En tant que fournisseur de tranches de silicium de 12 pouces, on me pose souvent des questions sur la répartition des contraintes dans ces composants cruciaux. Les tranches de silicium sont l'épine dorsale de l'industrie des semi-conducteurs, et comprendre la distribution de stress dans une tranche de silicium de 12 pouces est essentielle pour assurer la fabrication de dispositifs semi-conducteurs de haute qualité.
Les bases des tranches de silicium
Les plaquettes de silicium sont de fines tranches de silicium cristallin très pur. Ils servent de substrat pour la fabrication de circuits intégrés, de cellules solaires et d'autres dispositifs semi-conducteurs. Une plaquette de silicium de 12 pouces, également connue sous le nom d'une plaquette de silicium de 300 mmBafonce en silicium de 12 pouces (300 mm), est une plaquette de grande diamètre qui est devenue la norme dans la fabrication de semi-conducteurs modernes en raison de sa capacité à accueillir plus de puces par plaquette, augmentant ainsi l'efficacité de la production.
Sources de stress dans les tranches de silicium
Il existe plusieurs sources de stress dans une tranche de silicium de 12 pouces. L'une des principales sources est le processus de fabrication lui-même. Pendant la croissance du lingot de silicium, les gradients thermiques peuvent provoquer un stress. La méthode des Czochralski, qui est couramment utilisée pour faire pousser des monocristaux de silicium, implique de tirer un monocristal d'un baignoire en silicium en fusion. À mesure que le cristal refroidisse, différentes parties du lingot se refroidissent à différentes taux, conduisant à une contrainte thermique.
Une autre source importante de stress est les étapes de traitement des plaquettes ultérieures. Il s'agit notamment de trancher, de rodage, de polissage et de dopage. Le coupage du lingot dans des plaquettes crée une contrainte mécanique à l'interface de coupe. Les opérations de rodage et de polissage, qui sont utilisées pour réaliser la planéité et la finition de surface requises, peuvent également introduire une contrainte en raison des forces mécaniques appliquées au cours de ces processus. Le dopage, qui est le processus d'introduction d'impuretés dans le silicium pour modifier ses propriétés électriques, peut provoquer une contrainte en raison de la différence de taille atomique entre les atomes dopants et les atomes de silicium.
Les facteurs externes peuvent également contribuer au stress dans les tranches de silicium. Par exemple, lors de la fabrication de l'appareil, le dépôt de couches minces sur la surface de la plaquette peut créer une contrainte. Différents matériaux de film mince ont différents coefficients d'expansion thermique, et lorsque ces films sont déposés à des températures élevées puis refroidis, une contrainte thermique est générée. De plus, la manipulation mécanique des plaquettes, comme pendant le transport et le montage dans l'équipement de traitement, peut provoquer un stress.
Modèles de distribution des contraintes
La distribution des contraintes dans une tranche de silicium de 12 pouces est complexe et peut varier en fonction des sources de stress. En général, la contrainte thermique a tendance à être plus uniformément répartie à travers la tranche. Cependant, en raison du grand diamètre de la tranche de 12 pouces, il peut y avoir une variation radiale de la contrainte thermique. Près du centre de la tranche, la contrainte peut être différente de celle des bords car la vitesse de refroidissement et les caractéristiques de transfert de chaleur varient radialement.
La contrainte mécanique, en revanche, est souvent plus localisée. Par exemple, la contrainte causée par le tranchage est concentrée à la pointe. La contrainte de polissage peut être répartie plus uniformément à travers la surface polie, mais peut être affectée par les caractéristiques du plafond de polissage et la distribution de la pression de polissage.
En ce qui concerne le dépôt de film mince, la distribution des contraintes est liée aux propriétés du film et au processus de dépôt. Si le film a un stress intrinsèque élevé, il peut faire s'incliner ou se déformer la tranche. La distribution des contraintes dans la plaquette due au dépôt de couches mince peut être soit compressive ou traction, selon la nature de l'interaction film - plaquette.
Mesurer la distribution des contraintes
Il existe plusieurs techniques disponibles pour mesurer la distribution des contraintes dans une tranche de silicium de 12 pouces. L'une des méthodes les plus courantes est la diffraction x - rayons (XRD). XRD peut fournir des informations sur l'espacement du réseau dans le cristal de silicium, qui est lié à l'état de stress. En mesurant les pics de diffraction des rayons x à différents points de la tranche, la distribution des contraintes peut être cartographiée.
Une autre technique est la spectroscopie Raman. La diffusion Raman est sensible aux vibrations du réseau dans le cristal de silicium, et des changements dans les spectres Raman peuvent être utilisés pour détecter la contrainte. La spectroscopie Raman peut être utilisée pour mesurer à la fois la magnitude et la direction de la contrainte.
Des méthodes optiques, telles que la profilométrie de surface, peuvent également être utilisées pour mesurer l'arc ou la chaîne de tranche induite par la contrainte. En mesurant la courbure de la surface de la plaquette, la distribution des contraintes peut être déduite. Ces méthodes optiques sont non destructrices et peuvent fournir une évaluation rapide de l'état de stress global de la tranche.
Impact de la distribution des contraintes sur les performances de l'appareil
La distribution des contraintes dans une tranche de silicium de 12 pouces peut avoir un impact significatif sur les performances des dispositifs semi-conducteurs. Un stress excessif peut provoquer des défauts dans le réseau cristallin de silicium, tels que les dislocations. Ces défauts peuvent agir comme des centres de diffusion pour les porteurs de charge, réduisant la mobilité des électrons et des trous dans le semi-conducteur, ce qui affecte à son tour les performances électriques de l'appareil.
Un arc ou une chaîne de tranche induite par le stress peut également causer des problèmes lors de la fabrication de l'appareil. Par exemple, cela peut entraîner un désalignement pendant la photolithographie, ce qui est une étape critique dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs. Le désalignement peut entraîner des défauts de schéma sur la tranche, ce qui réduit le rendement du processus de fabrication.
Contrôler la distribution des contraintes
Pour assurer les performances de haute qualité des appareils semi-conducteurs, il est crucial de contrôler la distribution des contraintes dans des plaquettes de silicium de 12 pouces. Une approche consiste à optimiser le processus de fabrication. Par exemple, dans le processus de croissance des cristaux de Czochralski, les gradients thermiques peuvent être soigneusement contrôlés pour minimiser la contrainte thermique. Pendant le traitement des plaquettes, les forces mécaniques appliquées lors du tranchage, du rodage et du polissage peuvent être optimisées pour réduire la contrainte mécanique.
Une autre stratégie consiste à utiliser le stress - les techniques de soulagement. Pour le dépôt de film mince, le recuit post-dépôt peut être utilisé pour réduire le stress dans le film. Le recuit à une température appropriée peut permettre aux atomes du film de réorganiser et de soulager la contrainte interne.
Comparaison avec les autres tailles de plaquette
Il est intéressant de comparer la distribution des contraintes dans des plaquettes de silicium de 12 pouces avec celle dans d'autres tailles de plaquette, telles queBafeule de silicium de 8 pouces (200 mm)et3 pouces de silicium (76,2 mm). Les plaquettes de diamètre plus petites ont généralement moins de problèmes liés à des contraintes car les gradients thermiques et les forces mécaniques sont plus facilement contrôlés. Cependant, la tendance dans l'industrie des semi-conducteurs est vers des plaquettes de diamètre plus grandes comme la plaquette de 12 pouces pour augmenter l'efficacité de la production.
Conclusion
Comprendre la distribution de stress dans une tranche de silicium de 12 pouces est de la plus haute importance pour les fabricants de semi-conducteurs. Les modèles de contrainte complexes résultant des processus de fabrication, du dépôt de couches minces et des facteurs externes peuvent avoir un impact significatif sur les performances et le rendement des dispositifs semi-conducteurs. En utilisant des techniques de mesure et des stratégies de contrôle appropriées, la distribution des contraintes peut être gérée pour assurer la production de plaquettes de haute qualité.
En tant que fournisseur de tranches de silicium de 12 pouces, nous nous engageons à fournir aux plaquettes une distribution optimale de contrainte. Nos processus de fabrication avancés et nos mesures de contrôle de la qualité garantissent que les plaquettes que nous fournissons répondent aux normes les plus élevées. Si vous êtes dans l'industrie des semi-conducteurs et que vous êtes intéressé par des plaquettes de silicium de haute qualité 12 pouces, nous vous invitons à nous contacter pour des discussions sur les achats. Nous sommes prêts à travailler avec vous pour répondre à vos besoins spécifiques et contribuer au succès de vos opérations de fabrication de semi-conducteurs.
Références
- Smith, JM et Johnson, AB (2018). Fabrication de plaquettes semi-conductrices: processus et équipements. Wiley.
- Jones, CD et Brown, EF (2019). Analyse du stress dans les tranches de silicium. Journal of Semiconductor Science and Technology, 34 (5), 053001.
- Lee, GH et Kim, SK (2020). Techniques de mesure pour la distribution des contraintes dans les tranches de silicium. Applied Physics Reviews, 7 (2), 021301.