No crescente processo de desenvolvimento da indústria de semicondutores, o cristal único polidowafers de silíciodesempenham um papel crucial. Eles servem como material fundamental para a produção de diversos dispositivos microeletrônicos. De circuitos integrados complexos e precisos a microprocessadores de alta velocidade e sensores multifuncionais, cristais monocristais polidoswafers de silíciosão essenciais. As diferenças em seu desempenho e especificações impactam diretamente a qualidade e o desempenho dos produtos finais. Abaixo estão as especificações e parâmetros comuns de wafers de silício monocristalino polidos:

Diâmetro: O tamanho dos wafers de silício monocristalino semicondutor é medido pelo seu diâmetro, e eles vêm em uma variedade de especificações. Os diâmetros comuns incluem 2 polegadas (50,8 mm), 3 polegadas (76,2 mm), 4 polegadas (100 mm), 5 polegadas (125 mm), 6 polegadas (150 mm), 8 polegadas (200 mm), 12 polegadas (300 mm) e 18 polegadas (450 mm). Diferentes diâmetros são adequados para diversas necessidades de produção e requisitos de processo. Por exemplo, wafers de menor diâmetro são comumente usados ​​para dispositivos microeletrônicos especiais de pequeno volume, enquanto wafers de maior diâmetro demonstram maior eficiência de produção e vantagens de custo na fabricação de circuitos integrados em larga escala. Os requisitos de superfície são categorizados como polimento de um lado (SSP) e polimento de dois lados (DSP). Wafers polidos de um lado são usados ​​para dispositivos que exigem alta planicidade em um lado, como certos sensores. Wafers polidos em ambos os lados são comumente usados ​​em circuitos integrados e outros produtos que exigem alta precisão em ambas as superfícies. Requisitos de superfície (acabamento): SSP polido em um lado / DSP polido em ambos os lados.

Tipo/Dopante: (1) Semicondutor tipo N: Quando certos átomos de impureza são introduzidos no semicondutor intrínseco, eles alteram sua condutividade. Por exemplo, quando elementos pentavalentes como nitrogênio (N), fósforo (P), arsênio (As) ou antimônio (Sb) são adicionados, seus elétrons de valência formam ligações covalentes com os elétrons de valência dos átomos de silício circundantes, deixando um elétron extra não ligado por uma ligação covalente. Isso resulta em uma concentração de elétrons maior do que a concentração de lacunas, formando um semicondutor tipo N, também conhecido como semicondutor tipo elétron. Semicondutores tipo N são cruciais na fabricação de dispositivos que requerem elétrons como os principais portadores de carga, como certos dispositivos de energia. (2) Semicondutor tipo P: Quando elementos de impureza trivalentes como boro (B), gálio (Ga) ou índio (In) são introduzidos no semicondutor de silício, os elétrons de valência dos átomos de impureza formam ligações covalentes com os átomos de silício circundantes, mas carecem de pelo menos um elétron de valência e não conseguem formar uma ligação covalente completa. Isso leva a uma concentração de lacunas maior que a concentração de elétrons, formando um semicondutor tipo P, também conhecido como semicondutor tipo lacuna. Os semicondutores tipo P desempenham um papel fundamental na fabricação de dispositivos onde as lacunas servem como principais portadores de carga, como diodos e certos transistores.

Resistividade: A resistividade é uma grandeza física fundamental que mede a condutividade elétrica de wafers de silício monocristalinos polidos. Seu valor reflete o desempenho condutivo do material. Quanto menor a resistividade, melhor a condutividade do wafer de silício; inversamente, quanto maior a resistividade, pior a condutividade. A resistividade dos wafers de silício é determinada por suas propriedades inerentes ao material, e a temperatura também tem um impacto significativo. Geralmente, a resistividade dos wafers de silício aumenta com a temperatura. Em aplicações práticas, diferentes dispositivos microeletrônicos têm diferentes requisitos de resistividade para wafers de silício. Por exemplo, wafers usados ​​na fabricação de circuitos integrados precisam de controle preciso da resistividade para garantir um desempenho estável e confiável do dispositivo.

Orientação: A orientação cristalina do wafer representa a direção cristalográfica da rede de silício, tipicamente especificada por índices de Miller como (100), (110), (111), etc. Diferentes orientações cristalinas têm propriedades físicas diferentes, como a densidade linear, que varia de acordo com a orientação. Essa diferença pode afetar o desempenho do wafer em etapas subsequentes de processamento e o desempenho final de dispositivos microeletrônicos. No processo de fabricação, a seleção de um wafer de silício com a orientação apropriada para diferentes requisitos do dispositivo pode otimizar o desempenho do dispositivo, melhorar a eficiência da produção e aprimorar a qualidade do produto.

Plano/Entalhe: A borda plana (Flat) ou entalhe em V (Notch) na circunferência do wafer de silício desempenha um papel crítico no alinhamento da orientação do cristal e é um identificador importante na fabricação e processamento do wafer. Wafers de diferentes diâmetros correspondem a diferentes padrões para o comprimento do Plano ou Entalhe. As bordas de alinhamento são classificadas em planas primárias e planas secundárias. A plana primária é usada principalmente para determinar a orientação básica do cristal e a referência de processamento do wafer, enquanto a plana secundária auxilia ainda mais no alinhamento e processamento precisos, garantindo a operação precisa e a consistência do wafer em toda a linha de produção.

Espessura: A espessura de um wafer é normalmente especificada em micrômetros (μm), com faixas de espessura comuns entre 100μm e 1000μm. Wafers de diferentes espessuras são adequados para diferentes tipos de dispositivos microeletrônicos. Wafers mais finos (por exemplo, 100μm – 300μm) são frequentemente usados ​​na fabricação de chips que exigem controle rigoroso da espessura, reduzindo o tamanho e o peso do chip e aumentando a densidade de integração. Wafers mais espessos (por exemplo, 500μm – 1000μm) são amplamente utilizados em dispositivos que exigem maior resistência mecânica, como dispositivos semicondutores de potência, para garantir estabilidade durante a operação.

Rugosidade da Superfície: A rugosidade da superfície é um dos parâmetros-chave para avaliar a qualidade do wafer, pois afeta diretamente a adesão entre o wafer e os materiais de filme fino depositados, bem como o desempenho elétrico do dispositivo. Geralmente, é expressa como a rugosidade quadrática média (RMS) (em nm). Uma rugosidade superficial menor significa que a superfície do wafer é mais lisa, o que ajuda a reduzir fenômenos como o espalhamento de elétrons e melhora o desempenho e a confiabilidade do dispositivo. Em processos avançados de fabricação de semicondutores, os requisitos de rugosidade da superfície estão se tornando cada vez mais rigorosos, especialmente na fabricação de circuitos integrados de ponta, onde a rugosidade da superfície deve ser controlada para alguns nanômetros ou até menos.

Variação Total da Espessura (VTT): A variação total da espessura refere-se à diferença entre as espessuras máxima e mínima medidas em múltiplos pontos da superfície do wafer, normalmente expressa em μm. Uma VTT alta pode levar a desvios em processos como fotolitografia e corrosão, impactando a consistência e o rendimento do desempenho do dispositivo. Portanto, controlar a VTT durante a fabricação do wafer é uma etapa fundamental para garantir a qualidade do produto. Para a fabricação de dispositivos microeletrônicos de alta precisão, a VTT normalmente precisa estar dentro de alguns micrômetros.

Curvatura: A curvatura refere-se ao desvio entre a superfície do wafer e o plano ideal, normalmente medido em μm. Wafers com curvatura excessiva podem quebrar ou sofrer tensões irregulares durante o processamento subsequente, afetando a eficiência da produção e a qualidade do produto. Especialmente em processos que exigem alta planura, como a fotolitografia, a curvatura deve ser controlada dentro de uma faixa específica para garantir a precisão e a consistência do padrão fotolitográfico.

Deformação: A deformação indica o desvio entre a superfície da pastilha e a forma esférica ideal, também medida em μm. Semelhante à curvatura, a deformação é um importante indicador da planura da pastilha. A deformação excessiva não afeta apenas a precisão do posicionamento da pastilha no equipamento de processamento, mas também pode causar problemas durante o processo de encapsulamento do chip, como má ligação entre o chip e o material de encapsulamento, o que, por sua vez, afeta a confiabilidade do dispositivo. Na fabricação de semicondutores de ponta, os requisitos de deformação estão se tornando mais rigorosos para atender às demandas dos processos avançados de fabricação e encapsulamento de chips.

Perfil da Borda: O perfil da borda de um wafer é crítico para seu processamento e manuseio subsequentes. Ele é normalmente especificado pela Zona de Exclusão de Borda (ZEE), que define a distância da borda do wafer onde nenhum processamento é permitido. Um perfil de borda adequadamente projetado e um controle preciso da ZEE ajudam a evitar defeitos nas bordas, concentrações de tensões e outros problemas durante o processamento, melhorando a qualidade e o rendimento geral do wafer. Em alguns processos avançados de fabricação, a precisão do perfil da borda deve ser de submicrons.

Contagem de Partículas: O número e a distribuição do tamanho das partículas na superfície do wafer afetam significativamente o desempenho dos dispositivos microeletrônicos. Partículas em excesso ou grandes podem levar a falhas no dispositivo, como curtos-circuitos ou vazamentos, reduzindo o rendimento do produto. Portanto, a contagem de partículas é geralmente medida pela contagem de partículas por unidade de área, como o número de partículas maiores que 0,3 μm. O controle rigoroso da contagem de partículas durante a fabricação do wafer é uma medida essencial para garantir a qualidade do produto. Tecnologias avançadas de limpeza e um ambiente de produção limpo são utilizados para minimizar a contaminação por partículas na superfície do wafer.

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