Кремниевые пластинкиявляются основными субстратами, используемыми в производстве полупроводников. От интегральных схем и датчиков MEMS до силовых устройств, фотоники и передовых упаковок,диаметр и толщина кремниевой пластины напрямую влияют на совместимость оборудования, механическая стабильность, урожайность процесса и стоимость производства.

Среди коммерчески доступных кремниевых субстратовВафли 100 мм, 150 мм, 200 мм и 300 ммКаждый диаметр связан с типичными стандартами толщины и различными сценариями применения.

В этом руководстве объясняются общие стандарты диаметра и толщины кремниевых пластинок, почему толщина увеличивается с размером пластинок,и как выбрать правильную спецификацию пластины для различных полупроводниковых приложений.

1Почему имеет значение диаметр кремниевой пластины

Диаметр кремниевой пластинки определяет полезную площадь поверхности, доступную для изготовления устройства.

Большая пластина может вместить больше полупроводниковых штампов в течение одного цикла обработки.это может значительно повысить эффективность производства и снизить стоимость производства на чип.

К наиболее распространенным диаметрам коммерческих пластинок относятся:

• 100мм 4 дюйма
• 150мм 6 дюймов
• 200мм 8 дюймов
• 300мм 12 дюймов

Меньшие пластины, такие как 2-дюймовые и 3-дюймовые субстраты, все еще используются в исследовательских лабораториях и некоторых специальных полупроводниковых приложениях, но они менее распространены в современном промышленном производстве.

Переход к более крупным пластинам происходил постепенно, поскольку оборудование для изготовления полупроводников стало более продвинутым.

Однако для более крупных пластин требуются более сложные системы обработки, процессы полировки и оборудование для производства.

По этой причине выбор диаметра пластины - это не просто вопрос выбора наибольшего доступного размера.

2Типичные стандарты диаметра и толщины кремниевых пластинок

Следующие значения представляют собой обычно используемые номинальные толщины для стандартных кремниевых пластин.

Эти значения следует рассматривать как типичные отраслевые ссылки, а не как универсальные требования.

Фактическая толщина пластины может варьироваться в зависимости от:

• Процесс производства полупроводников
• Кристаллическая ориентация
• Тип допанта
• Сопротивляемость
• Требование полировки
• Структура устройства
• Требования к механической прочности
• Спецификация клиента

Специализированные кремниевые пластины также могут быть изготовлены с толщиной, значительно отличающейся от стандартных значений.

3. Силиконовый пластинка 100 мм

А.Кремниевые пластинки 100 мм, обычно называемый4-дюймовая кремниевая пластинка, по-прежнему широко используется для исследований, MEMS, датчиков и специальных полупроводниковых устройств.

Типичная толщина

Общая номинальная толщина составляет приблизительно:

525 мкм

Часто также доступны специальные толщины.

Преимущества 100 мм вафель

По сравнению с более крупными пластинами, пластины 100 мм имеют несколько практических преимуществ.

Они требуют менее дорогостоящего оборудования и относительно легко обрабатываются во время лабораторной или пилотной обработки.

Для компаний, разрабатывающих новые полупроводниковые устройства, использование 100 мм пластинок может снизить стоимость экспериментального производства.

Они особенно полезны при относительно небольшом объеме производства.

Общие применения

Кремниевые пластинки размером 100 мм часто используются для:

• Исследования полупроводников
• Университетские лаборатории
• Развитие MEMS
• Изготовление датчиков
• Исследования в области фотоники
• Прототипы силовых устройств
• Микрофлюидные устройства
• Разработка полупроводниковых процессов

Многие спецификации пластинок также доступны в этом диаметре из-за широкого спектра исследовательских приложений.

4. 150 мм Силиконовый пластинка

А.150 мм кремниевые пластинки, также известный как6-дюймовый вафля, представляет собой важный переход между субстратами лабораторного масштаба и более объемными промышленных пластинами.

Типичная толщина

Общая номинальная толщина составляет приблизительно:

675 мкм

В зависимости от производственного процесса могут быть запрошены спецификации толщины на заказ.

Почему до сих пор широко используются 150-миллиметровые пластинки

Несмотря на то, что доступны большие размеры пластинок, многие установленные линии производства полупроводников продолжают работать с оборудованием 150 мм.

Замена всей линии по производству полупроводников большим оборудованием для пластин требует значительных инвестиций.

В результате 150-мм пластины остаются важными для зрелых полупроводниковых технологий.

Типичные применения

К распространенным применениям относятся:

• Аналоговые полупроводниковые устройства
• Дискретные полупроводниковые компоненты
• Датчики MEMS
• Автомобильная электроника
• Промышленные полупроводниковые устройства
• Мощная электроника
• Оптоэлектронные устройства

Для производства средних объемов 150-миллиметровые пластины могут обеспечить эффективный баланс между производственными затратами и эффективностью производства.

5. 200мм Силиконовый пластинка

А.200 мм кремниевые пластинки, обычно называемый8-дюймовая кремниевая пластинка, является одним из наиболее важных размеров пластин, используемых в производстве полупроводников.

Типичная толщина

Стандартная номинальная толщина обычно составляет около:

725 мкм

200 мм пластины широко используются в установленных высокопроизводительных линий.

Почему 200-миллиметровые пластинки по-прежнему важны

Несмотря на то, что передовые заводы полупроводников все чаще используют 300-миллиметровые пластины, 200-миллиметровая платформа остается чрезвычайно важной для зрелых полупроводниковых технологий.

Многие полупроводниковые продукты не требуют новейших узлов процесса.

Для этих устройств эксплуатация производственной линии длиной 200 мм может обеспечить отличную экономию производства.

Общие применения

200 мм кремниевые пластины широко используются в:

• Мощные полупроводниковые устройства
• Датчики MEMS
• Автомобильная электроника
• Аналоговые интегральные узлы
• РЧ-устройства
• Сенсоры изображения CMOS
• Промышленная электроника
• Дисплейные драйверы IC

Рост электрических транспортных средств, промышленной автоматизации и датчиков продолжает поддерживать сильный спрос на производство полупроводников 200 мм.

6. 300 мм Силиконовый пластинка

А.Кремниевые пластины размером 300 мм, также называемый12-дюймовая кремниевая пластина, является в настоящее время доминирующей платформой для передового производства полупроводников большого объема.

Типичная толщина

Стандартная номинальная толщина примерно:

775 мкм

Из-за большого диаметра 300 мм пластины требуют большей толщины для поддержания механической жесткости во время обработки.

Преимущества 300 мм вафли

Главным преимуществом 300-миллиметровой пластины является большая площадь поверхности.

По сравнению с 200-миллиметровой пластиной, 300-миллиметровая подложка обеспечивает значительно большую площадь для изготовления полупроводниковых устройств.

Это позволяет производителям производить больше чипов во время каждого цикла изготовления.

Для очень больших объемов производства это может снизить стоимость обработки на матрицу.

Типичные применения

300 мм пластины обычно используются для:

• Передовые процессоры
• Устройства памяти
• Логические интегральные узлы
• Высокопроизводительные вычисления
• Процессоры ИИ
• Производство CMOS в больших объемах
• Продвинутые литейные заводы полупроводников
• Чипы для бытовой электроники

Однако 300-мм линии производства полупроводников требуют большой автоматизации и очень больших капитальных вложений.

Поэтому этот размер пластинки обычно используется крупными производителями полупроводников.

7Почему толщина вафеля увеличивается с диаметром?

Часто возникает вопрос, почему большие кремниевые пластинки обычно толще.

Главная причина - механическая стабильность.

По мере увеличения диаметра пластины субстрат становится более восприимчивым к изгибу и деформации.

Пластинка должна оставаться достаточно жесткой во время этапов обработки полупроводников, таких как:

• Роботизированная обработка пластинок
• Вакуумный откат
• Спин-покрытие
• Литография
• Плазменное гравирование
• Осаждение тонкой пленки
• Мокрая чистка
• Проверка
• Метрология

Если большая пластинка слишком тонкая, она может испытывать чрезмерный лук, искривление или даже механическое повреждение.

Увеличение толщины пластины улучшает жесткость конструкции и снижает риск повреждения.

Вот почему типичная 300-мм кремниевая пластина значительно толще, чем 100-мм.

8. Толерантность толщины пластины

Одно только номинальное толщина не полностью описывает размерное качество пластины.

Покупатели также должны обратить внимание надопустимость толщиныиИзменение общей толщины, обычно называемый TTV.

Толерантность толщины

Толерантность толщины определяет допустимое отклонение от целевой толщины пластины.

Например, пластинка может быть указана как:

725 ± 20 мкм

Это означает, что толщина готовой пластины должна оставаться в пределах установленного диапазона.

Изменение общей толщины

TTV измеряет разницу между максимальной и минимальной толщиной пластины на всей подложке.

Низкий TTV особенно важен для применения:

• Соединение пластин
• Литография
• Продвинутая упаковка
• Изготовление MEMS
• Мельница высокоточной
• Обработка тонких пластин

Вафля может иметь правильную среднюю толщину, при этом имея чрезмерную вариацию толщины.

Следовательно, как номинальная толщина, так и TTV должны быть включены в критические спецификации пластинок.

9Лого и варп тоже важны.

Спецификации толщины обычно должны оцениваться вместе с луком и растяжкой пластины.

Поклонитесь.

Боу описывает отклонение центра пластины от справочной плоскости.

Варп

Варп представляет собой общее отклонение поверхности пластины от плоской справочной плоскости.

Чрезмерное ускорение может вызвать проблемы во время:

• Выравнивание литографии
• Соединение пластин
• Вакуумный откат
• Смельчение
• Проверка
• Автоматизированная обработка

Более крупные пластины особенно чувствительны к этим геометрическим параметрам.

Поэтому для применения высокоточных полупроводников могут потребоваться строгие ограничения для TTV, дуги и варпа.

10. Стандартная толщина против пользовательской толщины

Стандартные толщины пластин удобны, потому что они совместимы с обычным полупроводниковым оборудованием.

Однако для многих применений требуется специальная толщина.

Силиконовые пластинки на заказ могут быть изготовлены для таких применений, как:

• Опаковки из тонких пластинок
• Диафрагмы MEMS
• Временное соединение пластин
• Мощные полупроводниковые устройства
• Процесс переработки через силикон
• Датчики
• Фотоника
• Продвинутая упаковка

В зависимости от применения, пластины могут быть механически измельчены, химически выгравированы или полированы для достижения требуемой конечной толщины.

Ультратонкие пластины часто требуют временного склеивания с пластиной-носителем, потому что их механическая прочность становится недостаточной для обычной обработки.

11. Ориентация кремниевой пластины

Диаметр и толщина - это только часть полной спецификации кремниевой пластины.

Ориентация кристаллов - еще один важный параметр.

Две наиболее распространенные ориентации кремния:

Си (100)

и

Си (111)

(100) Кремний широко используется в производстве CMOS, MEMS и многих общих полупроводниковых приложениях.

(111) Кремний часто выбирают для специализированных полупроводниковых устройств, исследований и некоторых структур MEMS.

Правильная ориентация зависит от структуры устройства и процесса изготовления.

12Силиконовые пластины типа P против типа N

Кремниевые пластины также можно классифицировать по типу проводимости.

Кремний типа P

П-типовые пластины обычно допируются бором.

Они содержат отверстия в качестве основных носителей заряда.

Кремний типа N

Кремниевые пластины типа N могут быть допированы такими элементами, как:

• Фосфор
• Арсен
• Антимон

Электроны являются основными носителями заряда.

Выбор между Кремниевым P-типом и Кремниевым N-типом зависит от архитектуры полупроводникового устройства.

13Сопротивляемость кремниевых пластин

Электрическое сопротивление является еще одним важным параметром покупки.

Сопротивляемость кремниевых пластинок может варьироваться от очень низких значений для сильно допированных субстратов до чрезвычайно высоких значений для применений с высокой сопротивляемостью.

Типичные приложения, требующие тщательно контролируемого сопротивления, включают:

• РЧ-устройства
• Датчики
• Силовые полупроводники
• MEMS
• Фотоника
• Интегрированные схемы

Когда покупатели запрашивают котировку, они должны указать требуемый диапазон сопротивляемости, а не просто запрашивать материал типа P или N.

14. SSP против DSP Кремниевые пластинки

Кремниевые пластины обычно доступны как:

SSP

Одна поверхность полирована, а противоположная остается относительно грубой.

SSP-волки обычно используются для стандартной обработки полупроводников и многих исследовательских приложений.

DSP

Обе поверхности полированы.

Часто требуются пластины DSP для:

• MEMS
• Соединение пластин
• Оптические приложения
• Продвинутая упаковка
• Точная метрология

Требования к шероховатости поверхности также должны быть указаны, когда требуется высококачественная полировка.

15. Идентификация плоского и выемки

Идентификация края пластины развивалась по мере увеличения диаметра пластины.

Меньшие кремниевые пластины часто используют плоские для идентификации ориентации.

Большие пластины обычно используют выемку.

Например:

• Многие 100 мм и 150 мм пластинки используют плоские
• 200 и 300 мм пластины обычно используют выемки

Выемка или плоскость позволяет полупроводниковому оборудованию определять ориентацию кристаллов и выравнивание пластин.

Правильное определение ориентации особенно важно в автоматизированных системах обработки пластинок.

16. Выбор правильного диаметра пластины

Примерный диаметр пластины зависит в первую очередь от оборудования и объема производства.

Выберите 100 мм, когда:

• Проведение лабораторных исследований
• Разработка полупроводниковых процессов
• Производство небольших количеств
• Использование существующего 4-дюймового оборудования

Выберите 150 мм, когда:

• Производство зрелых полупроводников
• Производство MEMS или датчиков
• Производство специальных изделий
• Использование установленного 6-дюймового оборудования

Выберите 200 мм, когда:

• Производство полупроводников для автомобильной промышленности
• Устройства для производства энергии
• Запуск высокопроизводительных процессов
• Использование установленных 8-дюймовых производственных линий

Выберите 300 мм, когда:

• Производство передовых интегральных схем
• Производство очень больших объемов
• Производство памяти или продвинутой логики
• Использование высокоавтоматизированных полупроводниковых заводов

В большинстве случаев совместимость оборудования является первым фактором, определяющим диаметр пластины.

17Список спецификаций кремниевых вафл

Перед покупкой кремниевых пластин полезно подготовить полную техническую спецификацию.

К важным параметрам относятся:

• Материал для вафелей
• Диаметр
• Толщина
• Толерантность толщины
• Кристаллическая ориентация
• Тип P или N
• Допирующее средство
• Сопротивляемость
• TTV
• Поклонитесь.
• Варп
• SSP или DSP
• Грубость поверхности
• Спецификация плоской или выемки
• Профиль края
• Требование частиц
• Количество
• Требования к упаковке

Предоставление этих параметров помогает производителю пластинок оценить, можно ли использовать стандартный запасный материал или требуется индивидуальная обработка.

18Заключение.

Диаметр и толщина кремниевых пластинок являются одними из самых основных, но важных параметров при выборе полупроводниковой подложки.

Наиболее широко используемые размеры пластинок:100 мм, 150 мм, 200 мм и 300 мм, с типичными номинальными толщинами приблизительно525 мкм, 675 мкм, 725 мкм и 775 мкм, соответственно.

Меньшие пластинки остаются ценными для исследований, MEMS и производства специальных полупроводников, в то время как 200-мм пластинки продолжают поддерживать большую часть зрелого промышленного производства полупроводников.А пока..., 300-миллиметровые пластины доминируют в передовой производстве полупроводников большого объема.

Однако для того, чтобы выбрать правильную пластину, нужно больше, чем просто выбрать диаметр и толщину.

Кристаллическая ориентация, тип проводимости, сопротивляемость, состояние полировки, TTV, лук, варп и качество поверхности должны рассматриваться вместе.

Для производителей полупроводников, исследовательских лабораторий и разработчиков устройств,четкое определение этих спецификаций помогает гарантировать, что выбранная кремниевая пластина полностью совместима с процессом изготовления и требованиями конечного устройства.