Silikon plakalarıEntegre devrelerden ve MEMS sensörlerinden güç cihazlarına, fotoniklere ve gelişmiş ambalajlara,Silikon levyenin çapı ve kalınlığı ekipman uyumluluğunu doğrudan etkiler, mekanik istikrar, işlem verimi ve üretim maliyeti.

Ticari olarak bulunan silikon substratlar arasında,100 mm, 150 mm, 200 mm ve 300 mm levhalarHer çap, tipik kalınlık standartları ve farklı uygulama senaryolarıyla ilişkilidir.

Bu kılavuz, ortak silikon levha çapı ve kalınlık standartlarını, neden kalınlığın levha boyutuyla arttığını,ve farklı yarı iletken uygulamaları için doğru wafer spesifikasyonunu nasıl seçeceğinizi.

1Silikon Wafer'ın Diametresi Neden Önemli?

Silikon levha çapı, cihaz üretimi için kullanılabilir yüzey alanını belirler.

Daha büyük bir levha aynı işlem döngüsü sırasında daha fazla yarı iletken ölçeğini taşıyabilir.Bu, üretim verimliliğini önemli ölçüde artırabilir ve yonga başına üretim maliyetini azaltabilir..

En yaygın ticari wafer çapları şunları içerir:

• 100mm 4 inç
• 150 mm ′′ 6 inç
• 200 mm ′′ 8 inç
• 300 mm ′′ 12 inç

2 inç ve 3 inç altyapı gibi daha küçük levhalar hala araştırma laboratuvarlarında ve bazı özel yarı iletken uygulamalarında kullanılmaktadır, ancak modern endüstriyel üretimde daha az yaygındır.

Daha büyük levhalara geçiş, yarı iletken üretim ekipmanlarının daha gelişmiş hale gelmesiyle yavaş yavaş gerçekleşti.

Bununla birlikte, daha büyük levhalar daha sofistike işleme sistemleri, cilalama süreçleri ve üretim ekipmanları gerektirir.

Bu nedenle, bir wafer çapını seçmek sadece mevcut en büyük boyutu seçmekle ilgili bir mesele değildir.

2Tipik Silikon Wafer Diametresi ve Kalınlık Standartları

Aşağıdaki değerler standart silikon levhalar için yaygın olarak kullanılan nominal kalınlıkları temsil eder.

Bu değerler evrensel gereksinimlerden ziyade tipik endüstri referansları olarak kabul edilmelidir.

Gerçek wafer kalınlığı aşağıdakilere bağlı olarak değişebilir:

• Yarım iletken üretim süreci
• Kristal yönelimi
• Dopant türü
• Direnç
• Polişleme gereksinimi
• Cihaz yapısı
• Mekanik dayanıklılık gereksinimleri
• Müşteri özellikleri

Özel silikon levhalar da standart değerlerden önemli ölçüde farklı kalınlıklarda üretilebilir.

3. 100mm Silikon Wafer

A100 mm silikon levha, genellikle bir4 inçlik silikon plaka, araştırma, MEMS, sensörler ve özel yarı iletken cihazlar için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Tipik Kalınlık

Ortak nominal kalınlık yaklaşık olarak:

525 μm

Özel kalınlıklar da sıklıkla mevcuttur.

100 mm Waferlerin Avantajları

Daha büyük levhalarla karşılaştırıldığında, 100 mm levhalar birkaç pratik avantaj sağlar.

Daha ucuz ekipman gerektirirler ve laboratuvar veya pilot ölçekli işleme sırasında kullanımı nispeten kolaydır.

Yeni yarı iletken cihazlar geliştiren şirketler için, 100 mm wafer kullanmak deneysel üretim maliyetini azaltabilir.

Üretim hacmi nispeten küçük olduğunda özellikle yararlıdırlar.

Genel Uygulamalar

100 mm silikon levhalar sıklıkla şunlar için kullanılır:

• Yarım iletken araştırmaları
• Üniversite laboratuvarları
• MEMS geliştirme
• Sensör imalatı
• Fotonik araştırma
• Güç cihazı prototipleri
• Mikrofluidik cihazlar
• Yarım iletken süreci geliştirme

Araştırma uygulamalarının geniş yelpazesi nedeniyle bu çapta birçok özel wafer özelliği de mevcuttur.

4. 150mm Silikon Wafer

A150 mm silikon levha, aynı zamanda bir6 inçlik bir wafer, laboratuvar ölçeğinde substratlar ve daha yüksek hacimli endüstriyel levhalar arasındaki önemli bir geçişi temsil eder.

Tipik Kalınlık

Ortak nominal kalınlık yaklaşık olarak:

675 μm

Üretim sürecine bağlı olarak, özel kalınlık özellikleri de talep edilebilir.

Neden 150 mm Waferler Hala Çok Kullanılıyor?

Daha büyük wafer boyutları mevcut olmasına rağmen, birçok kurulmuş yarı iletken üretim hattı 150 mm ekipmanla çalışmaya devam ediyor.

Tüm bir yarı iletken üretim hattını daha büyük bir wafer ekipmanıyla değiştirmek önemli yatırım gerektirir.

Sonuç olarak, 150 mm levhalar olgun yarı iletken teknolojileri için önemli kalmaktadır.

Tipik Uygulamalar

Genel uygulamalar şunları içerir:

• Analog yarı iletken cihazlar
• Ayrı yarı iletken bileşenleri
• MEMS sensörleri
• Otomobil elektronikleri
• Endüstriyel yarı iletken cihazları
• Güç elektronikleri
• Optoelektronik cihazlar

Orta hacimli üretim için, 150 mm levhalar üretim maliyeti ve üretim verimliliği arasında etkili bir denge sağlayabilir.

5. 200mm Silikon Wafer

A200 mm silikon levhaGenellikle bir8 inçlik silikon plaka, yarı iletken üretiminde kullanılan en önemli wafer boyutlarından biridir.

Tipik Kalınlık

Standart nominal kalınlık genellikle:

725 μm

200 mm levhalar, kurulmuş yüksek hacimli üretim hatlarında yaygın olarak kullanılır.

Neden 200 mm'lik Waferler Hala Önemli?

Gelişmiş yarı iletken fabrikaları giderek daha fazla 300 mm wafer kullanmasına rağmen, 200 mm platform olgun yarı iletken teknolojileri için son derece önemlidir.

Birçok yarı iletken ürünü en son işlem düğümlerini gerektirmez.

Bu cihazlar için, 200 mm üretim hattını çalıştırmak mükemmel üretim ekonomisi sağlayabilir.

Genel Uygulamalar

200 mm silikon levhalar yaygın olarak kullanılır:

• Güç yarı iletken cihazları
• MEMS sensörleri
• Otomobil elektronikleri
• Analog IC'ler
• RF cihazları
• CMOS görüntü sensörleri
• Endüstriyel elektronik
• Ekran sürücüsü IC'leri

Elektrikli araçların, endüstriyel otomasyonun ve sensörlerin büyümesi, 200 mm yarı iletken üretimi için güçlü talebi desteklemeye devam ediyor.

6. 300mm Silikon Wafer

A300 mm silikon levha, aynı zamanda bir12 inçlik silikon plaka, şu anda gelişmiş yüksek hacimli yarı iletken üretimi için baskın platformdur.

Tipik Kalınlık

Standart nominal kalınlık yaklaşık olarak:

775 μm

Daha büyük çap nedeniyle, işleme sırasında mekanik sertliği korumak için 300 mm waferler daha büyük kalınlığa ihtiyaç duyar.

300 mm Waferlerin Avantajları

300 mm waferin ana avantajı büyük kullanılabilir yüzey alanıdır.

200 mm'lik bir levha ile karşılaştırıldığında, 300 mm'lik bir substrat, yarı iletken cihaz üretimi için önemli ölçüde daha fazla alan sağlar.

Bu, üreticilerin her üretim döngüsü sırasında daha fazla yonga üretmelerine izin verir.

Çok büyük hacimli üretim için, bu, ölçek başına işleme maliyetini azaltabilir.

Tipik Uygulamalar

300 mm levhalar genellikle şunlar için kullanılır:

• Gelişmiş işlemciler
• Bellek cihazları
• Mantık IC'leri
• Yüksek performanslı bilgisayar
• AI işlemcileri
• CMOS'un büyük hacimli üretimi
• Gelişmiş yarı iletken döküm tesisleri
• Tüketici elektroniği çipleri

Bununla birlikte, 300 mm yarı iletken üretim hatları kapsamlı otomasyon ve çok yüksek sermaye yatırımı gerektirir.

Bu nedenle, bu wafer boyutu genellikle büyük ölçekli yarı iletken üreticileri tarafından kullanılır.

7. Wafer kalınlığı neden çapla birlikte artıyor?

Yaygın bir soru, neden daha büyük silikon levhaların genellikle daha kalın olduğu.

Bunun başlıca nedeni mekanik istikrar.

Wafer çapı arttıkça, substrat bükülmeye ve deformasyona daha duyarlı hale gelir.

Bir levha, aşağıdaki gibi yarı iletken işleme aşamalarında yeterince katı kalmalıdır:

• Robotik wafer işleme
• Vakum fırlatma
• Spin kaplama
• Litografi
• Plazma kazımı
• İnce film çökmesi
• Islak temizlik
• Denetim
• Metroloji

Büyük bir wafer çok ince ise, aşırı yay, bükülme veya hatta mekanik kırılma yaşayabilir.

Wafer kalınlığının arttırılması yapısal sertliği artırır ve işleme hasar riski azaltır.

Bu yüzden tipik bir 300 mm silikon wafer 100 mm wafer'den çok daha kalındır.

8. Wafer Kalınlığı Toleransı

Sadece nominal kalınlık, wafer boyut kalitesini tam olarak tanımlamaz.

Alıcılar da dikkat etmelidirkalınlık toleransıveToplam Kalınlık DeğişimiGenellikle TTV olarak adlandırılır.

Kalınlık Toleransı

Kalınlık toleransı, hedef wafer kalınlığından izin verilen sapmayı tanımlar.

Örneğin, bir wafer şöyle tanımlanabilir:

725 ± 20 μm

Bu, bitmiş vafelerin kalınlığının tanımlanmış aralık içinde kalması gerektiği anlamına gelir.

Toplam Kalınlık Değişimi

TTV, tüm substrat üzerindeki maksimum ve minimum wafer kalınlığı arasındaki farkı ölçer.

Daha düşük TTV özellikle aşağıdakileri içeren uygulamalarda önemlidir:

• Wafer bağlama
• Litografi
• Gelişmiş ambalajlama
• MEMS üretimi
• Hızlı öğütme
• İnce wafer işleme

Bir wafer, hala aşırı kalınlık değişikliğine sahipken doğru orta kalınlığa sahip olabilir.

Bu nedenle, hem nominal kalınlık hem de TTV kritik wafer özelliklerine dahil edilmelidir.

9Yay ve warp da önemlidir.

Kalınlık özellikleri genellikle wafer yay ve warp ile birlikte değerlendirilmelidir.

Yere kapanın.

Bow, wafer merkezinin bir referans düzleminden sapmasını tanımlar.

Warp.

Warp, wafer yüzeyinin düz bir referans düzleminden toplam sapmasını temsil eder.

Aşırı yay veya warp, aşağıdakiler sırasında sorunlara neden olabilir:

• Litografi hizalanması
• Wafer bağlama
• Vakum fırlatma
• - Süzme.
• Denetim
• Otomatik işleme

Daha büyük levhalar bu geometrik parametrelere özellikle duyarlıdır.

Bu nedenle, hassas yarı iletken uygulamaları TTV, yay ve warp için sıkı sınırlamalar gerektirebilir.

10. Standart Kalınlık vs Özel Kalınlık

Standart levha kalınlıkları, ortak yarı iletken ekipmanlarıyla uyumlu oldukları için uygundur.

Bununla birlikte, birçok uygulama özel kalınlık gerektirir.

Özel silikon levhalar aşağıdaki uygulamalar için üretilebilir:

• İnce levha ambalajı
• MEMS diyaframları
• Geçici wafer bağlama
• Güç yarı iletken cihazları
• Silikon yoluyla işlenme
• Sensörler
• Fotonik
• Gelişmiş ambalajlama

Ufalar, uygulamaya bağlı olarak, gerekli nihai kalınlığa ulaşmak için mekanik olarak öğütülebilir, kimyasal olarak kazınabilir veya cilalanabilir.

Ultra ince levhalar genellikle, mekanik güçleri geleneksel kullanım için yetersiz hale geldiğinden, bir taşıyıcı levha ile geçici olarak yapıştırılması gerekir.

11. Silikon Wafer yönelimi

Diametre ve kalınlık, tam silikon vafeleri spesifikasyonunun sadece bir parçası.

Kristal yönelimi başka bir önemli parametredir.

En yaygın iki silikon yönelimi şunlardır:

Si (100)

ve

Si (111)

(100) silikon, CMOS üretiminde, MEMS'de ve birçok genel yarı iletken uygulamasında yaygın olarak kullanılır.

(111) Silikon sıklıkla özel yarı iletken cihazlar, araştırma ve bazı MEMS yapıları için seçilir.

Doğru yönelim cihaz yapısına ve üretim sürecine bağlıdır.

12. P Tipi Karşı N Tipi Silikon Wafers

Silikon levhalar da iletkenlik türüne göre sınıflandırılabilir.

P Tipi Silikon

P-tipi plakalar genellikle borla dopedilmektedir.

Çoğu yük taşıyıcısı olarak delikler içerirler.

N Tipi Silikon

N tipi silikon levhalar aşağıdakiler gibi elementlerle dopedilebilir:

• Fosfor
• Arsenik
• Antimonyum

Elektronlar çoğunlukla yük taşıyıcılarıdır.

P-tip ve N-tip silikon arasındaki seçim yarı iletken cihaz mimarisine bağlıdır.

13Silikon Wafer Direnci

Elektriksel direnç başka önemli bir satın alma parametresi.

Silikon levhalarının dirençliliği, yoğun olarak dopedilen substratlar için çok düşük değerlerden yüksek dirençli uygulamalar için son derece yüksek değerlere kadar değişebilir.

Dikkatli bir şekilde kontrol edilen direnç gerektiren tipik uygulamalar şunlardır:

• RF cihazları
• Sensörler
• Güç yarı iletkenleri
• MEMS
• Fotonik
• Entegre devreler

Bir teklif talep ederken, alıcılar sadece P tipi veya N tipi malzeme istemek yerine, gerekli direnç aralığını belirtmelidir.

14. SSP vs. DSP Silikon Wafers

Silikon levhalar genellikle şu şekillerde bulunur:

Tek taraflı cilalı SSP

Bir yüzey cilalanırken karşı tarafı nispeten kaba kalır.

SSP levhaları genellikle standart yarı iletken işleme ve birçok araştırma uygulaması için kullanılır.

DSP ∙ Çift taraflı cilalı

Her iki yüzey de cilalanmış.

DSP levhaları genellikle şunlar için gereklidir:

• MEMS
• Wafer bağlama
• Optik uygulamalar
• Gelişmiş ambalajlama
• Kesinlik metrolojisi

Yüksek kaliteli cilalama gerektiğinde yüzey kabalığı gereksinimleri de belirtilmelidir.

15. Düz ve Çentik Kimliği

Wafer kenarının tanımlanması, wafer çapının artması ile evrimleşti.

Daha küçük silikon levhalar genellikle yönelim tanımlaması için düzlükler kullanır.

Daha büyük levhalar genellikle bir çentik kullanır.

Örneğin:

• Birçok 100 mm ve 150 mm vafeler düz kullanır
• 200 mm ve 300 mm levhalar genellikle çentikler kullanır

Çentik veya düz, yarı iletken ekipmanlarının kristal yönelimini ve wafer hizalanmasını belirlemesini sağlar.

Doğru yönelim tanımlaması, otomatik wafer işleme sistemlerinde özellikle önemlidir.

16Doğru Wafer Diametresi Seçimi

Uygun wafer çapı öncelikle üretim ekipmanlarına ve üretim hacmine bağlıdır.

100 mm seçin:

• Laboratuvar araştırması yapmak
• Yarım iletken işlemlerinin geliştirilmesi
• Küçük miktarlarda üretimi
• Mevcut 4 inçlik ekipmanları kullanarak

150 mm seçin:

• Yetişkin yarı iletken üretimi
• MEMS veya sensör üretimi
• Özel cihaz üretimi
• 6 inçlik donanım kullanılıyor.

200 mm seçin:

• Otomobil yarı iletkenleri imalatı
• Güç üreten cihazlar
• Yüksek hacimli olgun süreçleri çalıştırmak
• 8 inçlik üretim hatlarını kullanmak

300 mm seçin:

• Gelişmiş entegre devreler üretimi
• Çok büyük hacimli üretim işletmeleri
• Bellek veya gelişmiş mantık üretimi
• Yüksek otomatik yarı iletken fabrikaları kullanmak

Çoğu durumda, cihaz uyumluluğu, wafer çapını belirleyen ilk faktördür.

17Silikon Wafer Specifikasyon Kontrol Listesi

Silikon levhaları satın almadan önce, tam bir teknik özellik hazırlamak yararlıdır.

Önemli parametreler şunlardır:

• Wafer malzemesi
• Çapraz
• Kalınlığı
• Kalınlık toleransı
• Kristal yönelimi
• P tipi veya N tipi
• Dopant
• Direnç
• TTV
• Yere kapanın.
• Warp.
• SSP veya DSP
• Yüzey kabalığı
• Düz veya çentik özellikleri
• Kenar profili
• Parçacık talebi
• miktarı
• Paketleme Gereksinimleri

Bu parametrelerin sağlanması, wafer üreticisinin standart stok malzemesinin kullanılabileceğini veya özel işleme ihtiyaç olup olmadığını değerlendirmesine yardımcı olur.

18Sonuç.

Silikon levha çapı ve kalınlığı, yarı iletken substrat seçiminde en temel ama önemli parametreler arasındadır.

En yaygın olarak kullanılan wafer boyutları şunlardır:100mm, 150mm, 200mm ve 300mm, tipik nominal kalınlıkları yaklaşık525 μm, 675 μm, 725 μm ve 775 μm, sırasıyla.

Daha küçük levhalar araştırma, MEMS ve özel yarı iletken üretimi için değerli kalırken, 200 mm levhalar olgun endüstriyel yarı iletken üretiminin büyük bir bölümünü desteklemeye devam eder.Bu arada., 300 mm levhalar gelişmiş, yüksek hacimli yarı iletken imalatına hakimdir.

Bununla birlikte, doğru wafer seçmek sadece çap ve kalınlığı seçmekten daha fazlasını gerektirir.

Kristal yönelimi, iletkenlik türü, dirençlilik, cilalama durumu, TTV, yay, warp ve yüzey kalitesi hepsi birlikte dikkate alınmalıdır.

Yarım iletken üreticileri, araştırma laboratuvarları ve cihaz geliştiricileri için,Bu özelliklerin net bir şekilde tanımlanması, seçilen silikon levhanın hem üretim süreci hem de nihai cihaz gereksinimleriyle tamamen uyumlu olmasını sağlar..