Толщина кремниевой пластины играет решающую роль в производстве полупроводников. Она влияет на механическую стабильность, терморегулирование и совместимость с последующими процессами. Современные технологии позволяют изготавливать пластины все тоньше, однако определенные ограничения сохраняются. В этой статье рассматривается, насколько тонкими могут быть кремниевые пластины, факторы, определяющие их утончение, практические ограничения и то, как поставщики передовых пластин удовлетворяют этим требованиям.

стандартные толщины и тенденции

В традиционном производстве полупроводников толщина пластины тесно связана с ее диаметром и механической стабильностью. Типичные значения толщины в зависимости от диаметра следующие:

В приведенной выше таблице приведены типичные значения, а не крайние пределы. По данным отраслевых источников, стандартная толщина кремниевых пластин и ниже часто ограничивается примерно 200 мкм из-за ограничений при обращении и обработке.

Эти значения подчеркивают, что, хотя многие пластины по-прежнему имеют толщину в несколько сотен микрометров, наблюдается тенденция к использованию более тонких подложек, особенно для усовершенствованных корпусов, МЭМ, устройств питания или приложений, требующих минимальных форм-факторов.

технология сверхтонких пластин и минимальная толщина

Достижения в области технологий утонения пластин, таких как шлифование обратной стороны, химическое травление и технологии переноса пластин, позволили производить кремниевые пластины сверхтонких размеров. Некоторые ключевые моменты:

• возможно изготовление пластин в исследовательских или специализированных производствах с толщиной в диапазоне от 2 мкм до 25 мкм.

• для постобработки утонения пластин (например, утончения для датчиков задней подсветки или усовершенствованной упаковки), пластины утончаются до 50 мкм или даже 75 мкм являются обычным явлением.

• недавнее важное достижение: компания Infineon Technologies AG объявила о производстве кремниевых пластин диаметром 300 мм (12 дюймов) и толщиной всего 20 мкм.

20-мкм пластина представляет собой колоссальный скачок: она вдвое тоньше предыдущего уровня техники (~40–60 мкм) и всего лишь вчетверо тоньше человеческого волоса.

Таким образом, как с точки зрения исследований, так и производства, сегодня толщина пластины может быть снижена до десятков микрометров, а в особых случаях — даже до единиц микрометров.

факторы, ограничивающие утончение пластин

Хотя сверхтонкие пластины технически осуществимы, несколько факторов накладывают практические ограничения на то, насколько тонкими могут быть изготовлены и обработаны пластины:

1. механическая прочность и управляемость По мере того как пластины становятся тоньше, увеличивается их подверженность короблению, изгибу, излому и повреждениям при обращении. Механическая жесткость снижается.

2. термическая и технологическая стабильность Во многих начальных и конечных процессах пластины подвергаются воздействию высоких температур, химическому травлению, литографии, очистке и другим этапам обработки. Более тонкие подложки более подвержены деформации и повреждениям.

3. выход и производительность устройства при использовании сверхтонких пластин может возрасти уровень дефектов, коробление может помешать литографическому наложению, а рассеивание тепла может ухудшиться. Для некоторых устройств (например, солнечных элементов) исследования показывают, что утончение менее ~40 мкм может снизить эффективность.

4. требования к поддержке и упаковке многие пластины переносятся, обрабатываются, приклеиваются или упаковываются с поддержкой носителей, лент или временных подложек. Для сверхтонких пластин могут потребоваться специальные протоколы обработки, приклеивания к носителям или опорным конструкциям, что увеличивает сложность и стоимость.

Из-за этих ограничений, хотя теоретический минимум может быть очень тонким, практическая толщина для крупносерийного производства должна обеспечивать баланс между повышением производительности, надежностью и стоимостью.

применения, использующие тонкие пластины

Уменьшенная толщина пластины обеспечивает ряд преимуществ, особенно в современных и высокопроизводительных приложениях:

• силовые устройства: более тонкие кремниевые подложки снижают сопротивление подложки и повышают эффективность преобразования энергии. Недавний пример пластины Infineon размером 20 мкм был нацелен на силовые модули в центрах обработки данных искусственного интеллекта.

• 3D-интеграция и усовершенствованная упаковка: тонкие пластины позволяют укладывать чипы друг на друга, использовать сквозные кремниевые соединения (TSV), соединять пластины и уменьшать высоту корпуса.

• портативная электроника и датчики: гибкие или сгибаемые устройства выигрывают от более тонких пластин (уменьшенная толщина способствует интеграции в малые форм-факторы).

• солнечные элементы: для солнечных пластин уменьшение толщины может увеличить выход материала из кристалла и снизить стоимость, хотя слишком большое утончение может ограничить производительность.

Таким образом, утончение пластин соответствует тенденциям к миниатюризации, плотности интеграции, снижению стоимости и появлению устройств нового форм-фактора.

соображения и рекомендации по выбору поставщика

При поиске сверхтонких кремниевых пластин ключевыми факторами выбора являются однородность подложки, механическая стабильность, критерии коробления/плоскостности, полное описание допусков по толщине и опыт поставщика в производстве тонких пластин.

Например, компания Plutosemi предлагает кремниевые пластины в качестве одного из своих продуктовых портфелей, включая услуги по обработке тонких пластин, такие как SOI, TSV, а также услуги по утонению пластин по индивидуальному заказу. Их портфолио и готовность предоставлять передовые технологические услуги делают их привлекательным вариантом для компаний, которым требуются пластины особой толщины.

При оценке такого поставщика, как Plutosemi, рассмотрите возможность запроса:

• минимально достижимая толщина и допуск (например, ± мкм)

• характеристики коробления, изгиба, ttv (общее изменение толщины)

• вспомогательные процессы, такие как приклеивание носителя, временная поддерживающая пленка, шлифовка или полировка

• данные о доходности для ультратонких серий

• сертификаты качества поверхности и плоскостности

краткое содержание

Толщина кремниевых пластин существенно изменилась. Стандартная толщина пластин по-прежнему составляет сотни микрометров для пластин большего диаметра, но сегодня сверхтонкие пластины толщиной до десятков микрометров (например, 20 мкм для пластины диаметром 300 мм) коммерчески выгодны. Однако уменьшение толщины пластин создает проблемы с механической прочностью, совместимостью с технологическими процессами и выходом годных. Производители и проектировщики устройств должны сопоставлять эти проблемы с преимуществами уменьшенной толщины. Для предприятий, закупающих тонкие пластины или изготавливающих пластины на заказ, такие поставщики, как Plutosemi, представляют собой ценного партнера, обладающего необходимыми возможностями и гибкостью. Понимая ограничения и компромиссы, связанные с толщиной пластин, инженеры и специалисты по закупкам могут сделать более обоснованный выбор материалов, отвечающих критериям как производительности, так и технологичности.