Кремний

Изготовление пластин : Пластина

Разделение кремниевых пластин и очистка поверхности

Разделение пластин и очистка поверхности

Сначала монокристалл доводят до желаемого диаметра, а затем накрывают одной или двумя плоскостями. Первая плоскость большего размера позволяет точно выровнять пластину во время изготовления. Вторая плоскость используется для определения типа пластины (ориентация кристалла, легированная p- / n-типом), но не всегда. Вместо вафель диаметром 200 мм и более используется насечка. Эти крошечные выемки на краю диска также обеспечивают выравнивание пластины, но занимают гораздо менее дорогую поверхность пластины.

Распиловка

Кольцевой пилой, режущая кромка которой заполнена алмазными осколками, монокристалл распиливается на тонкие диски = пластина. Пила обеспечивает высокую точность пиления без ударов. До 20% кристаллического стержня теряется из-за ширины пильного полотна. Однако в настоящее время все чаще используются канатные пилы, в которых из рейки можно отрезать сразу несколько пластин. Поэтому длинная проволока, смачиваемая суспензией зерен карбида кремния и носителем (гликоль или масло), пропускается через вращающиеся ролики. Кристалл кремния просачивается в проволочную сетку и таким образом разрезается на отдельные пластины. Проволока движется встречно со скоростью около 10 м / с и обычно имеет толщину 0,1-0,2 мм.

Кольцевая пила и канатная пила

 

После распиливания срезы имеют шероховатую поверхность, а из-за механических напряжений возникают повреждения кристаллической решетки. Для отделки поверхности пластины проходят несколько технологических этапов.

Притирка

С помощью гранулированного абразива (например, алюминия) на вращающемся стальном диске удаляется 50 микрон (0,05 мм) поверхности пластины. Размер зерен уменьшается поэтапно, но поверхность снова травмируется из-за механической обработки. Плоскостность после притирки составляет около 2 микрон.

Срезание кромки

В последующих процессах диски не должны иметь острых краев, иначе нанесенные слои могут отслоиться. Для этого скос вафель закругляют алмазным резцом.

Травление

В дополнительном процессе влажного травления смесью фтористоводородной, уксусной и азотной кислот удаляется 50 микрон. Поскольку это химический процесс, поверхность не повреждается. Кристаллические дефекты устраняются навсегда.

Полировка

Это последний этап обработки поверхности. В конце этапа полировки пластины не имеют выступа более 3 нм (0,000003 мм). Пластины обрабатывают смесью гидроксида натрия NaOH, воды и зерен оксида кремния. Оксид удаляет дополнительные 5 микрон с поверхности, гидроксид удаляет следы обработки, вызванные зерном оксида.

Историческое развитие размера пластины

Производство интегральных схем на кремниевых пластинах началось в середине 1960-х годов на пластинах диаметром 25 мм. В настоящее время в производстве современных полупроводников используются пластины диаметром 150-300 мм. К 2012 году ожидается серийное производство микрочипов на пластинах диаметром 450 мм; уже изготовлены прототипы для исследовательских целей. Поверхность пластины увеличилась более чем в 300 раз по сравнению с крошечной 1-дюймовой пластиной 50 лет назад, тогда как диаметр диска увеличился всего в 18 раз.

С более крупными пластинами производительность при изготовлении микрочипов значительно возрастает, в результате чего соответственно снижаются затраты на производство. Таким образом, при одинаковом размере структуры на пластине 300 мм можно изготовить более чем в два раза больше чипов, чем на пластине 200 мм. Кроме того, с увеличением диаметра край пластины становится менее изогнутым, и, таким образом, обрезка сводится к минимуму (поскольку чипы имеют прямоугольную форму).

Типичные данные пластин:

Тип [мм] Диаметр [мм] Толщина [мкм] Основная плоская [мм] Изгиб [мкм]
150 150 ± 0,5 ~ 700 55–60 25
200 200 ± 0,5 ~ 800 Notch 35 год
300 300 ± 0,5 ~ 900 Notch 45

Разные размеры пластин: 25, 38, 51, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 450 [мм] (в масштабе)

Почему кремниевые пластины круглые?

Вафли изготавливаются круглой формы, хотя конечные микрочипы имеют прямоугольную форму. Поэтому на пластине всегда есть смесь — некоторая область, куда нельзя поместить целые микросхемы и которую нужно выбросить в конце производства полупроводников.

После описания двух производственных процессов — в процессе Чохральского и процесс Поплавок-зоны — эта процедура понятно.

Кремниевая пластина для изготовления микрочипов должна иметь монокристаллическую форму. Это возможно только при использовании двух упомянутых технологий, которые позволяют получить круглую пластину.

Даже если впоследствии можно вырезать круглый монокристалл прямоугольной формы (например, распиливанием), круглые пластины имеют несколько преимуществ по сравнению с угловатой формой.

  • Выпрямление круглого кремния вызывает дополнительное напряжение в кристалле, что приводит к дефектам и дислокациям и, в конечном итоге, к ухудшению качества кремния.
  • Круглые пластины более стабильны, угловые пластины с трудом поддаются транспортировке и обработке без повреждений
  • Гомогенная обработка при производстве микрочипов с радиально-симметричными процессами (CPM, травление, навинчивание) намного проще
  • Также на угловых пластинах следует отбросить небольшую область на крайнем крае, поскольку обработка не может быть произведена на самом внешнем крае. Вафли необходимо зажать во время транспортировки, и слои могут отслаиваться, если дотянуться до края.

С увеличением поверхности пластины смесь также может быть уменьшена.

Однако прямоугольные пластины можно найти при производстве солнечных элементов. Обычно используются поликристаллические пластины, которые можно разливать в прямоугольную форму. Производство относительно легко по сравнению с изготовлением микрочипов, так что можно использовать угловые пластины; края также могут быть сняты фаски.

Exit mobile version