सिलिकॉन वेफर

सिलिकॉन मटेरिअल ही काही सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रिकल गुणधर्म आणि भौतिक स्थिरता असलेली ठोस सामग्री आहे आणि त्यानंतरच्या एकात्मिक सर्किट उत्पादन प्रक्रियेसाठी सब्सट्रेट समर्थन प्रदान करते. सिलिकॉन-आधारित इंटिग्रेटेड सर्किट्ससाठी ही मुख्य सामग्री आहे. जगातील 95% पेक्षा जास्त सेमीकंडक्टर उपकरणे आणि 90% पेक्षा जास्त इंटिग्रेटेड सर्किट सिलिकॉन वेफर्सवर बनतात.

वेगवेगळ्या सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ पद्धतींनुसार, सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल्स दोन प्रकारांमध्ये विभागले जातात: झोक्राल्स्की (सीझेड) आणि फ्लोटिंग झोन (एफझेड). सिलिकॉन वेफर्सचे ढोबळमानाने तीन प्रकारांमध्ये विभागले जाऊ शकते: पॉलिश केलेले वेफर्स, एपिटॅक्सियल वेफर्स आणि सिलिकॉन-ऑन-इन्सुलेटर (SOI).

सिलिकॉन पॉलिशिंग वेफर

सिलिकॉन पॉलिशिंग वेफरचा संदर्भ आहे aसिलिकॉन वेफरपृष्ठभाग पॉलिश करून तयार होतो. हे एक गोल वेफर आहे ज्याची जाडी 1 मिमी पेक्षा कमी आहे ज्यावर एकाच क्रिस्टल रॉडच्या कटिंग, ग्राइंडिंग, पॉलिशिंग, साफसफाई आणि इतर प्रक्रियांद्वारे प्रक्रिया केली जाते. हे मुख्यतः एकात्मिक सर्किट्स आणि वेगळ्या उपकरणांमध्ये वापरले जाते आणि सेमीकंडक्टर उद्योग शृंखलामध्ये महत्त्वपूर्ण स्थान व्यापलेले आहे.

फॉस्फरस, अँटीमोनी, आर्सेनिक इत्यादी व्ही गटातील घटक सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल्समध्ये डोप केले जातात तेव्हा एन-प्रकारचे प्रवाहकीय पदार्थ तयार होतील; जेव्हा बोरॉन सारखे III गटाचे घटक सिलिकॉनमध्ये डोप केले जातात तेव्हा P-प्रकारचे प्रवाहकीय पदार्थ तयार होतील. सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल्सची प्रतिरोधकता डोपिंग घटकांच्या प्रमाणानुसार निर्धारित केली जाते. डोपिंगचे प्रमाण जितके जास्त तितकी प्रतिरोधकता कमी. हलके डोप केलेले सिलिकॉन पॉलिशिंग वेफर्स सामान्यत: 0.1W·cm पेक्षा जास्त प्रतिरोधकता असलेल्या सिलिकॉन पॉलिशिंग वेफर्सचा संदर्भ घेतात, जे मोठ्या प्रमाणात इंटिग्रेटेड सर्किट्स आणि मेमरी तयार करण्यासाठी वापरले जातात; हेवीली डोप केलेले सिलिकॉन पॉलिशिंग वेफर्स सामान्यत: 0.1W·cm पेक्षा कमी प्रतिरोधकता असलेल्या सिलिकॉन पॉलिशिंग वेफर्सचा संदर्भ घेतात, जे सामान्यतः एपिटॅक्सियल सिलिकॉन वेफर्ससाठी सब्सट्रेट सामग्री म्हणून वापरले जातात आणि सेमीकंडक्टर पॉवर उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.

सिलिकॉन पॉलिशिंग वेफर्सच्या पृष्ठभागावर स्वच्छ क्षेत्र तयार करतातसिलिकॉन वेफर्सएनीलिंग हीट ट्रीटमेंट नंतर सिलिकॉन ॲनिलिंग वेफर्स म्हणतात. हायड्रोजन ॲनिलिंग वेफर्स आणि आर्गॉन ॲनिलिंग वेफर्स हे सामान्यतः वापरले जातात. 300 मिमी सिलिकॉन वेफर्स आणि काही 200 मिमी सिलिकॉन वेफर्स ज्यात जास्त आवश्यकता असते त्यांना दुहेरी बाजूच्या पॉलिशिंग प्रक्रियेचा वापर आवश्यक असतो. त्यामुळे, सिलिकॉन वेफरच्या मागील बाजूस गेटरिंग सेंटरची ओळख करून देणारे बाह्य गेटरिंग तंत्रज्ञान लागू करणे कठीण आहे. अंतर्गत गेटरिंग सेंटर तयार करण्यासाठी एनीलिंग प्रक्रियेचा वापर करणारी अंतर्गत गेटरिंग प्रक्रिया मोठ्या आकाराच्या सिलिकॉन वेफर्ससाठी मुख्य प्रवाहात मिळवण्याची प्रक्रिया बनली आहे. सामान्य पॉलिश्ड वेफर्सच्या तुलनेत, ॲनिल्ड वेफर्स डिव्हाइसची कार्यक्षमता सुधारू शकतात आणि उत्पन्न वाढवू शकतात आणि डिजिटल आणि ॲनालॉग इंटिग्रेटेड सर्किट्स आणि मेमरी चिप्सच्या निर्मितीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.

झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल ग्रोथचे मूळ तत्व म्हणजे पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन रॉड आणि खाली वाढलेल्या सिंगल क्रिस्टलमधील वितळलेल्या झोनला निलंबित करण्यासाठी वितळण्याच्या पृष्ठभागावरील ताणावर अवलंबून राहणे आणि वितळलेल्या झोनला वरच्या दिशेने हलवून सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल्सचे शुद्धीकरण आणि वाढ करणे. झोन मेल्टिंग सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल्स क्रुसिबलद्वारे दूषित होत नाहीत आणि त्यांची उच्च शुद्धता असते. ते N-प्रकार सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल्स (न्यूट्रॉन ट्रान्सम्युटेशन डोपड सिंगल क्रिस्टल्ससह) 200Ω·cm पेक्षा जास्त प्रतिरोधकता आणि उच्च-प्रतिरोधक P-प्रकार सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल्सच्या उत्पादनासाठी योग्य आहेत. झोन मेल्टिंग सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल्स प्रामुख्याने हाय-व्होल्टेज आणि हाय-पॉवर उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये वापरले जातात.

सिलिकॉन एपिटॅक्सियल वेफर

सिलिकॉन एपिटॅक्सियल वेफरअशा सामग्रीचा संदर्भ देते ज्यावर सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल थिन फिल्मचे एक किंवा अधिक थर वाफ फेज एपिटॅक्सियल डिपॉझिशनद्वारे सब्सट्रेटवर वाढतात आणि मुख्यतः विविध एकात्मिक सर्किट्स आणि स्वतंत्र उपकरणे तयार करण्यासाठी वापरले जातात.

प्रगत CMOS इंटिग्रेटेड सर्किट प्रक्रियेमध्ये, गेट ऑक्साईड लेयरची अखंडता सुधारण्यासाठी, चॅनेलमधील गळती सुधारण्यासाठी आणि एकात्मिक सर्किट्सची विश्वासार्हता वाढविण्यासाठी, सिलिकॉन एपिटॅक्सियल वेफर्सचा वापर केला जातो, म्हणजेच सिलिकॉन पातळ फिल्मचा एक थर वापरला जातो. हलक्या डोप केलेल्या सिलिकॉन पॉलिश वेफरवर एकसंधपणे एपिटॅक्सियल वाढवले ​​जाते, जे उच्च ऑक्सिजन सामग्रीची कमतरता आणि सामान्य सिलिकॉन पॉलिश वेफर्सच्या पृष्ठभागावरील अनेक दोष टाळू शकते; पॉवर इंटिग्रेटेड सर्किट्स आणि डिस्क्रिट उपकरणांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या सिलिकॉन एपिटॅक्सियल वेफर्ससाठी, उच्च प्रतिरोधक एपिटॅक्सियल लेयरचा एक थर सामान्यतः कमी प्रतिरोधक सिलिकॉन सब्सट्रेटवर (जडपणे डोप केलेला सिलिकॉन पॉलिश वेफर) वर वाढविला जातो. उच्च-शक्ती आणि उच्च-व्होल्टेज ऍप्लिकेशन वातावरणात, सिलिकॉन सब्सट्रेटची कमी प्रतिरोधकता ऑन-रेझिस्टन्स कमी करू शकते आणि उच्च-प्रतिरोधक एपिटॅक्सियल लेयर डिव्हाइसचे ब्रेकडाउन व्होल्टेज वाढवू शकते.

SOI सिलिकॉन वेफर

SOI (सिलिकॉन-ऑन-इन्सुलेटर)इन्सुलेटिंग लेयरवर सिलिकॉन आहे. ही एक "सँडविच" रचना आहे ज्याचा वरचा सिलिकॉन लेयर (टॉप सिलिकॉन), मधला सिलिकॉन डायऑक्साइड बुरीड लेयर (BOX) आणि खाली सिलिकॉन सब्सट्रेट सपोर्ट (हँडल) आहे. इंटिग्रेटेड सर्किट मॅन्युफॅक्चरिंगसाठी नवीन सब्सट्रेट मटेरियल म्हणून, SOI चा मुख्य फायदा असा आहे की ते ऑक्साईड लेयरद्वारे उच्च विद्युत इन्सुलेशन मिळवू शकते, ज्यामुळे सिलिकॉन वेफर्सचे परजीवी कॅपेसिटन्स आणि गळती प्रभावीपणे कमी होईल, जे उच्च-उत्पादनासाठी अनुकूल आहे. स्पीड, लो-पॉवर, उच्च-एकीकरण आणि उच्च-विश्वसनीयता अल्ट्रा-लार्ज-स्केल इंटिग्रेटेड सर्किट्स आणि उच्च-व्होल्टेज पॉवर डिव्हाइसेस, ऑप्टिकल पॅसिव्ह डिव्हाइसेस, एमईएमएस आणि इतर फील्डमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. सध्या, SOI साहित्य तयार करण्याच्या तंत्रज्ञानामध्ये प्रामुख्याने बाँडिंग टेक्नॉलॉजी (BESOI), स्मार्ट स्ट्रिपिंग टेक्नॉलॉजी (स्मार्ट-कट), ऑक्सिजन आयन इम्प्लांटेशन टेक्नॉलॉजी (SIMOX), ऑक्सिजन इंजेक्शन बाँडिंग टेक्नॉलॉजी (सिमबॉन्ड) इत्यादींचा समावेश आहे. सर्वात मुख्य प्रवाहातील तंत्रज्ञान स्मार्ट आहे. स्ट्रिपिंग तंत्रज्ञान.

SOI सिलिकॉन वेफर्सपुढे पातळ-फिल्म SOI सिलिकॉन वेफर्स आणि जाड-फिल्म SOI सिलिकॉन वेफर्समध्ये विभागले जाऊ शकते. पातळ-फिल्मच्या शीर्ष सिलिकॉनची जाडीSOI सिलिकॉन वेफर्स1um पेक्षा कमी आहे. सध्या, 95% पातळ-फिल्म SOI सिलिकॉन वेफर मार्केट 200mm आणि 300mm आकारात केंद्रित आहे आणि त्याची बाजारपेठ मुख्यत्वे हाय-स्पीड, लो-पॉवर उत्पादनांमधून येते, विशेषतः मायक्रोप्रोसेसर ऍप्लिकेशन्समध्ये. उदाहरणार्थ, 28nm पेक्षा कमी प्रगत प्रक्रियांमध्ये, इन्सुलेटरवर (FD-SOI) पूर्णपणे कमी झालेल्या सिलिकॉनमध्ये कमी उर्जा वापर, रेडिएशन संरक्षण आणि उच्च तापमान प्रतिरोधकता यांचे स्पष्ट कार्यप्रदर्शन फायदे आहेत. त्याच वेळी, एसओआय सोल्यूशन्सचा वापर उत्पादन प्रक्रिया मोठ्या प्रमाणात कमी करू शकतो. जाड-फिल्म SOI सिलिकॉन वेफर्सची शीर्ष सिलिकॉन जाडी 1um पेक्षा जास्त आहे, आणि पुरलेल्या थराची जाडी 0.5-4um आहे. हे प्रामुख्याने पॉवर डिव्हाइसेस आणि MEMS फील्डमध्ये वापरले जाते, विशेषत: औद्योगिक नियंत्रण, ऑटोमोटिव्ह इलेक्ट्रॉनिक्स, वायरलेस कम्युनिकेशन्स इ. आणि सामान्यतः 150 मिमी आणि 200 मिमी व्यासाची उत्पादने वापरतात.