Siliziumwafer

Siliziummaterial ist ein festes Material mit bestimmten elektrischen Halbleitereigenschaften und physikalischer Stabilität und bietet Substratunterstützung für den nachfolgenden Herstellungsprozess integrierter Schaltkreise. Es ist ein Schlüsselmaterial für siliziumbasierte integrierte Schaltkreise. Mehr als 95 % der Halbleiterbauelemente und mehr als 90 % der integrierten Schaltkreise weltweit werden auf Siliziumwafern hergestellt.

Entsprechend den verschiedenen Einkristallwachstumsmethoden werden Siliziumeinkristalle in zwei Typen unterteilt: Czochralski (CZ) und Floating Zone (FZ). Siliziumwafer lassen sich grob in drei Kategorien einteilen: polierte Wafer, epitaktische Wafer und Silicon-On-Insulator (SOI).

Silizium-Polierwafer

Siliziumpolierwafer bezieht sich auf aSiliziumwaferentsteht durch Polieren der Oberfläche. Es handelt sich um einen runden Wafer mit einer Dicke von weniger als 1 mm, der durch Schneiden, Schleifen, Polieren, Reinigen und andere Prozesse eines Einkristallstabs bearbeitet wird. Es wird hauptsächlich in integrierten Schaltkreisen und diskreten Geräten verwendet und nimmt eine wichtige Position in der Halbleiterindustriekette ein.

Wenn Elemente der V-Gruppe wie Phosphor, Antimon, Arsen usw. in Silizium-Einkristalle dotiert werden, entstehen leitfähige Materialien vom N-Typ. Wenn Elemente der Gruppe III wie Bor in Silizium dotiert werden, entstehen leitfähige Materialien vom P-Typ. Der spezifische Widerstand von Silizium-Einkristallen wird durch die Menge der dotierten Dotierungselemente bestimmt. Je größer die Dotierungsmenge, desto geringer ist der spezifische Widerstand. Unter leicht dotierten Silizium-Polierwafern versteht man im Allgemeinen Silizium-Polierwafer mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 0,1 W·cm, die häufig bei der Herstellung von hochintegrierten Schaltkreisen und Speichern verwendet werden. Unter stark dotierten Silizium-Polierwafern versteht man im Allgemeinen Silizium-Polierwafer mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 0,1 W·cm, die im Allgemeinen als Substratmaterialien für epitaktische Siliziumwafer verwendet werden und bei der Herstellung von Halbleiter-Leistungsbauelementen weit verbreitet sind.

Silizium-Polierscheibendie einen sauberen Bereich auf der Oberfläche bildenSiliziumwafernach der Glühwärmebehandlung werden Silizium-Glühwafer genannt. Üblicherweise werden Wasserstoff-Wafer und Argon-Wafer verwendet. 300-mm-Siliziumwafer und einige 200-mm-Siliziumwafer mit höheren Anforderungen erfordern den Einsatz eines doppelseitigen Polierverfahrens. Daher ist die externe Getterungstechnologie, bei der das Getterungszentrum durch die Rückseite des Siliziumwafers eingeführt wird, schwierig anzuwenden. Der interne Getterprozess, der den Glühprozess zur Bildung des internen Getterzentrums nutzt, hat sich zum gängigen Getterprozess für große Siliziumwafer entwickelt. Im Vergleich zu allgemein polierten Wafern können getemperte Wafer die Geräteleistung verbessern und die Ausbeute steigern und werden häufig bei der Herstellung digitaler und analoger integrierter Schaltkreise und Speicherchips verwendet.

Das Grundprinzip des Einkristallwachstums durch Zonenschmelzen besteht darin, sich auf die Oberflächenspannung der Schmelze zu verlassen, um die geschmolzene Zone zwischen dem polykristallinen Siliziumstab und dem darunter gewachsenen Einkristall zu suspendieren und Siliziumeinkristalle zu reinigen und zu züchten, indem die geschmolzene Zone nach oben bewegt wird. Zonenschmelzende Silizium-Einkristalle werden nicht durch Tiegel verunreinigt und weisen eine hohe Reinheit auf. Sie eignen sich für die Herstellung von Silizium-Einkristallen vom N-Typ (einschließlich neutronentransmutationsdotierter Einkristalle) mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 200 Ω·cm und hochohmigen Silizium-Einkristallen vom P-Typ. Zonenschmelzende Silizium-Einkristalle werden hauptsächlich bei der Herstellung von Hochspannungs- und Hochleistungsgeräten verwendet.

Silizium-Epitaxie-Wafer

Silizium-Epitaxie-Waferbezieht sich auf ein Material, auf dem eine oder mehrere Schichten aus Silizium-Einkristall-Dünnfilmen durch epitaktische Dampfphasenabscheidung auf einem Substrat gezüchtet werden, und wird hauptsächlich zur Herstellung verschiedener integrierter Schaltkreise und diskreter Geräte verwendet.

In fortgeschrittenen CMOS-Prozessen für integrierte Schaltkreise werden häufig epitaktische Siliziumwafer verwendet, d homogenes Epitaxiewachstum auf einem leicht dotierten polierten Siliziumwafer, wodurch die Nachteile eines hohen Sauerstoffgehalts und viele Defekte auf der Oberfläche allgemein polierter Siliziumwafer vermieden werden können; Bei Silizium-Epitaxiewafern, die für integrierte Leistungsschaltungen und diskrete Geräte verwendet werden, wird hingegen üblicherweise eine epitaktische Schicht mit hohem spezifischem Widerstand epitaktisch auf einem Siliziumsubstrat mit niedrigem Widerstand (stark dotierter, polierter Siliziumwafer) aufgewachsen. In Hochleistungs- und Hochspannungsanwendungsumgebungen kann der niedrige spezifische Widerstand des Siliziumsubstrats den Einschaltwiderstand verringern und die hochohmige Epitaxieschicht kann die Durchbruchspannung des Geräts erhöhen.

SOI-Siliziumwafer

SOI (Silizium-auf-Isolator)ist Silizium auf einer Isolierschicht. Es handelt sich um eine „Sandwich“-Struktur mit einer oberen Siliziumschicht (Top Silicon), einer mittleren vergrabenen Siliziumdioxidschicht (BOX) und einem darunter liegenden Siliziumsubstratträger (Handle). Als neues Substratmaterial für die Herstellung integrierter Schaltkreise besteht der Hauptvorteil von SOI darin, dass durch die Oxidschicht eine hohe elektrische Isolierung erreicht werden kann, wodurch die parasitäre Kapazität und Leckage von Siliziumwafern wirksam reduziert werden, was der Herstellung von Hochleistungs-Siliziumwafern förderlich ist. Ultragroßintegrierte Schaltkreise mit hoher Geschwindigkeit, geringem Stromverbrauch, hoher Integration und hoher Zuverlässigkeit werden häufig in Hochspannungsgeräten, optischen passiven Geräten, MEMS und anderen Bereichen eingesetzt. Derzeit umfasst die Vorbereitungstechnologie von SOI-Materialien hauptsächlich Bonding-Technologie (BESOI), Smart-Stripping-Technologie (Smart-Cut), Sauerstoffionenimplantationstechnologie (SIMOX), Sauerstoffinjektions-Bonding-Technologie (Simbond) usw. Die gängigste Technologie ist Smart Abisoliertechnik.

SOI-Siliziumwaferkönnen weiter in Dünnschicht-SOI-Siliziumwafer und Dickschicht-SOI-Siliziumwafer unterteilt werden. Die Dicke des oberen Siliziums der DünnschichtSOI-Siliziumwaferist kleiner als 1um. Derzeit konzentrieren sich 95 % des Marktes für Dünnschicht-SOI-Siliziumwafer auf die Größen 200 mm und 300 mm, und seine treibende Kraft auf dem Markt sind hauptsächlich Hochgeschwindigkeitsprodukte mit geringem Stromverbrauch, insbesondere bei Mikroprozessoranwendungen. In fortgeschrittenen Prozessen unter 28 nm bietet beispielsweise vollständig abgereichertes Silizium auf Isolator (FD-SOI) offensichtliche Leistungsvorteile wie geringen Stromverbrauch, Strahlungsschutz und hohe Temperaturbeständigkeit. Gleichzeitig kann der Einsatz von SOI-Lösungen den Herstellungsprozess erheblich verkürzen. Die Dicke des oberen Siliziums von Dickschicht-SOI-Siliziumwafern beträgt mehr als 1 µm und die Dicke der vergrabenen Schicht beträgt 0,5–4 µm. Es wird hauptsächlich in Leistungsgeräten und MEMS-Bereichen verwendet, insbesondere in der industriellen Steuerung, Automobilelektronik, drahtlosen Kommunikation usw., und verwendet normalerweise Produkte mit 150 mm und 200 mm Durchmesser.