Como fornecedor de bolachas de silício de 12 polegadas, muitas vezes me perguntam sobre a distribuição do estresse nesses componentes cruciais. As bolachas de silício são a espinha dorsal da indústria de semicondutores, e entender a distribuição do estresse em uma bolacha de silício de 12 polegadas é essencial para garantir a fabricação de dispositivos de semicondutores de alta qualidade.
O básico das bolachas de silício
As bolachas de silício são fatias finas de silício cristalino altamente puro. Eles servem como substrato para a fabricação de circuitos integrados, células solares e outros dispositivos semicondutores. Uma bolacha de silício de 12 polegadas, também conhecida como bolacha de silício de 300 mmWafer de silício de 12 polegadas (300 mm), é uma bolacha de grande diâmetro que se tornou o padrão na fabricação moderna de semicondutores devido à sua capacidade de acomodar mais chips por bolacha, aumentando assim a eficiência da produção.
Fontes de estresse nas bolachas de silício
Existem várias fontes de estresse em uma bolacha de silício de 12 polegadas. Uma das fontes primárias é o próprio processo de fabricação. Durante o crescimento do lingote do silício, os gradientes térmicos podem causar estresse. O método Czochralski, que é comumente usado para cultivar cristais únicos de silício, envolve puxar um único cristal de um banho de silício derretido. À medida que o cristal esfria, diferentes partes do lingote se refresco em taxas diferentes, levando ao estresse térmico.
Outra fonte significativa de estresse são as etapas subsequentes de processamento de bolacas. Isso inclui fatiando, lapando, polimento e doping. Cortar o lingote nas bolachas cria estresse mecânico na interface de corte. Operações de lapidação e polimento, que são usadas para atingir a planicidade necessária e o acabamento da superfície, também podem introduzir o estresse devido às forças mecânicas aplicadas durante esses processos. O doping, que é o processo de introdução de impurezas no silício para modificar suas propriedades elétricas, pode causar estresse devido à diferença no tamanho atômico entre os átomos dopante e os átomos de silício.
Fatores externos também podem contribuir para o estresse nas bolachas de silício. Por exemplo, durante a fabricação de dispositivos, a deposição de filmes finos na superfície da wafer pode criar estresse. Diferentes materiais finos - o filme têm diferentes coeficientes de expansão térmica e, quando esses filmes são depositados em altas temperaturas e, em seguida, resfriados, o estresse térmico é gerado. Além disso, o manuseio mecânico das bolachas, como durante o transporte e a montagem em equipamentos de processamento, pode causar estresse.
Padrões de distribuição de estresse
A distribuição de tensão em uma bolacha de silício de 12 polegadas é complexa e pode variar dependendo das fontes de estresse. Em geral, o estresse térmico tende a ser distribuído de maneira mais uniforme pela bolsa. No entanto, devido ao grande diâmetro da bolacha de 12 polegadas, pode haver alguma variação radial no estresse térmico. Perto do centro da bolacha, a tensão pode ser diferente daquela nas bordas, porque a taxa de resfriamento e as características de transferência de calor variam radialmente.
O estresse mecânico, por outro lado, geralmente é mais localizado. Por exemplo, o estresse causado pelo fatiamento está concentrado na aresta de corte. O estresse de polimento pode ser distribuído de maneira mais uniforme pela superfície polida, mas pode ser afetada pelas características da almofada de polimento e pela distribuição de pressão de polimento.
Quando se trata de deposição de filme fino, a distribuição do estresse está relacionada às propriedades do filme e ao processo de deposição. Se o filme tiver um alto estresse intrínseco, pode fazer com que a bolacha se curva ou se deforme. A distribuição de tensão na bolacha devido à deposição fina - pode ser compressiva ou de tração, dependendo da natureza da interação do filme.
Medição da distribuição do estresse
Existem várias técnicas disponíveis para medir a distribuição de tensão em uma bolacha de silício de 12 polegadas. Um dos métodos mais comuns é a difração de raios X (DRX). O DRX pode fornecer informações sobre o espaçamento da treliça no cristal de silício, que está relacionado ao estado de estresse. Ao medir os picos de difração de raios X - em pontos diferentes na bolacha, a distribuição de tensão pode ser mapeada.
Outra técnica é a espectroscopia Raman. A dispersão de Raman é sensível às vibrações da treliça no cristal de silício, e as alterações nos espectros Raman podem ser usadas para detectar o estresse. A espectroscopia Raman pode ser usada para medir a magnitude e a direção da tensão.
Métodos ópticos, como a perfilometria da superfície, também podem ser usados para medir o arco ou a dobra de wafer induzida por tensão. Ao medir a curvatura da superfície da wafer, a distribuição de tensão pode ser inferida. Esses métodos ópticos não são destrutivos e podem fornecer uma avaliação rápida do estado de estresse geral da bolacha.
Impacto da distribuição do estresse no desempenho do dispositivo
A distribuição de tensão em uma bolacha de silício de 12 polegadas pode ter um impacto significativo no desempenho de dispositivos semicondutores. O estresse excessivo pode causar defeitos na treliça de cristal de silício, como deslocamentos. Esses defeitos podem atuar como centros de dispersão para transportadores de carga, reduzindo a mobilidade de elétrons e orifícios no semicondutor, que por sua vez afeta o desempenho elétrico do dispositivo.
O arco ou a urdidura induzidos por estresse - também podem causar problemas durante a fabricação de dispositivos. Por exemplo, pode levar ao desalinhamento durante a fotolitografia, que é uma etapa crítica na fabricação de dispositivos semicondutores. O desalinhamento pode resultar em defeitos de padrões na bolacha, reduzindo o rendimento do processo de fabricação.
Controlando a distribuição de tensão
Para garantir o desempenho de alta qualidade dos dispositivos semicondutores, é crucial controlar a distribuição de tensão em bolachas de silício de 12 polegadas. Uma abordagem é otimizar o processo de fabricação. Por exemplo, no processo de crescimento do cristal de Czochralski, os gradientes térmicos podem ser cuidadosamente controlados para minimizar o estresse térmico. Durante o processamento da wafer, as forças mecânicas aplicadas durante o fatiamento, o lapidação e o polimento podem ser otimizadas para reduzir o estresse mecânico.
Outra estratégia é usar técnicas de estresse - alívio. Para o depoimento fino - o deposição de filmes, o recozimento pós -deposição pode ser usado para reduzir o estresse no filme. O recozimento a uma temperatura apropriado pode permitir que os átomos no filme reorganizem e aliviem a tensão interna.
Comparação com outros tamanhos de bolacha
É interessante comparar a distribuição de tensão em bolachas de silício de 12 polegadas com a de outros tamanhos de wafer, comoWafer de silício de 8 polegadas (200 mm)eWafer de silício de 3 polegadas (76,2 mm). As bolachas menores - diâmetro geralmente têm menos problemas relacionados ao estresse, porque os gradientes térmicos e as forças mecânicas são mais facilmente controlados. No entanto, a tendência na indústria de semicondutores é em direção a bolachas de diâmetro maior, como a wafer de 12 polegadas para aumentar a eficiência da produção.
Conclusão
Compreender a distribuição do estresse em uma bolacha de silício de 12 polegadas é de extrema importância para os fabricantes de semicondutores. Os complexos padrões de tensão resultantes de processos de fabricação, deposição de filme fino e fatores externos podem afetar significativamente o desempenho e o rendimento dos dispositivos semicondutores. Ao usar técnicas de medição e estratégias de controle apropriadas, a distribuição de tensão pode ser gerenciada para garantir uma produção de wafer de alta qualidade.
Como fornecedor de bolachas de silício de 12 polegadas, estamos comprometidos em fornecer às bolachas distribuição de tensão ideal. Nossos processos avançados de fabricação e medidas de controle de qualidade garantem que as bolachas que fornecemos atendam aos mais altos padrões. Se você estiver na indústria de semicondutores e estiver interessado em bolachas de silício de alta qualidade de 12 polegadas, convidamos você a nos contatar para discussões de compras. Estamos prontos para trabalhar com você para atender aos seus requisitos específicos e contribuir para o sucesso de suas operações de fabricação de semicondutores.
Referências
- Smith, JM e Johnson, AB (2018). Fabricação de wafer semicondutores: processos e equipamentos. Wiley.
- Jones, CD, & Brown, EF (2019). Análise de estresse nas bolachas de silício. Journal of Semiconductor Science and Technology, 34 (5), 053001.
- Lee, Gh, & Kim, SK (2020). Técnicas de medição para distribuição de estresse nas bolachas de silício. Applied Physics Reviews, 7 (2), 021301.