Кремниевые пластины являются основой современной электроники. Они представляют собой тонкие пластины полупроводникового материала, в первую очередь кремния, используемые для изготовления интегральных схем (ИС) и микрочипов. Толщина кремниевой пластины является важнейшим параметром, влияющим на ее производительность, долговечность и область применения. В этой статье мы рассмотрим типичную толщину кремниевых пластин, факторы, влияющие на их толщину, и важность точного контроля толщины в производстве полупроводников.

типичная толщина кремниевых пластин

Толщина кремниевой пластины может значительно варьироваться в зависимости от ее предполагаемого использования и производственного процесса. Как правило, толщина кремниевых пластин, используемых в производстве полупроводников, составляет от нескольких сотен микрометров до нескольких миллиметров. Вот некоторые распространенные диапазоны толщины для различных типов кремниевых пластин:

стандартные пластины

• Пластины диаметром 200 мм (8 дюймов): обычно эти пластины имеют толщину около 675 микрометров (мкм) до 725 мкм.

• 300-мм (12-дюймовые) пластины: эти более крупные пластины обычно имеют толщину приблизительно от 775 мкм до 825 мкм.

более тонкие пластины

• пластины МЭМС (микроэлектромеханических систем): эти специализированные пластины могут быть тонкими от 50 мкм до 100 мкм, в зависимости от конкретного изготавливаемого МЭМ-устройства.

• гибкие электронные пластины: для приложений, требующих гибкости, таких как носимые устройства, толщина пластины может быть уменьшена до 20–50 мкм.

более толстые пластины

• пластины для силовой электроники: в таких приложениях, как силовые модули, где требуются более высокие токи и управление тепловым режимом, толщина пластины может составлять до 1 мм и более.

факторы, влияющие на толщину пластины

Толщина кремниевой пластины определяется несколькими факторами:

требования к заявке

• интегральные схемы: для стандартных ИС толщина оптимизируется для баланса механической прочности и электрических характеристик. Более тонкие пластины могут уменьшить паразитную емкость и улучшить характеристики, но могут быть более хрупкими.

• силовые устройства: более толстые пластины часто используются в силовых устройствах для более эффективного рассеивания тепла и выдерживания более высоких токов.

• устройства MEMS: толщина подбирается в соответствии с конкретными механическими свойствами, необходимыми для структуры МЭМ, например, для датчиков или исполнительных механизмов.

производственный процесс

• рост кристаллов: начальная толщина определяется в процессе роста кристалла. Метод Чохральского (cz) или метод плавающей зоны (fz) обычно используется для выращивания слитков кремния, которые затем нарезаются на пластины.

• нарезка и полировка: в процессе резки слиток разрезается на пластины алмазными пилами. На этом этапе можно регулировать толщину. Последующие этапы полировки также могут немного уменьшить толщину.

тепловые и механические соображения

• управление тепловым режимом: более толстые пластины могут лучше рассеивать тепло, что имеет решающее значение для приложений высокой мощности.

• механическая прочность: более толстые пластины более прочны и менее подвержены поломке при транспортировке и обработке.

важность точного контроля толщины

Точный контроль толщины пластины необходим по нескольким причинам:

электрические характеристики

• уменьшенное количество паразитов: более тонкие пластины могут уменьшить паразитную емкость и сопротивление, что приводит к повышению производительности в высокоскоростных и высокочастотных приложениях.

• однородность: равномерная толщина обеспечивает единообразные электрические свойства по всей пластине, что имеет решающее значение для надежности и производительности конечных устройств.

производственная доходность

• более высокая доходность: постоянная толщина снижает вероятность возникновения дефектов в процессе обработки, таких как трещины или коробление, что может повысить выход готовой продукции.

• экономическая эффективность: точный контроль толщины позволяет минимизировать отходы материала и снизить производственные затраты.

интеграция устройств

• штабелирование и упаковка: в современных технологиях упаковки, таких как 3D-укладка, точный контроль толщины необходим для обеспечения надлежащего выравнивания и интеграции нескольких пластин.

методы измерения толщины пластин

Точное измерение толщины пластины имеет решающее значение в производстве полупроводников. Для измерения толщины кремниевых пластин используется несколько методов:

контактное измерение

• микрометры: механические микрометры могут использоваться для измерения толщины пластин. Однако этот метод может быть разрушительным и не подходит для высокоточных измерений.

бесконтактное измерение

• оптическая интерферометрия: этот метод использует световые интерференционные картины для измерения толщины с высокой точностью. Он неразрушающий и может обеспечить точность измерений на уровне нанометров.

• лазерная триангуляция: лазер проецируется на поверхность пластины, и отраженный свет используется для определения толщины. Этот метод также является неразрушающим и позволяет измерять толщину с высокой точностью.

будущие тенденции толщины пластин

По мере развития технологий наблюдается тенденция к использованию более тонких пластин для многих применений:

закон Мура и миниатюризация

• меньшие устройства: поскольку транзисторы и другие компоненты продолжают уменьшаться в размерах, растет спрос на более тонкие пластины, чтобы разместить больше устройств на пластине и повысить производительность.

• 3D-интеграция: разработка 3D-интегральных схем (3D-ИС) требует более тонких пластин, чтобы обеспечить возможность укладки и соединения нескольких слоев.

новые приложения

• гибкая электроника: развитие гибкой и носимой электроники требует более тонких пластин, которые можно сгибать или складывать, не ломая их.

• усовершенствованная упаковка: такие технологии, как сквозные кремниевые переходные отверстия (TSVS) и корпусирование на уровне пластины с разветвлением (FowlP), выигрывают от более тонких пластин, достигая более высокой плотности интеграции и производительности.