Rincian Blog

Wafer silikonMereka tidak pernah bulat sempurna. Sebaliknya, mereka mengandung tepi datar (datar) atau embunan kecil (garis). Sementara fitur ini mungkin tampak sebagai alat bantu penyelarasan mekanis,Fungsi sebenarnya adalah kristallografiDalam pembuatan semikonduktor modern, orientasi wafer adalah variabel fisik dasar yang secara langsung mempengaruhi oksidasi, etching, implantasi ion, rekayasa stres, dan transportasi pembawa. This article explains why orientation marking is indispensable for single-crystal silicon wafers and why flats and notches are essential for maintaining atomic-scale process control in nanometer-scale devices.

1Wafer silikon bukanlah bahan isotropik.

Wafer silikon bukanlah cakram materi yang homogen; itu adalah kristal tunggal dengan kisi-kisi berlian-kubik yang sangat teratur.dan (111) ′ mewakili kepadatan atom bidang yang berbeda dan geometri ikatan.

Arah kristalografi ini menentukan beberapa sifat fisik dan kimia:

• Energi permukaan

• Kinetik oksidasi

• Tingkat penggoresan basah dan kering anisotropik

• Probabilitas penyaluran ion

• Anisotropy mobilitas pembawa

• Sistem penyebaran dan slip cacat

Oleh karena itu, wafer silikon bukan sekedar substrat; itu adalah sistem fisik arah. Setiap perangkat skala nanometer yang dibangun di atasnya mewarisi anisotropy ini.

2Sebuah wafer melingkar tidak memiliki sistem koordinat intrinsik

Sebuah cakram sempurna memiliki simetri rotasi tak terbatas. Tanpa referensi eksternal, tidak ada proses fisik yang dapat membedakan satu arah dalam bidang dari yang lain.

Namun, pembuatan semikonduktor membutuhkan setiap wafer memiliki orientasi dalam bidang yang didefinisikan dengan baik relatif terhadap kisi kristalnya.

• Implantasi ion akan mengalami saluran tidak terkendali

• Etching akan bervariasi di berbagai perangkat

• Teknik stres akan kehilangan koherensi arah

• Mobilitas transistor akan bervariasi secara statistik di seluruh wafer

Dengan demikian, wafer silikon harus mencakup fitur pemecahan simetri yang mendefinisikan sumbu kristallografi tetap.

3. datar atau notch menciptakan kerangka referensi kristallografi

Flat dan notch berfungsi sebagai pengkodean makroskopik dari orientasi kristal mikroskopis.

Saat memotong wafer dari bola kristal tunggal, produsen menyelaraskan potongan sehingga:

• Flat atau notch sejajar dengan arah kristal tertentu (misalnya, 110 ′′ atau 100 ′′)

• Pesawat permukaan wafer (misalnya, (100)) dan arah dalam pesawat didefinisikan secara unik

Ini mengubah objek yang secara rotasi simetris menjadi substrat yang diindeks secara arah.

Setiap alat manufaktur - litografi, implantasi, ukiran, CMP, dan metrologi - menggunakan referensi ini untuk menyelaraskan operasinya dengan kisi kristal.

4Mengapa orientasi penting pada skala nanometer

Perangkat CMOS, FinFET, dan gate-all-around (GAA) modern beroperasi dalam rezim di mana fisika skala atom mendominasi.

Beberapa contoh menggambarkan mengapa orientasi kristal harus terkunci:

4.1 Implantasi ion

Ion dopant dapat bergerak jauh di sepanjang saluran kristal indeks rendah.

4.2 Penggoresan anisotropik

Tingkat etching silikon berbeda secara drastis antara (100), (110), dan (111) pesawat. salah selaras mengubah bentuk parit, sudut dinding samping, dan dimensi kritis.

4.3 Mobilitas pembawa

Mobilitas elektron dan lubang dalam silikon tergantung arah. Kinerja perangkat dioptimalkan dengan menyelaraskan saluran di sepanjang arah kristal tertentu.

Tanpa referensi wafer tetap, tidak ada parameter ini dapat dikendalikan dengan pengulangan tingkat nanometer.

5. Mengapa wafer modern menggunakan kerucut bukan datar

Wafer awal (4 ′′ 6 inci) menggunakan datar panjang.

• Kerucut menempati daerah tepi jauh lebih sedikit, meningkatkan jumlah mati yang dapat digunakan

• Ini mempertahankan simetri mekanik, meningkatkan penanganan wafer

• Lebih mudah bagi sistem penyelarasan robot dan optik untuk mendeteksi

• Ini tidak mendistorsi medan tegangan di perimeter wafer

Dengan demikian, notch adalah penanda kristallografi presisi tinggi yang dioptimalkan untuk pabrik otomatis.

6. Lemparan atau notch adalah jembatan antara atom dan mesin

Dalam manufaktur semikonduktor canggih, fenomena fisik skala nanometer harus selaras dengan sistem mekanis skala milimeter.

Flat atau notch melakukan terjemahan ini:
Ini menghubungkan kisi atom ke sistem koordinat pabrik.

Tanpa itu, litografi modern, ukiran, implan, dan rekayasa strain akan kehilangan kerangka acuan fisik mereka.

Kesimpulan

Lemparan atau cetakan pada wafer silikon bukanlah artefak mekanis, itu adalah jangkar kristallografi.

Hal ini memastikan bahwa setiap transistor, setiap saluran, dan setiap lapisan atom dibangun dalam hubungan tetap dengan kisi silikon.Di era dimana dimensi perangkat mendekati ukuran beberapa lusin atom, fitur geometris kecil ini menjadi salah satu struktur yang paling penting di seluruh ekosistem semikonduktor.