Oblea de silicio

El material de silicio es un material sólido con ciertas propiedades eléctricas semiconductoras y estabilidad física, y proporciona soporte de sustrato para el posterior proceso de fabricación de circuitos integrados. Es un material clave para los circuitos integrados basados ​​en silicio. Más del 95% de los dispositivos semiconductores y más del 90% de los circuitos integrados del mundo están fabricados con obleas de silicio.

Según los diferentes métodos de crecimiento de monocristales, los monocristales de silicio se dividen en dos tipos: Czochralski (CZ) y zona flotante (FZ). Las obleas de silicio se pueden dividir aproximadamente en tres categorías: obleas pulidas, obleas epitaxiales y silicio sobre aislante (SOI).

Oblea de pulido de silicio

La oblea de pulido de silicio se refiere a unaoblea de silicioformado puliendo la superficie. Es una oblea redonda con un espesor inferior a 1 mm procesada mediante corte, esmerilado, pulido, limpieza y otros procesos de una varilla de monocristal. Se utiliza principalmente en circuitos integrados y dispositivos discretos y ocupa una posición importante en la cadena de la industria de semiconductores.

Cuando elementos del grupo V, como fósforo, antimonio, arsénico, etc., se dopan en monocristales de silicio, se formarán materiales conductores de tipo N; Cuando elementos del grupo III, como el boro, se dopan con silicio, se formarán materiales conductores de tipo P. La resistividad de los monocristales de silicio está determinada por la cantidad de elementos dopantes dopados. Cuanto mayor sea la cantidad de dopaje, menor será la resistividad. Las obleas de pulido de silicio ligeramente dopadas generalmente se refieren a obleas de pulido de silicio con una resistividad de más de 0,1 W · cm, que se utilizan ampliamente en la fabricación de memorias y circuitos integrados a gran escala; Las obleas de pulido de silicio fuertemente dopadas generalmente se refieren a obleas de pulido de silicio con una resistividad inferior a 0,1 W·cm, que generalmente se utilizan como materiales de sustrato para obleas de silicio epitaxiales y se utilizan ampliamente en la fabricación de dispositivos semiconductores de potencia.

Obleas de pulido de silicioque forman un área limpia en la superficie deobleas de siliciodespués del tratamiento térmico de recocido se denominan obleas de recocido de silicio. Los más utilizados son las obleas de recocido con hidrógeno y las obleas de recocido con argón. Las obleas de silicio de 300 mm y algunas obleas de silicio de 200 mm con requisitos más altos requieren el uso de un proceso de pulido de doble cara. Por lo tanto, la tecnología de captación externa que introduce el centro de captación a través de la parte posterior de la oblea de silicio es difícil de aplicar. El proceso de obtención interna que utiliza el proceso de recocido para formar el centro de obtención interno se ha convertido en el proceso de obtención principal para obleas de silicio de gran tamaño. En comparación con las obleas pulidas generales, las obleas recocidas pueden mejorar el rendimiento del dispositivo y aumentar el rendimiento, y se utilizan ampliamente en la fabricación de circuitos integrados digitales y analógicos y chips de memoria.

El principio básico del crecimiento de monocristales por fusión por zonas es confiar en la tensión superficial de la masa fundida para suspender la zona fundida entre la varilla de silicio policristalino y el monocristal que crece debajo, y purificar y hacer crecer los monocristales de silicio moviendo la zona fundida hacia arriba. Los monocristales de silicio de fusión por zonas no están contaminados por los crisoles y tienen una alta pureza. Son adecuados para la producción de monocristales de silicio de tipo N (incluidos monocristales dopados por transmutación de neutrones) con resistividad superior a 200Ω·cm y monocristales de silicio de tipo P de alta resistencia. Los monocristales de silicio de fusión zonal se utilizan principalmente en la fabricación de dispositivos de alto voltaje y alta potencia.

Oblea epitaxial de silicio

Oblea epitaxial de siliciose refiere a un material sobre el cual se cultivan una o más capas de película delgada de monocristal de silicio mediante deposición epitaxial en fase de vapor sobre un sustrato, y se utiliza principalmente para fabricar diversos circuitos integrados y dispositivos discretos.

En los procesos avanzados de circuitos integrados CMOS, para mejorar la integridad de la capa de óxido de la puerta, mejorar las fugas en el canal y mejorar la confiabilidad de los circuitos integrados, a menudo se usan obleas epitaxiales de silicio, es decir, una capa de película delgada de silicio. epitaxial homogéneamente crecido sobre una oblea pulida de silicio ligeramente dopada, que puede evitar las deficiencias del alto contenido de oxígeno y muchos defectos en la superficie de las obleas pulidas de silicio en general; mientras que para las obleas epitaxiales de silicio utilizadas para circuitos integrados de potencia y dispositivos discretos, una capa epitaxial de alta resistividad generalmente se cultiva epitaxial sobre un sustrato de silicio de baja resistividad (oblea pulida de silicio fuertemente dopada). En entornos de aplicaciones de alta potencia y alto voltaje, la baja resistividad del sustrato de silicio puede reducir la resistencia y la capa epitaxial de alta resistividad puede aumentar el voltaje de ruptura del dispositivo.

Oblea de silicio SOI

SOI (silicio sobre aislante)Es silicio sobre una capa aislante. Es una estructura "sándwich" con una capa superior de silicio (Top Silicon), una capa intermedia enterrada de dióxido de silicio (BOX) y un soporte de sustrato de silicio (Handle) debajo. Como nuevo material de sustrato para la fabricación de circuitos integrados, la principal ventaja de SOI es que puede lograr un alto aislamiento eléctrico a través de la capa de óxido, lo que reducirá efectivamente la capacitancia parásita y las fugas de las obleas de silicio, lo que favorece la producción de alta- Circuitos integrados de gran escala de velocidad, baja potencia, alta integración y alta confiabilidad, y se usa ampliamente en dispositivos de potencia de alto voltaje, dispositivos ópticos pasivos, MEMS y otros campos. En la actualidad, la tecnología de preparación de materiales SOI incluye principalmente tecnología de unión (BESOI), tecnología de extracción inteligente (Smart-Cut), tecnología de implantación de iones de oxígeno (SIMOX), tecnología de unión por inyección de oxígeno (Simbond), etc. tecnología de decapado.

Obleas de silicio SOIse puede dividir a su vez en obleas de silicio SOI de película delgada y obleas de silicio SOI de película gruesa. El espesor del silicio superior de la película delgada.Obleas de silicio SOIes menos de 1um. En la actualidad, el 95% del mercado de obleas de silicio SOI de película delgada se concentra en tamaños de 200 mm y 300 mm, y su fuerza impulsora del mercado proviene principalmente de productos de alta velocidad y baja potencia, especialmente en aplicaciones de microprocesadores. Por ejemplo, en procesos avanzados por debajo de 28 nm, el silicio completamente agotado sobre aislante (FD-SOI) tiene ventajas de rendimiento obvias como bajo consumo de energía, protección contra la radiación y resistencia a altas temperaturas. Al mismo tiempo, el uso de soluciones SOI puede reducir considerablemente el proceso de fabricación. El espesor de silicio superior de las obleas de silicio SOI de película gruesa es superior a 1 um, y el espesor de la capa enterrada es de 0,5 a 4 um. Se utiliza principalmente en dispositivos de potencia y campos MEMS, especialmente en control industrial, electrónica automotriz, comunicaciones inalámbricas, etc., y generalmente utiliza productos de 150 mm y 200 mm de diámetro.