رقاقة السيليكون

مادة السيليكون هي مادة صلبة ذات خصائص كهربائية معينة لأشباه الموصلات واستقرار فيزيائي، وتوفر دعمًا للركيزة لعملية تصنيع الدوائر المتكاملة اللاحقة. إنها مادة أساسية للدوائر المتكاملة القائمة على السيليكون. أكثر من 95% من أجهزة أشباه الموصلات وأكثر من 90% من الدوائر المتكاملة في العالم مصنوعة من رقائق السيليكون.

وفقًا لطرق نمو البلورة المفردة المختلفة، تنقسم بلورات السيليكون المفردة إلى نوعين: Czochralski (CZ) والمنطقة العائمة (FZ). يمكن تقسيم رقائق السيليكون تقريبًا إلى ثلاث فئات: الرقائق المصقولة، والرقائق الفوقية، والسيليكون العازل (SOI).

رقاقة تلميع السيليكون

رقاقة تلميع السيليكون تشير إلى أرقاقة السيليكونيتم تشكيلها عن طريق تلميع السطح. إنها عبارة عن رقاقة مستديرة بسماكة أقل من 1 مم تتم معالجتها عن طريق القطع والطحن والتلميع والتنظيف وغيرها من العمليات لقضيب بلوري واحد. يتم استخدامه بشكل رئيسي في الدوائر المتكاملة والأجهزة المنفصلة ويحتل مكانة مهمة في سلسلة صناعة أشباه الموصلات.

عندما يتم تطعيم عناصر المجموعة V مثل الفوسفور والأنتيمون والزرنيخ وما إلى ذلك في بلورات السيليكون المفردة، سيتم تشكيل مواد موصلة من النوع N؛ عندما يتم تطعيم عناصر المجموعة الثالثة مثل البورون في السيليكون، سيتم تشكيل مواد موصلة من النوع P. يتم تحديد مقاومة بلورات السيليكون المفردة من خلال كمية عناصر المنشطات المنشطات. كلما زادت كمية المنشطات، انخفضت المقاومة. تشير رقائق تلميع السيليكون المطلية بشكل خفيف عمومًا إلى رقائق تلميع السيليكون بمقاومة تزيد عن 0.1 وات·سم، والتي تستخدم على نطاق واسع في تصنيع الدوائر المتكاملة والذاكرة واسعة النطاق؛ تشير رقائق تلميع السيليكون المشبعة بشكل كبير عمومًا إلى رقائق تلميع السيليكون ذات مقاومة أقل من 0.1 وات · سم، والتي تستخدم عمومًا كمواد ركيزة لرقائق السيليكون الفوقي وتستخدم على نطاق واسع في تصنيع أجهزة طاقة أشباه الموصلات.

رقائق تلميع السيليكونالتي تشكل منطقة نظيفة على سطحرقائق السيليكونبعد المعالجة الحرارية التلدين تسمى رقائق السيليكون الصلب. شائعة الاستخدام هي رقائق التلدين بالهيدروجين ورقائق التلدين بالأرجون. تتطلب رقائق السيليكون مقاس 300 مم وبعض رقائق السيليكون مقاس 200 مم ذات المتطلبات الأعلى استخدام عملية تلميع على الوجهين. لذلك، من الصعب تطبيق تقنية التحصيل الخارجية التي تقوم بإدخال مركز التحصل عبر الجزء الخلفي من رقاقة السيليكون. أصبحت عملية التسليح الداخلي التي تستخدم عملية التلدين لتشكيل مركز التسليح الداخلي هي عملية التصلب السائدة لرقائق السيليكون كبيرة الحجم. بالمقارنة مع الرقائق المصقولة العامة، يمكن للرقائق الملدنة تحسين أداء الجهاز وزيادة الإنتاجية، وتستخدم على نطاق واسع في تصنيع الدوائر المتكاملة الرقمية والتناظرية ورقائق الذاكرة.

المبدأ الأساسي لنمو بلورة مفردة في منطقة ذوبان هو الاعتماد على التوتر السطحي للمصهور لتعليق المنطقة المنصهرة بين قضيب السيليكون متعدد البلورات والبلورة المفردة المزروعة أدناه، وتنقية بلورات السيليكون المفردة وتنميتها عن طريق تحريك المنطقة المنصهرة إلى أعلى. منطقة ذوبان بلورات السيليكون المفردة غير ملوثة بالبوتقات ولها درجة نقاء عالية. إنها مناسبة لإنتاج بلورات السيليكون المفردة من النوع N (بما في ذلك البلورات المفردة المشبعة بالتحويل النيوتروني) بمقاومة أعلى من 200Ω·سم وبلورات السيليكون المفردة عالية المقاومة من النوع P. تُستخدم بلورات السيليكون المفردة الذائبة في المنطقة بشكل أساسي في تصنيع الأجهزة ذات الجهد العالي والطاقة العالية.

رقاقة السيليكون الفوقي

رقاقة السيليكون الفوقييشير إلى مادة يتم فيها زراعة طبقة واحدة أو أكثر من طبقة رقيقة من السيليكون أحادي البلورة عن طريق الترسيب الفوقي لطور البخار على الركيزة، ويستخدم بشكل أساسي لتصنيع العديد من الدوائر المتكاملة والأجهزة المنفصلة.

في عمليات الدوائر المتكاملة CMOS المتقدمة، من أجل تحسين سلامة طبقة أكسيد البوابة، وتحسين التسرب في القناة، وتعزيز موثوقية الدوائر المتكاملة، غالبًا ما تستخدم رقائق السيليكون الفوقي، أي طبقة رقيقة من السيليكون الفوقي المتجانس المزروع على رقاقة مصقولة من السيليكون المطلية بخفة، والتي يمكن أن تتجنب أوجه القصور في المحتوى العالي من الأكسجين والعديد من العيوب على سطح رقائق السيليكون المصقولة العامة؛ بينما بالنسبة لرقائق السيليكون الفوقي المستخدمة في دوائر الطاقة المتكاملة والأجهزة المنفصلة، ​​فإن طبقة من الطبقة الفوقية ذات المقاومة العالية عادة ما تكون نمت فوق ركيزة من السيليكون منخفضة المقاومة (رقاقة مصقولة من السيليكون المخدر بشكل كبير). في بيئات التطبيقات عالية الطاقة والجهد العالي، يمكن أن تقلل المقاومة المنخفضة لركيزة السيليكون من المقاومة، ويمكن للطبقة الفوقية عالية المقاومة أن تزيد من جهد الانهيار للجهاز.

رقاقة السيليكون SOI

SOI (سيليكون على عازل)هو السيليكون على طبقة عازلة. إنه هيكل "ساندويتش" مع طبقة سيليكون عليا (السيليكون العلوي)، وطبقة متوسطة مدفونة من ثاني أكسيد السيليكون (BOX) ودعامة ركيزة من السيليكون (المقبض) أدناه. باعتبارها مادة ركيزة جديدة لتصنيع الدوائر المتكاملة، فإن الميزة الرئيسية لـ SOI هي أنها يمكن أن تحقق عزلًا كهربائيًا عاليًا من خلال طبقة الأكسيد، مما سيقلل بشكل فعال من السعة الطفيلية وتسرب رقائق السيليكون، مما يفضي إلى إنتاج عالية- الدوائر المتكاملة واسعة النطاق ذات السرعة المنخفضة والطاقة والتكامل العالي والموثوقية العالية، وتستخدم على نطاق واسع في أجهزة الطاقة ذات الجهد العالي والأجهزة السلبية البصرية وMEMS وغيرها من المجالات. في الوقت الحاضر، تشتمل تكنولوجيا تحضير مواد SOI بشكل أساسي على تقنية الربط (BESOI)، وتقنية التجريد الذكية (Smart-Cut)، وتقنية زرع أيونات الأكسجين (SIMOX)، وتقنية ربط حقن الأكسجين (Simbond)، وما إلى ذلك. التكنولوجيا الأكثر شيوعًا هي الذكية تكنولوجيا التجريد.

رقائق السيليكون SOIيمكن تقسيمها أيضًا إلى رقائق السيليكون SOI ذات الأغشية الرقيقة ورقائق السيليكون SOI ذات الأغشية السميكة. سمك الجزء العلوي من السيليكون للأغشية الرقيقةرقائق السيليكون SOIأقل من 1um. في الوقت الحاضر، يتركز 95% من سوق رقائق السيليكون ذات الأغشية الرقيقة SOI بأحجام 200 مم و300 مم، وتأتي القوة الدافعة للسوق بشكل أساسي من المنتجات عالية السرعة ومنخفضة الطاقة، خاصة في تطبيقات المعالجات الدقيقة. على سبيل المثال، في العمليات المتقدمة التي تقل عن 28 نانومتر، يتمتع السيليكون المستنفد بالكامل على العازل (FD-SOI) بمزايا أداء واضحة تتمثل في انخفاض استهلاك الطاقة، والحماية من الإشعاع، ومقاومة درجات الحرارة العالية. وفي الوقت نفسه، فإن استخدام حلول SOI يمكن أن يقلل بشكل كبير من عملية التصنيع. سمك السيليكون العلوي لرقائق السيليكون ذات الغشاء السميك SOI أكبر من 1um، وسمك الطبقة المدفونة هو 0.5-4um. يتم استخدامه بشكل أساسي في أجهزة الطاقة ومجالات MEMS، خاصة في التحكم الصناعي وإلكترونيات السيارات والاتصالات اللاسلكية وما إلى ذلك، وعادةً ما يستخدم منتجات بقطر 150 مم و200 مم.