Piikiekko

Piimateriaali on kiinteää materiaalia, jolla on tietyt puolijohteen sähköiset ominaisuudet ja fyysinen stabiilisuus, ja se tukee substraattia myöhempään integroitujen piirien valmistusprosessiin. Se on avainmateriaali piipohjaisissa integroiduissa piireissä. Yli 95 % puolijohdelaiteista ja yli 90 % integroiduista piireistä maailmassa on valmistettu piikiekoilla.

Erilaisten yksikiteiden kasvatusmenetelmien mukaan piin yksittäiskiteet jaetaan kahteen tyyppiin: Czochralski (CZ) ja kelluva vyöhyke (FZ). Piikiekot voidaan karkeasti jakaa kolmeen luokkaan: kiillotetut kiekot, epitaksiaaliset kiekot ja Silicon-On-insulator (SOI).

Silikonikiillotuskiekko

Piikiillotuskiekko viittaa apiikiekkomuodostuu pintaa kiillottamalla. Se on pyöreä kiekko, jonka paksuus on alle 1 mm ja joka on käsitelty leikkaamalla, hiomalla, kiillottamalla, puhdistamalla ja muilla yksikidesauvan prosesseilla. Sitä käytetään pääasiassa integroiduissa piireissä ja erillisissä laitteissa, ja sillä on tärkeä asema puolijohdeteollisuuden ketjussa.

Kun V-ryhmän alkuaineita, kuten fosforia, antimonia, arseenia jne. seostetaan piin yksikiteisiin, muodostuu N-tyypin johtavia materiaaleja; kun III-ryhmän elementtejä, kuten booria, seostetaan piihin, muodostuu P-tyypin johtavia materiaaleja. Piin yksittäiskiteiden ominaisvastus määräytyy seostettujen seostusaineiden määrällä. Mitä suurempi dopingmäärä, sitä pienempi resistiivisyys. Kevyesti seostetut piikiillotuskiekot tarkoittavat yleensä piikiillotuskiekkoja, joiden ominaisvastus on yli 0,1 W·cm ja joita käytetään laajalti suurten integroitujen piirien ja muistin valmistuksessa; voimakkaasti seostetut piikiillotuskiekot tarkoittavat yleensä piikiillotuskiekkoja, joiden ominaisvastus on alle 0,1 W·cm ja joita käytetään yleensä substraattimateriaaleina epitaksiaalisissa piikiekoissa ja joita käytetään laajalti puolijohdeteholaitteiden valmistuksessa.

Silikonikiillotuskiekotjotka muodostavat puhtaan alueen pinnallepiikiekkojahehkutuksen jälkeen lämpökäsittelyä kutsutaan piihehkutuskiekot. Yleisesti käytettyjä ovat vetyhehkutuskiekot ja argonhehkutuskiekot. 300 mm:n piikiekot ja jotkut 200 mm:n piikiekot, joilla on korkeammat vaatimukset, edellyttävät kaksipuolisen kiillotusprosessin käyttöä. Siksi ulkoista sitomistekniikkaa, joka tuo sisäänottokeskuksen piikiekon takaosan läpi, on vaikea soveltaa. Sisäisestä sieppausprosessista, joka käyttää hehkutusprosessia sisäisen sieppauskeskuksen muodostamiseen, on tullut suurikokoisten piikiekkojen valtavirran sieppausprosessi. Yleisiin kiillotettuihin kiekoihin verrattuna hehkutetut kiekot voivat parantaa laitteen suorituskykyä ja lisätä tuottoa, ja niitä käytetään laajalti digitaalisten ja analogisten integroitujen piirien ja muistisirujen valmistuksessa.

Vyöhykesulatuksen yksikiteiden kasvun perusperiaate on luottaa sulan pintajännitykseen sulan vyöhykkeen suspendoimiseksi monikiteisen piisauvan ja alla kasvatetun yksittäiskiteen väliin sekä puhdistaa ja kasvattaa piin yksittäiskiteitä siirtämällä sulaa vyöhykettä ylöspäin. Vyöhykkeellä sulavat piin yksittäiskiteet eivät ole upokkaiden saastuttamia ja niillä on korkea puhtaus. Ne soveltuvat N-tyypin piin yksikiteiden (mukaan lukien neutronitransmutaatiolla seostetut yksittäiskiteet), joiden ominaisvastus on yli 200 Ω·cm, ja korkearesistanssisten P-tyypin piin yksikiteiden tuotantoon. Vyöhykesulavia piin yksikiteitä käytetään pääasiassa suurjännite- ja suurteholaitteiden valmistuksessa.

Silikoninen epitaksikiekko

Silikoninen epitaksikiekkoTermi "pii-yksikideohutkalvo" tarkoittaa materiaalia, jonka päälle kasvatetaan yksi tai useampi kerros pii-yksikideohutkalvoa höyryfaasiepitaksiaalisella saostuksella substraatille, ja sitä käytetään pääasiassa erilaisten integroitujen piirien ja erillisten laitteiden valmistukseen.

Edistyneissä integroitujen CMOS-piirien prosesseissa käytetään usein pii-epitaksiaalisia kiekkoja, jotta voidaan parantaa hilaoksidikerroksen eheyttä, parantaa vuotoa kanavassa ja parantaa integroitujen piirien luotettavuutta. Homogeenisesti epitaksiaalinen kasvatettu kevyesti seostetulla piikiillotetulla kiekolla, mikä voi välttää korkean happipitoisuuden puutteet ja monet yleisten piikiillotettujen kiekkojen pinnan viat; kun taas pii-epitaksiaalisissa kiekoissa, joita käytetään tehointegroiduissa piireissä ja erillisissä laitteissa, suuren ominaisvastuksen epitaksikerros on yleensä epitaksiaalisesti kasvatettu matalaresistiiviselle piisubstraatille (voimakkaasti seostettu piikiillotettu kiekko). Suuritehoisissa ja korkeajännitteisissä sovellusympäristöissä piisubstraatin alhainen resistiivisyys voi vähentää päällekytkentäresistanssia, ja korkearesistiivinen epitaksiaalinen kerros voi lisätä laitteen läpilyöntijännitettä.

SOI piikiekko

SOI (Silicon-On-Insulator)on silikoni eristekerroksen päällä. Se on "sandwich"-rakenne, jossa on ylempi piikerros (Top Silicon), keskimmäinen piidioksidikerros (BOX) ja piisubstraattituki (Handle) alla. Uutena substraattimateriaalina integroitujen piirien valmistukseen SOI:n tärkein etu on, että se voi saavuttaa korkean sähköisen eristyksen oksidikerroksen läpi, mikä vähentää tehokkaasti piikiekkojen loiskapasitanssia ja vuotoa, mikä edistää korkean tason tuotantoa. nopeus, pienitehoinen, korkea integraatio ja korkea luotettavuus erittäin laajamittaiset integroidut piirit, ja sitä käytetään laajalti korkeajänniteteholaitteissa, optisissa passiivisissa laitteissa, MEMS- ja muilla aloilla. Tällä hetkellä SOI-materiaalien valmistustekniikkaan kuuluu pääasiassa liimaustekniikka (BESOI), älykäs strippaustekniikka (Smart-Cut), happi-ioni-istutustekniikka (SIMOX), happiruiskutussidontatekniikka (Simbond) jne. Valtavirtaisin teknologia on älykäs strippaustekniikka.

SOI piikiekotvoidaan jakaa edelleen ohutkalvoisiin SOI-piikiekkoihin ja paksukalvoisiin SOI-piikiekoihin. Ohutkalvon yläpiin paksuusSOI piikiekoton alle 1um. Tällä hetkellä 95 % ohutkalvoisten SOI-piikiekkojen markkinoista on keskittynyt 200 mm:n ja 300 mm:n kokoihin, ja sen markkinoiden liikkeellepaneva voima tulee pääasiassa nopeista, vähän virtaa käyttävistä tuotteista, erityisesti mikroprosessorisovelluksissa. Esimerkiksi kehittyneissä prosesseissa alle 28 nm, täysin köyhdytetyllä piieristeellä (FD-SOI) on ilmeisiä suorituskykyetuja alhainen virrankulutus, säteilysuojaus ja korkean lämpötilan kestävyys. Samalla SOI-ratkaisujen käyttö voi vähentää valmistusprosessia huomattavasti. Paksukalvoisten SOI-piikiekkojen ylin piipaksuus on yli 1 um ja haudatun kerroksen paksuus on 0,5-4 um. Sitä käytetään pääasiassa teholaitteissa ja MEMS-kentissä, erityisesti teollisuusohjauksessa, autoelektroniikassa, langattomassa viestinnässä jne., ja se käyttää yleensä halkaisijaltaan 150 mm ja 200 mm tuotteita.