин. Полировка использует технологию CMP (химическая механическая полировка) для дальнейшего улучшения качества поверхности кремниевой пластины в соответствии с требованиями производства чипов. Шероховатость поверхности после полировки обычно Ra<5A.
6) Очистка и упаковка: поскольку интегральные схемы продолжают уменьшаться в размерах, потребность в более точных показателях гранулярности возрастает. Этапы очистки и упаковки имеют решающее значение в производстве кремниевых пластин. Для удаления частиц, прикрепленных к кремнию, используется мегазвуковая очистка. Частицы размером более 0,3 мкм на поверхности пластины затем аккуратно запечатываются в вакууме или упаковываются с инертным газом, чтобы обеспечить чистоту поверхности в соответствии с строгими стандартами интегральных схем.
Монокристаллический кремний является отличным полупроводниковым материалом высокой чистоты. Требования к чистоте на уровне IC составляют более 9N (99,9999999%), а пластины монокристаллического кремния с зонной плавкой могут достигать более 11N (99,999999999%). Обычно он получается путем роста кристаллов методами Цо-храласки (CZ) и зонного плавления (FZ), и его кристаллическая ориентация определяется семенными кристаллами. Монокристаллический кремний в настоящее время является наиболее важным полупроводниковым материалом, составляющим более 90% рынка полупроводниковых материалов. Это основной материал для информационных технологий и интегральных схем.
