Кремниевые пластины являются основными подложками, на которых строится современная микроэлектроника. Изготовление кремниевых пластин включает множество точно контролируемых этапов — от сырья до полированных монокристаллических дисков. В этой статье мы рассмотрим основные этапы производства кремниевых пластин, выделим технические проблемы и кратко расскажем о том, какой вклад вносят такие инновационные компании, как Plutosemi, в поставку пластин.

1. сырье и очистка

путешествие начинается с кремний электронного качества, обычно получаемый из кремнезема (sio₂), содержащегося в кварце или песке. Однако природный кремнезем содержит примеси, такие как железо, алюминий и другие следы металлов, которые необходимо удалить.

• высокочистый диоксид кремния сначала химически очищается и превращается в поликремний путем химического осаждения из паровой фазы (например, с использованием трихлорсилана и водорода).

• Затем поликремний плавят и подвергают дальнейшей очистке для достижения сверхвысокой чистоты, обычно на уровне «9n» (99,9999999 %) или выше.

этот очищенный кремний затем подготавливается для выращивания кристаллов.

2. рост монокристалла (формирование слитка)

Для получения пластины с однородными электрическими свойствами монокристаллический кремний выращивается методом Процесс Чохральского (cz), который остается отраслевым стандартом.

1. затравочный кристалл с точной кристаллографической ориентацией погружают в расплавленный кремний.

2. затравку медленно вытягивают вверх, одновременно вращая ее; по мере затвердевания расплава на затравке образуется цилиндрическая буля (слиток) с той же ориентацией кристаллической решетки.

3. Для получения кремния p-типа или n-типа можно добавлять легирующие примеси (например, бор или фосфор) в контролируемых количествах.

4. Диаметр, температурные градиенты и скорость вращения строго контролируются для поддержания качества кристаллов и уменьшения дислокаций.

альтернативные методы, такие как плавающая зона Иногда используются методы, особенно в случаях, когда требуется очень высокая чистота или отсутствие дефектов, но cz остается доминирующим методом для крупномасштабного производства пластин.

3. формовка слитка и предварительное шлифование

как только слиток выращен:

• внешняя поверхность отшлифована до равномерный диаметр.

• Для обозначения ориентации кристалла и типа легирования могут быть введены выемки или углубления.

• слиток разрезается на более короткие сегменты, каждая из которых пригодна для нарезки на вафли.

на этом этапе сегменты все еще требуют дальнейшей прецизионной обработки перед нарезкой пластин.

4. нарезка вафель (вафельирование)

преобразование слитка в пластины включает в себя нарезка:

• Для нарезки тонких дисков из слитка используется проволочная пила (проволока с алмазным напылением) или дисковая пила внутреннего диаметра.

• Многострунная резка позволяет резать много пластин одновременно, что снижает потери материала (пропилы) и повышает производительность.

• Типичная толщина начального ломтика может составлять около 1 мм или немного больше (чтобы обеспечить возможность дальнейшего утончения).

Однако распиленные пластины имеют механические повреждения и неровные поверхности, которые необходимо устранить.

5. притирка, шлифование и снятие фасок

после нарезки:

• поверхности пластин притертый и отшлифованный для удаления следов пилы и улучшения плоскостности, параллельности и однородности толщины.

• Для предотвращения сколов и трещин на краях пластин применяется снятие фаски или закругление кромок.

• этот шаг уменьшает повреждения и подготавливает пластину к последующей химической и механической полировке.

6. химическое травление и удаление повреждений

механическая обработка (распиловка, шлифовка, притирка) приводит к появлению микроповреждений и напряженных слоев вблизи поверхности пластины. Их необходимо удалять химическим путем:

• пластина подвергается влажное травление в растворах, содержащих плавиковую кислоту (HF), азотную кислоту (HNO₃) и уксусную кислоту (или растворах на основе гидроксида калия) для растворения поврежденной поверхности.

• травление обеспечивает устранение подповерхностных дефектов перед полировкой.

7. химико-механическая полировка (ХМП)

для получения сверхплоской, зеркально гладкой поверхности, подходящей для изготовления устройств:

• пластина устанавливается на носитель и помещается в инструмент cmp.

• Для бережной полировки пластины используются полировальный круг (часто полиуретановый) и суспензия, содержащая мелкие абразивные частицы, такие как коллоидный диоксид кремния или оксид алюминия.

• в результате получается поверхность с минимальной шероховатостью, отличной плоскостностью и отсутствием царапин.

Обычно одна сторона (сторона устройства) полируется до высокого оптического качества; обратная сторона может быть подвергнута более легкой полировке или шлифовке в зависимости от дополнительных требований.

8. очистка и удаление частиц

На этом этапе контроль загрязнения становится критически важным:

• пластина подвергается тщательной очистке (часто по методологии RCA Clean, включающей перекись водорода, гидроксид аммония и смеси кислот).

• Для удаления частиц, ионов металлов и органических остатков можно использовать ультразвуковую очистку, ополаскивание ди (деионизированной) водой, очистку на основе озона или другие передовые методы очистки.

• После очистки пластины сушат и обрабатывают в чистых условиях, чтобы предотвратить повторное загрязнение.

9. метрология, контроль и испытания

до того, как пластина попадет на линию изготовления:

• плоскостность, однородность толщины, лук/варп, и параллелизм измеряются с помощью оптической интерферометрии, профилометров или других прецизионных метрологических инструментов.

• пластина проверяется на наличие поверхностных дефектов, таких как царапины, раковины или помутнение.

• электрические испытания (сопротивление, распределение легирующей примеси) могут быть выполнены для подтверждения легирования и однородности материала.

• По результатам контроля пластины, не соответствующие критериям выхода годных, отбраковываются или отправляются на доработку.

10. шлифование, утончение и нарезка (необязательные этапы)

для усовершенствованной упаковки или когда требуются тонкие пластины:

• то задняя сторона пластины могут быть подвергнуты дальнейшей шлифовке (обратной шлифовке) для достижения очень малой толщины (например, 50–75 мкм) для штабелирования или создания гибких конструкций.

• Для защиты лицевой стороны во время истончения можно использовать защитные ленты (отверждаемые УФ-излучением).

• обработанная пластина затем нарезанный кубиками (разрезать) на отдельные матрицы (чипы) при выходе из процесса изготовления.

сводная таблица: основные этапы и цели

производственные проблемы и компромиссы

• контроль выхода и дефектов: даже один микроскопический дефект может сделать пластину непригодной к использованию, поэтому строгий контроль процесса имеет важное значение.

• материальные потери: этапы распиловки и CMP влекут за собой потерю материала (потерю пропила), что особенно критично при использовании дорогих оснований.

• минимизация поверхностных повреждений: каждая механическая операция несет в себе риск повреждения, которое необходимо устранить позднее.

• плоскостность и коробление: по мере увеличения диаметра пластины (например, 300 мм, 450 мм) сохранение плоскостности и минимизация коробления становятся все более трудными.

• контроль загрязнения: необходимы сверхчистые условия обработки, поскольку следы частиц, ионы металлов или органические вещества существенно влияют на выход годных устройств.

применение и роль в производстве полупроводников

После приготовления полированная пластина становится субстрат на котором построены несколько слоев схем. на предприятии по изготовлению пластин («фабрика» или «литейный завод»), такие процессы, как окисление, фотолитография, ионная имплантация, осаждение тонких пленок, и травление неоднократно применяются для создания транзисторов, межсоединений и пассивных устройств.

Целостность подложки пластины — ее плоскостность, чистота и отсутствие дефектов — напрямую влияет на выход годных, производительность и надежность конечных полупроводниковых продуктов.

Почему стоит выбрать надежного поставщика пластин?

Учитывая точность и сложность производства пластин, доверие к надежным, высококачественным поставщикам имеет решающее значение. Такие компании, как плутоний предлагаем передовые продукты из кремниевых пластин со строгим контролем качества. Их опыт в поставке полированных пластин для полупроводниковых и МЭМ-приложений может помочь последующим производителям устройств снизить уровень дефектов и повысить выход продукции.