Στην ακμάζουσα διαδικασία ανάπτυξης της βιομηχανίας ημιαγωγών, τα γυαλισμένα μονοκρύσταλλαπλακίδια πυριτίουπαίζουν κρίσιμο ρόλο. Χρησιμεύουν ως το βασικό υλικό για την παραγωγή διαφόρων μικροηλεκτρονικών συσκευών. Από πολύπλοκα και ακριβή ολοκληρωμένα κυκλώματα έως μικροεπεξεργαστές υψηλής ταχύτητας και πολυλειτουργικούς αισθητήρες, γυαλισμένα μονοκρύσταλλαπλακίδια πυριτίουείναι απαραίτητα. Οι διαφορές στην απόδοση και τις προδιαγραφές τους επηρεάζουν άμεσα την ποιότητα και την απόδοση των τελικών προϊόντων. Παρακάτω παρατίθενται οι κοινές προδιαγραφές και παράμετροι των γυαλισμένων πλακιδίων μονοκρυσταλλικού πυριτίου:

Διάμετρος: Το μέγεθος των πλακιδίων μονοκρυσταλλικού πυριτίου ημιαγωγών μετριέται από τη διάμετρό τους και διατίθενται σε μια ποικιλία προδιαγραφών. Οι συνήθεις διάμετροι περιλαμβάνουν 2 ίντσες (50,8 mm), 3 ίντσες (76,2 mm), 4 ίντσες (100 mm), 5 ίντσες (125 mm), 6 ίντσες (150 mm), 8 ίντσες (200 mm), 12 ίντσες (300 mm) και 18 ίντσες (450 mm). Διαφορετικές διάμετροι είναι κατάλληλες για διάφορες ανάγκες παραγωγής και απαιτήσεις διεργασίας. Για παράδειγμα, τα πλακίδια μικρότερης διαμέτρου χρησιμοποιούνται συνήθως για ειδικές μικροηλεκτρονικές συσκευές μικρού όγκου, ενώ τα πλακίδια μεγαλύτερης διαμέτρου επιδεικνύουν υψηλότερη αποδοτικότητα παραγωγής και πλεονεκτήματα κόστους στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μεγάλης κλίμακας. Οι απαιτήσεις επιφάνειας κατηγοριοποιούνται σε γυαλισμένα μονής όψης (SSP) και γυαλισμένα διπλής όψης (DSP). Τα γυαλισμένα πλακίδια μονής όψης χρησιμοποιούνται για συσκευές που απαιτούν υψηλή επιπεδότητα στη μία πλευρά, όπως ορισμένοι αισθητήρες. Τα γυαλισμένα πλακίδια διπλής όψης χρησιμοποιούνται συνήθως για ολοκληρωμένα κυκλώματα και άλλα προϊόντα που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και στις δύο επιφάνειες. Απαιτήσεις επιφάνειας (Φινίρισμα): Γυαλισμένο SSP μονής όψης / Γυαλισμένο DSP διπλής όψης.

Τύπος/Πρόσμιξη: (1) Ημιαγωγός τύπου Ν: Όταν ορισμένα άτομα πρόσμιξης εισάγονται στον εγγενή ημιαγωγό, μεταβάλλουν την αγωγιμότητά του. Για παράδειγμα, όταν προστίθενται πεντασθενή στοιχεία όπως άζωτο (N), φώσφορος (P), αρσενικό (As) ή αντιμόνιο (Sb), τα ηλεκτρόνια σθένους τους σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με τα ηλεκτρόνια σθένους των περιβάλλουσων ατόμων πυριτίου, αφήνοντας ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο που δεν συνδέεται με ομοιοπολικό δεσμό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια συγκέντρωση ηλεκτρονίων μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση οπών, σχηματίζοντας έναν ημιαγωγό τύπου Ν, επίσης γνωστό ως ημιαγωγό τύπου ηλεκτρονίων. Οι ημιαγωγοί τύπου Ν είναι κρίσιμοι στην κατασκευή συσκευών που απαιτούν ηλεκτρόνια ως κύριους φορείς φορτίου, όπως ορισμένες συσκευές ισχύος. (2) Ημιαγωγός τύπου P: Όταν τρισθενή στοιχεία πρόσμιξης όπως βόριο (B), γάλλιο (Ga) ή ίνδιο (In) εισάγονται στον ημιαγωγό πυριτίου, τα ηλεκτρόνια σθένους των ατόμων πρόσμιξης σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με τα περιβάλλοντα άτομα πυριτίου, αλλά δεν έχουν τουλάχιστον ένα ηλεκτρόνιο σθένους και δεν μπορούν να σχηματίσουν έναν πλήρη ομοιοπολικό δεσμό. Αυτό οδηγεί σε συγκέντρωση οπών μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση ηλεκτρονίων, σχηματίζοντας έναν ημιαγωγό τύπου P, γνωστό και ως ημιαγωγό τύπου οπών. Οι ημιαγωγοί τύπου P παίζουν βασικό ρόλο στην κατασκευή συσκευών όπου οι οπές χρησιμεύουν ως οι κύριοι φορείς φορτίου, όπως οι δίοδοι και ορισμένα τρανζίστορ.

Αντίσταση: Η αντίσταση είναι ένα βασικό φυσικό μέγεθος που μετρά την ηλεκτρική αγωγιμότητα των γυαλισμένων μονοκρυσταλλικών πλακιδίων πυριτίου. Η τιμή της αντικατοπτρίζει την αγώγιμη απόδοση του υλικού. Όσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο καλύτερη είναι η αγωγιμότητα του πλακιδίου πυριτίου. Αντίθετα, όσο υψηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο χειρότερη είναι η αγωγιμότητα. Η αντίσταση των πλακιδίων πυριτίου καθορίζεται από τις εγγενείς ιδιότητες του υλικού τους και η θερμοκρασία έχει επίσης σημαντικό αντίκτυπο. Γενικά, η αντίσταση των πλακιδίων πυριτίου αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Σε πρακτικές εφαρμογές, διαφορετικές μικροηλεκτρονικές συσκευές έχουν διαφορετικές απαιτήσεις αντίστασης για τα πλακίδια πυριτίου. Για παράδειγμα, τα πλακίδια που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων χρειάζονται ακριβή έλεγχο της αντίστασης για να διασφαλίσουν σταθερή και αξιόπιστη απόδοση της συσκευής.

Προσανατολισμός: Ο προσανατολισμός των κρυστάλλων της πλακέτας αντιπροσωπεύει την κρυσταλλογραφική κατεύθυνση του πλέγματος πυριτίου, η οποία συνήθως καθορίζεται από δείκτες Miller όπως (100), (110), (111) κ.λπ. Διαφορετικοί προσανατολισμοί των κρυστάλλων έχουν διαφορετικές φυσικές ιδιότητες, όπως η πυκνότητα γραμμής, η οποία ποικίλλει ανάλογα με τον προσανατολισμό. Αυτή η διαφορά μπορεί να επηρεάσει την απόδοση της πλακέτας στα επόμενα βήματα επεξεργασίας και την τελική απόδοση των μικροηλεκτρονικών συσκευών. Στη διαδικασία κατασκευής, η επιλογή μιας πλακέτας πυριτίου με τον κατάλληλο προσανατολισμό για διαφορετικές απαιτήσεις συσκευής μπορεί να βελτιστοποιήσει την απόδοση της συσκευής, να βελτιώσει την αποδοτικότητα της παραγωγής και να βελτιώσει την ποιότητα του προϊόντος.

Επίπεδη/Εγκοπή: Η επίπεδη άκρη (Flat) ή εγκοπή V (Notch) στην περιφέρεια του πλακιδίου πυριτίου παίζει κρίσιμο ρόλο στην ευθυγράμμιση του προσανατολισμού των κρυστάλλων και αποτελεί σημαντικό αναγνωριστικό στοιχείο στην κατασκευή και την επεξεργασία του πλακιδίου. Τα πλακίδια διαφορετικών διαμέτρων αντιστοιχούν σε διαφορετικά πρότυπα για το μήκος του Flat ή Notch. Τα άκρα ευθυγράμμισης ταξινομούνται σε κύρια επίπεδη και δευτερεύουσα επίπεδη. Το κύριο επίπεδο χρησιμοποιείται κυρίως για τον προσδιορισμό του βασικού προσανατολισμού των κρυστάλλων και της αναφοράς επεξεργασίας του πλακιδίου, ενώ το δευτερεύον επίπεδο βοηθά περαιτέρω στην ακριβή ευθυγράμμιση και επεξεργασία, εξασφαλίζοντας την ακριβή λειτουργία και τη συνέπεια του πλακιδίου σε όλη τη γραμμή παραγωγής.

Πάχος: Το πάχος μιας πλακέτας συνήθως καθορίζεται σε μικρόμετρα (μm), με κοινά πάχη που κυμαίνονται μεταξύ 100μm και 1000μm. Οι πλακέτες διαφορετικού πάχους είναι κατάλληλες για διαφορετικούς τύπους μικροηλεκτρονικών συσκευών. Οι λεπτότερες πλακέτες (π.χ., 100μm – 300μm) χρησιμοποιούνται συχνά για την κατασκευή τσιπ που απαιτεί αυστηρό έλεγχο του πάχους, μειώνοντας το μέγεθος και το βάρος του τσιπ και αυξάνοντας την πυκνότητα ενσωμάτωσης. Οι παχύτερες πλακέτες (π.χ., 500μm – 1000μm) χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές που απαιτούν υψηλότερη μηχανική αντοχή, όπως οι συσκευές ημιαγωγών ισχύος, για να εξασφαλιστεί η σταθερότητα κατά τη λειτουργία.

Τραχύτητα Επιφάνειας: Η τραχύτητα της επιφάνειας είναι μία από τις βασικές παραμέτρους για την αξιολόγηση της ποιότητας των πλακιδίων, καθώς επηρεάζει άμεσα την πρόσφυση μεταξύ του πλακιδίου και των επακόλουθων υλικών λεπτής μεμβράνης που εναποτίθενται, καθώς και την ηλεκτρική απόδοση της συσκευής. Συνήθως εκφράζεται ως τραχύτητα μέσης τετραγωνικής ρίζας (RMS) (σε nm). Η χαμηλότερη τραχύτητα της επιφάνειας σημαίνει ότι η επιφάνεια του πλακιδίου είναι πιο λεία, γεγονός που βοηθά στη μείωση φαινομένων όπως η σκέδαση ηλεκτρονίων και βελτιώνει την απόδοση και την αξιοπιστία της συσκευής. Στις προηγμένες διαδικασίες κατασκευής ημιαγωγών, οι απαιτήσεις τραχύτητας επιφάνειας γίνονται ολοένα και πιο αυστηρές, ειδικά για την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής τεχνολογίας, όπου η τραχύτητα της επιφάνειας πρέπει να ελέγχεται σε λίγα νανόμετρα ή και χαμηλότερα.

Συνολική Μεταβολή Πάχους (TTV): Η συνολική μεταβολή πάχους αναφέρεται στη διαφορά μεταξύ του μέγιστου και του ελάχιστου πάχους που μετριέται σε πολλαπλά σημεία στην επιφάνεια της πλακέτας, η οποία συνήθως εκφράζεται σε μm. Ένα υψηλό TTV μπορεί να οδηγήσει σε αποκλίσεις σε διαδικασίες όπως η φωτολιθογραφία και η χάραξη, επηρεάζοντας τη συνέπεια και την απόδοση της συσκευής. Επομένως, ο έλεγχος της TTV κατά την κατασκευή της πλακέτας είναι ένα βασικό βήμα για τη διασφάλιση της ποιότητας του προϊόντος. Για την κατασκευή μικροηλεκτρονικών συσκευών υψηλής ακρίβειας, η TTV συνήθως απαιτείται να είναι εντός λίγων μικρομέτρων.

Κύρτωση: Η κυρτότητα αναφέρεται στην απόκλιση μεταξύ της επιφάνειας της πλακέτας και του ιδανικού επίπεδου επιπέδου, που συνήθως μετριέται σε μm. Οι πλακέτες με υπερβολική κυρτότητα ενδέχεται να σπάσουν ή να υποστούν ανομοιόμορφη καταπόνηση κατά την επακόλουθη επεξεργασία, επηρεάζοντας την αποδοτικότητα της παραγωγής και την ποιότητα του προϊόντος. Ειδικά σε διαδικασίες που απαιτούν υψηλή επιπεδότητα, όπως η φωτολιθογραφία, η κυρτότητα πρέπει να ελέγχεται εντός ενός συγκεκριμένου εύρους για να διασφαλιστεί η ακρίβεια και η συνέπεια του φωτολιθογραφικού μοτίβου.

Στημόνι: Η στημόνι υποδεικνύει την απόκλιση μεταξύ της επιφάνειας του πλακιδίου και του ιδανικού σφαιρικού σχήματος, η οποία μετριέται επίσης σε μm. Όπως και με το τόξο, η στημόνι είναι ένας σημαντικός δείκτης της επιπεδότητας του πλακιδίου. Η υπερβολική στημόνι όχι μόνο επηρεάζει την ακρίβεια τοποθέτησης του πλακιδίου στον εξοπλισμό επεξεργασίας, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει προβλήματα κατά τη διαδικασία συσκευασίας του τσιπ, όπως κακή σύνδεση μεταξύ του τσιπ και του υλικού συσκευασίας, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την αξιοπιστία της συσκευής. Στην κατασκευή ημιαγωγών υψηλής τεχνολογίας, οι απαιτήσεις στημόνι γίνονται όλο και πιο αυστηρές για να καλύψουν τις απαιτήσεις των προηγμένων διαδικασιών κατασκευής και συσκευασίας τσιπ.

Προφίλ Άκρης: Το προφίλ της άκρης ενός πλακιδίου είναι κρίσιμο για την επακόλουθη επεξεργασία και χειρισμό του. Συνήθως καθορίζεται από τη Ζώνη Αποκλεισμού Άκρης (EEZ), η οποία ορίζει την απόσταση από την άκρη του πλακιδίου όπου δεν επιτρέπεται καμία επεξεργασία. Ένα σωστά σχεδιασμένο προφίλ άκρης και ο ακριβής έλεγχος της EEZ βοηθούν στην αποφυγή ελαττωμάτων στις άκρες, συγκεντρώσεων τάσεων και άλλων προβλημάτων κατά την επεξεργασία, βελτιώνοντας τη συνολική ποιότητα και απόδοση του πλακιδίου. Σε ορισμένες προηγμένες διαδικασίες κατασκευής, η ακρίβεια του προφίλ της άκρης απαιτείται να είναι σε επίπεδο υπομικρών.

Αριθμός σωματιδίων: Ο αριθμός και η κατανομή μεγέθους των σωματιδίων στην επιφάνεια της πλακέτας επηρεάζουν σημαντικά την απόδοση των μικροηλεκτρονικών συσκευών. Η υπερβολική ή μεγάλη ποσότητα σωματιδίων μπορεί να οδηγήσει σε βλάβες της συσκευής, όπως βραχυκυκλώματα ή διαρροές, μειώνοντας την απόδοση του προϊόντος. Επομένως, ο αριθμός των σωματιδίων μετριέται συνήθως μετρώντας τα σωματίδια ανά μονάδα επιφάνειας, όπως ο αριθμός των σωματιδίων που είναι μεγαλύτερα από 0,3 μm. Ο αυστηρός έλεγχος του αριθμού των σωματιδίων κατά την κατασκευή της πλακέτας είναι ένα ουσιαστικό μέτρο για τη διασφάλιση της ποιότητας του προϊόντος. Χρησιμοποιούνται προηγμένες τεχνολογίες καθαρισμού και ένα καθαρό περιβάλλον παραγωγής για την ελαχιστοποίηση της μόλυνσης από σωματίδια στην επιφάνεια της πλακέτας.

Σχετική παραγωγή

Μονοκρυσταλλική πλακέτα πυριτίου τύπου υποστρώματος Si N/P Προαιρετική πλακέτα καρβιδίου πυριτίου

Γκοφρέτα πυριτίου FZ CZ σε απόθεμα 12 ιντσών, Prime ή Test