Кремниевые пластины играют важнейшую роль в полупроводниковой промышленности. Они служат подложкой, на которой строятся микроэлектронные устройства, такие как микропроцессоры, память и датчики. Часто задают вопрос: почему кремниевые пластины круглые а не квадрат или другую форму? В этой статье объясняются физика, производственный процесс, экономические и структурные причины круглой формы со ссылкой на передовых поставщиков, таких как плутоний.

1. рост кристалла: слиток имеет цилиндрическую форму

• Начальной точкой является затравочный кристалл, который погружают в расплавленный сверхчистый кремний. с использованием таких процессов, как метод роста Чохральскогозатравка вытягивается во время вращения, в результате чего расплавленный кремний затвердевает в виде монокристаллического слитка (также называемого булей). Поскольку затравка и/или тигель вращаются, формируется естественная геометрия цилиндрический.

• из этого цилиндрического слитка вы нарезаете ломтики (пластины). Вы просто отрезаете диски от цилиндра. таким образом, пластины по своей природе являются круглыми.

2. однородность, механические и термические преимущества

• круглая форма помогает в равномерное распределение напряжений и температуры. Все края круга находятся на одинаковом расстоянии от центра; острые углы отсутствуют. Острые углы, как правило, концентрируют напряжение, что приводит к возможному образованию трещин или дефектов. Круглые края более прочны, особенно при высоких температурах, механической обработке или во время полировки/химической обработки.

• В ходе таких процессов, как нанесение фоторезистивного покрытия, травление, осаждение, центрифугирование и т. д., пластины часто вращаются. Круглая пластина вращается более плавно, обеспечивая более равномерное радиальное распределение жидкости, химикатов или тепла. Углы на некруглой пластине затруднят поток жидкости и могут привести к неравномерности.

3. производство и экономическая эффективность

• Учитывая, что слиток имеет цилиндрическую форму, изготовление круглых пластин исключает необходимость срезать большие участки материала только для того, чтобы придать ему квадратную форму, что привело бы к перерасходу кремния и повышению стоимости.

• Инструменты и оборудование, используемые в процессе изготовления полупроводников — распиловка, полировка, химико-механическая планаризация (ХМП), литография — предназначены для круглых пластин. Переход на другие формы потребует перепроектирования большей части инструментов и инфраструктуры. Это большие затраты, а выгода (если таковая имеется) пока не перевесила затраты.

4. Вопросы отходов и выхода продукции

• Хотя круглые пластины действительно приводят к «потерям на кромке» (некоторая область по окружности, из которой невозможно получить полноценные кристаллы), эти потери перевешиваются преимуществами круглой формы. Многие кристаллы имеют квадратную или прямоугольную форму, поэтому по краю имеется «мертвая» область; но для круглой пластины компромисс оказывается в пользу круглой из-за формы слитка, однородности, механической стабильности и более низкой стоимости.

5. историческая зависимость от предшествующего развития и отраслевые стандарты

• Круглые пластины были стандартом на протяжении десятилетий, с тех пор как были разработаны такие методы, как метод Чохральского. Промышленные организации устанавливают стандарты (например, полустандарты) для диаметров пластин (100 мм, 150 мм, 200 мм, 300 мм и т. д.), плоские или с выемкой для ориентации и т. д.

• Поскольку фабрики, обработка, транспортировка, робототехника и технологические инструменты оптимизированы для этих размеров и форм, изменение формы повлечет за собой необходимость переоснащения, адаптации и потенциальные проблемы с совместимостью.

6. как насчет альтернатив?

• квадратные или прямоугольные пластины теоретически можно было бы уменьшить отходы кромок, упаковать штампы «плотнее». но углы хрупкие, более подвержены сколам и поломкам. обработка и напряжения теплового расширения сложнее.

• шестиугольный формы рассматривались в концепции (например, более высокая эффективность упаковки), но опять же слитки цилиндрические, требуют существенной переработки, а углы по-прежнему представляют проблемы. до сих пор никаких серьезных изменений в отраслевой практике не произошло.

7. плутоний: передовые технологии производства и высокоточные круглые пластины / soi

вот как плутоний вписывается в это:

• Как компания, предлагающая высококачественные кремниевые пластины и продукцию на основе кремния на изоляторе (SOI), Plutosemi использует передовые производственные процессы для поставки пластин с высокая точность по толщине, плоскостности, плотности дефектов и ориентации.

• Поскольку отраслевой стандарт и оборудование разработаны для круглых пластин, опыт компании Plutosemi в производстве круглых пластин и пластин SOI означает совместимость с глобальными фабриками, цепочками поставок и последующими пользователями.

• Компания Plutosemi занимает выгодное положение, предлагая пластины, изготовленные по индивидуальному заказу, для самых разных применений: от стандартных КМОП-схем, МЭМ-схем, датчиков до современных устройств, требующих очень жестких допусков. Использование технологии производства пластин на основе круга позволяет оптимизировать выход продукции, уменьшить количество механических проблем и улучшить обработку. Подробную информацию о продукции Plutosemi можно найти на сайте https://www.плутонийtech.com.

8. резюме

Подводя итог, можно сказать, что кремниевые пластины имеют круглую форму, потому что:

1. Выращивание кристаллов приводит к образованию цилиндрических слитков, что придает дискам естественную форму.

2. Круглые пластины распределяют напряжение и температуру более равномерно, избегая слабых углов.

3. изготовление, обработка и покрытие (прядение и т. д.) более единообразны при использовании изделий круглой формы.

4. С точки зрения экономической эффективности и баланса между отходами и расходами предпочтение отдается круглой форме по сравнению с другими формами.

5. Отраслевые стандарты и инфраструктура строятся вокруг круглых пластин.

Несмотря на то, что существуют «потери на кромке», общие преимущества делают круглую форму пластины оптимальной с учетом современных технологий и цепочек поставок.