В полупроводниковой промышленности толщина пластины является важнейшей характеристикой, которая напрямую влияет на механическую прочность, тепловые характеристики и точность изготовления устройства. 6-дюймовая кремниевая пластина, также известная как 150-миллиметровая пластина, является одной из наиболее часто используемых подложек в производстве интегральных схем (ИС) и МЭМ. Понимание ее средней толщины и связанных с ней параметров помогает инженерам оптимизировать производственные процессы и обеспечивать стабильное качество устройств.

стандартный размер и структура

Кремниевая пластина представляет собой тонкий круглый срез, вырезанный из монокристаллического слитка высокочистого кремния. Диаметр пластины определяет ее поколение и составляет от 2 до 12 дюймов и более на современных производственных линиях. 6-дюймовая (150 мм) пластина представляет собой сбалансированный вариант между механической прочностью, экономической эффективностью и совместимостью с производственными линиями среднего масштаба.

Средняя толщина 6-дюймовой кремниевой пластины обычно составляет около 675 микрометров (мкм), или 0,675 миллиметра (мм). Однако это значение может незначительно изменяться в зависимости от типа пластины, ориентации кристалла и требований к обработке. Ниже приведен общий обзор диаметров пластин и соответствующих им стандартных толщин.

Зависимость между диаметром и толщиной нелинейна. По мере увеличения диаметра пластины толщина растет медленнее. Это гарантирует сохранение механической жесткости пластины без чрезмерного веса, что может повлиять на точность обработки и манипулирования.

факторы, влияющие на толщину пластины

Хотя 675 мкм является признанной номинальной толщиной, существуют отклонения в зависимости от конкретного применения и спецификации пластины. Несколько факторов определяют окончательную толщину в процессе производства.

1. ориентация кристалла

Кремниевые пластины обычно выращиваются в ориентациях (100), (111) или (110). Каждая ориентация имеет различные механические и химические свойства.

• Пластины с ориентацией (111) обычно немного толще, чтобы предотвратить деформацию во время высокотемпературной диффузии или эпитаксии.

• (100) Пластины, наиболее широко используемые в производстве КМОП и МЭМ, обычно имеют стандартную толщину 675 мкм.

2. тип пластины и легирование

Концентрация легирования и тип проводимости (n-тип или p-тип) незначительно влияют на механическую прочность. Сильнолегированные пластины могут стать более хрупкими, требуя осторожного обращения и иногда незначительного увеличения толщины для снижения риска поломки во время обработки.

3. процессы полировки и выравнивания

После отделения пластины от кристаллического слитка она проходит несколько стадий шлифовки, притирки, травления и химико-механической полировки (ХМП). Эти этапы позволяют устранить повреждения поверхности и добиться идеальной плоскостности, а также уменьшить общую толщину на 10–20 мкм. Современные системы ХМП позволяют достичь общей вариации толщины (ttv) менее ±5 мкм, гарантируя однородность по всей поверхности пластины.

4. требования к заявке

Для некоторых высоконагруженных приложений, таких как силовые полупроводниковые приборы или микроэлектромеханические системы (МЭМ), могут потребоваться нестандартные толщины пластин.

• более толстые пластины (700–800 мкм) повысить механическую жесткость для глубокого травления и соединения пластин.

• более тонкие пластины (400–600 мкм) предпочтительны в приложениях, требующих низкого термического сопротивления или корпусирования на уровне пластины.

стандарты измерений и допусков

Точное измерение толщины пластины имеет решающее значение для процессов выравнивания и фотолитографии. Современные метрологические приборы используют бесконтактные методы, такие как лазерная интерферометрия или емкостные датчики, для измерения общего изменения толщины (ttv), плоскостности площадки и прогиба/деформации.

Согласно международным стандартам полупроводникового оборудования и материалов, допуск на толщину 6-дюймовой пластины обычно составляет:

• номинальная толщина: 675 мкм

• диапазон допуска: ±25 мкм

• ttv (общее изменение толщины): ≤10 мкм

• лук/варп: ≤40 мкм

Поддержание этих параметров гарантирует надежную установку пластин в роботизированных манипуляторах, выравнивателях и литографических системах, используемых в процессе производства полупроводников.

роль толщины в изготовлении устройств

Толщина пластины напрямую влияет на несколько этапов производства чипа:

1. механическая стабильность – более толстые пластины устойчивы к деформации при высокоскоростном вращении и вакуумном зажиме во время фотолитографии и осаждения.

2. теплопроводность – Теплопроводность кремния немного уменьшается при легировании и изменении толщины. Постоянная толщина пластины обеспечивает равномерное рассеивание тепла во время окисления и отжига.

3. нарезка и упаковка – более тонкие пластины уменьшают высоту кристалла и их легче интегрировать в компактные электронные модули, хотя для предотвращения растрескивания требуются передовые методы резки, такие как лазерная резка или плазменное травление.

4. оптимизация доходности – равномерная толщина всех пластин сводит к минимуму изменение оптического фокуса во время литографии, улучшая контроль ширины линии и выход годных устройств.

современные достижения в области утонения пластин

Последние тенденции в области 3D-корпуса, гибкой электроники и высокоплотной интеграции привели к росту спроса на сверхтонкие пластины. Современные технологии утончения, такие как шлифование задней поверхности в сочетании с химико-механической планаризацией, позволяют уменьшить толщину пластины толщиной 6 дюймов до менее 200 мкм сохраняя при этом механическую прочность за счет временных процессов склеивания. Эти сверхтонкие пластины широко используются в датчиках, модулях памяти и мобильных процессорах.

производители также разрабатывают методы прореживания без стресса с использованием методов плазменного травления или лазерного отрыва для устранения микротрещин и повышения сопротивления изгибу. Такие инновации способствуют миниатюризации устройств без ущерба для надежности.

промышленные приложения и поставщики

6-дюймовые кремниевые пластины по-прежнему остаются основными в таких отраслях, как производство МЭМ-датчиков, силовых устройств, аналоговых ИС и оптических компонентов. Они обеспечивают оптимальный баланс между масштабируемостью производства и контролем затрат. В то время как 8-дюймовые и 12-дюймовые пластины доминируют в производстве высокотехнологичной логики и памяти, 6-дюймовый формат по-прежнему остается важным для специализированных и исследовательских приложений.

для производителей, которым требуются высококачественные пластины с точным контролем размеров и минимальными дефектами поверхности, плутоний предлагает надежные решения. Компания специализируется на производство кремниевых пластин, индивидуальная обработка и изготовление эпитаксиальных пластин, обеспечивая строгое соблюдение полупроводниковых стандартов. Благодаря постоянной плоскостности и однородности толщины 6-дюймовые пластины компании Plutosemi идеально подходят для современных полупроводниковых и МЭМ-приложений.

заключение

средняя толщина 6-дюймовая кремниевая пластина приблизительно 675 мкм, хотя возможны отклонения в зависимости от ориентации кристалла, методов полировки и требований к устройству. Поддержание строгого контроля допусков толщины и плоскостности имеет жизненно важное значение для достижения высокой производительности и стабильной работы устройства. Поскольку полупроводниковые технологии продолжают развиваться, прецизионная разработка пластин, поддерживаемая такими производителями, как плутоний — остается основой современного производства микроэлектроники.