ویفر سیلیکونی

ماده سیلیکون یک ماده جامد با خواص الکتریکی نیمه هادی خاص و پایداری فیزیکی است و برای فرآیند تولید مدار مجتمع بعدی پشتیبانی می کند. این یک ماده کلیدی برای مدارهای مجتمع مبتنی بر سیلیکون است. بیش از 95 درصد از دستگاه های نیمه هادی و بیش از 90 درصد از مدارهای مجتمع در جهان بر روی ویفرهای سیلیکونی ساخته شده اند.

با توجه به روش های مختلف رشد تک بلور، تک بلورهای سیلیکونی به دو نوع تقسیم می شوند: Czochralski (CZ) و منطقه شناور (FZ). ویفرهای سیلیکونی را می توان به طور تقریبی به سه دسته تقسیم کرد: ویفرهای صیقلی، ویفرهای اپیتاکسیال و عایق سیلیکونی (SOI).

ویفر پولیش سیلیکونی

ویفر پولیش سیلیکونی به یک اشاره داردویفر سیلیکونیاز صیقل دادن سطح تشکیل می شود. این یک ویفر گرد با ضخامت کمتر از 1 میلی متر است که با برش، آسیاب، پرداخت، تمیز کردن و سایر فرآیندهای یک میله تک کریستالی پردازش می شود. این عمدتا در مدارهای مجتمع و دستگاه های گسسته استفاده می شود و جایگاه مهمی را در زنجیره صنعت نیمه هادی ها اشغال می کند.

هنگامی که عناصر گروه V مانند فسفر، آنتیموان، آرسنیک و غیره به تک بلورهای سیلیکونی دوپ می شوند، مواد رسانای نوع N تشکیل می شوند. هنگامی که عناصر گروه III مانند بور به سیلیکون دوپ می شوند، مواد رسانای نوع P تشکیل می شوند. مقاومت تک بلورهای سیلیکونی با مقدار عناصر دوپینگی تعیین می شود. هر چه مقدار دوپینگ بیشتر باشد، مقاومت کمتری دارد. ویفرهای پولیش سیلیکونی با دوپ کم معمولاً به ویفرهای پولیش سیلیکونی با مقاومت بیش از 0.1W·cm اطلاق می شود که به طور گسترده در ساخت مدارهای مجتمع و حافظه در مقیاس بزرگ استفاده می شود. ویفرهای پولیش سیلیکونی با دوپ شدید عموماً به ویفرهای پولیش سیلیکونی با مقاومت کمتر از 0.1W·cm اطلاق می شود که عموماً به عنوان مواد زیرلایه ویفرهای سیلیکونی همپایه استفاده می شود و به طور گسترده در ساخت دستگاه های قدرت نیمه هادی استفاده می شود.

ویفر پولیش سیلیکونیکه یک ناحیه تمیز را روی سطح تشکیل می دهندویفرهای سیلیکونیپس از عملیات حرارتی آنیل، ویفرهای آنیلینگ سیلیکونی نامیده می شوند. ویفرهای آنیلینگ هیدروژنی و ویفرهای آنیلینگ آرگون معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند. ویفرهای سیلیکونی 300 میلی متری و برخی ویفرهای سیلیکونی 200 میلی متری با نیازهای بالاتر نیاز به استفاده از فرآیند پرداخت دو طرفه دارند. بنابراین، استفاده از فناوری دریافت خارجی که مرکز دریافت را از طریق پشت ویفر سیلیکونی معرفی می کند، دشوار است. فرآیند گرفتن داخلی که از فرآیند بازپخت برای تشکیل مرکز دریافت داخلی استفاده می کند، به فرآیند اصلی گرفتن ویفرهای سیلیکونی با اندازه بزرگ تبدیل شده است. در مقایسه با ویفرهای پولیش شده عمومی، ویفرهای آنیل شده می توانند عملکرد دستگاه را بهبود بخشند و بازده را افزایش دهند و به طور گسترده در ساخت مدارهای مجتمع دیجیتال و آنالوگ و تراشه های حافظه استفاده می شوند.

اصل اساسی رشد تک کریستال ذوب منطقه ای تکیه بر کشش سطحی مذاب برای معلق کردن منطقه مذاب بین میله سیلیکونی پلی کریستالی و تک کریستال رشد شده در زیر است و با حرکت ناحیه مذاب به سمت بالا، تک بلورهای سیلیکونی را خالص کرده و رشد می دهند. تک کریستال های سیلیکون ذوب منطقه ای توسط بوته ها آلوده نمی شوند و خلوص بالایی دارند. آنها برای تولید تک بلورهای سیلیکونی نوع N (شامل تک بلورهای دوپ شده با انتقال نوترون) با مقاومت بالاتر از 200Ω·cm و تک بلورهای سیلیکونی نوع P با مقاومت بالا مناسب هستند. تک کریستال های سیلیکون ذوب منطقه عمدتاً در ساخت دستگاه های ولتاژ بالا و پرقدرت استفاده می شود.

ویفر اپیتاکسیال سیلیکونی

ویفر اپیتاکسیال سیلیکونیبه ماده ای اطلاق می شود که روی آن یک یا چند لایه از لایه نازک تک کریستال سیلیکونی با رسوب دهی همپایه فاز بخار روی یک بستر رشد می کند و عمدتاً برای ساخت مدارهای مجتمع مختلف و دستگاه های مجزا استفاده می شود.

در فرآیندهای مدار مجتمع پیشرفته CMOS، به منظور بهبود یکپارچگی لایه اکسید گیت، بهبود نشتی در کانال و افزایش قابلیت اطمینان مدارهای مجتمع، اغلب از ویفرهای اپیتاکسیال سیلیکونی استفاده می شود، یعنی لایه ای از لایه نازک سیلیکونی استفاده می شود. به طور همگن روی یک ویفر صیقلی سیلیکونی با دوپ کم رشد کرده است، که می تواند از کاستی های محتوای بالای اکسیژن و بسیاری از عیوب در سطح ویفرهای صیقلی سیلیکونی عمومی جلوگیری کند. در حالی که برای ویفرهای اپیتاکسیال سیلیکونی که برای مدارهای مجتمع قدرت و دستگاه‌های گسسته استفاده می‌شوند، لایه‌ای از لایه همپایه با مقاومت بالا معمولاً روی یک بستر سیلیکونی با مقاومت کم (ویفر صیقلی سیلیکونی با دوپ شدید) رشد می‌کند. در محیط های کاربردی با قدرت و ولتاژ بالا، مقاومت کم زیرلایه سیلیکونی می تواند مقاومت روشن را کاهش دهد و لایه همپایه با مقاومت بالا می تواند ولتاژ شکست دستگاه را افزایش دهد.

ویفر سیلیکونی SOI

SOI (سیلیکون روی عایق)سیلیکون روی یک لایه عایق است. این یک ساختار "ساندویچی" با یک لایه سیلیکونی بالایی (Top Silicon)، یک لایه مدفون دی اکسید سیلیکون میانی (BOX) و یک تکیه گاه زیرلایه سیلیکونی (Handle) در زیر است. به عنوان یک ماده زیرلایه جدید برای تولید مدار مجتمع، مزیت اصلی SOI این است که می تواند عایق الکتریکی بالایی را از طریق لایه اکسید به دست آورد، که به طور موثر ظرفیت انگلی و نشت ویفرهای سیلیکونی را کاهش می دهد، که منجر به تولید با کیفیت بالا می شود. مدارهای مجتمع با سرعت، کم مصرف، ادغام بالا و قابلیت اطمینان بالا در مقیاس بزرگ، و به طور گسترده در دستگاه های برق با ولتاژ بالا، دستگاه های غیرفعال نوری، MEMS و سایر زمینه ها استفاده می شود. در حال حاضر، فناوری آماده سازی مواد SOI عمدتاً شامل فناوری باندینگ (BESOI)، فناوری سلب هوشمند (Smart-Cut)، فناوری کاشت یون اکسیژن (SIMOX)، فناوری پیوند تزریق اکسیژن (Simbond) و غیره است. رایج ترین فناوری هوشمند است. تکنولوژی سلب کردن

ویفرهای سیلیکونی SOIرا می توان بیشتر به ویفرهای سیلیکونی SOI با لایه نازک و ویفرهای سیلیکونی SOI با لایه ضخیم تقسیم کرد. ضخامت سیلیکون بالای لایه نازکویفرهای سیلیکونی SOIکمتر از 1um است. در حال حاضر، 95 درصد از بازار ویفر سیلیکونی SOI لایه نازک در اندازه های 200 میلی متر و 300 میلی متر متمرکز شده است و نیروی محرکه بازار آن عمدتاً از محصولات پرسرعت و کم مصرف به ویژه در کاربردهای ریزپردازنده می آید. به عنوان مثال، در فرآیندهای پیشرفته زیر 28 نانومتر، سیلیکون کاملاً تخلیه شده روی عایق (FD-SOI) دارای مزایای عملکردی آشکاری مانند مصرف انرژی کم، حفاظت در برابر تشعشع و مقاومت در برابر دمای بالا است. در عین حال، استفاده از محلول های SOI می تواند روند تولید را تا حد زیادی کاهش دهد. ضخامت سیلیکون بالایی ویفرهای سیلیکونی SOI با لایه ضخیم بیشتر از 1um است و ضخامت لایه مدفون 0.5-4um است. عمدتاً در دستگاه های قدرت و زمینه های MEMS، به ویژه در کنترل صنعتی، الکترونیک خودرو، ارتباطات بی سیم و غیره استفاده می شود و معمولاً از محصولات با قطر 150 میلی متر و 200 میلی متر استفاده می شود.