جزئیات وبلاگ

سیلیکون وافرههیچ وقت کاملاً دایره ای نیستند. در عوض، دارای یک لبه صاف (سطح) یا یک شکاف کوچک (طوق) هستند. در حالی که این ویژگی ها ممکن است به نظر می رسد کمک های تراز مکانیکی باشند،عملکرد واقعی آنها کریستالوگرافیک است.در ساخت نیمه هادی مدرن، جهت گیری وافر یک متغیر فیزیکی اساسی است که به طور مستقیم بر اکسیداسیون، حکاکی، کاشت یون، مهندسی استرس و حمل کننده حمل تاثیر می گذارد. 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.

1وافرهای سیلیکون مواد ایزوتروپ نیستند

یک وافر سیلیکون یک دیسک یکسانی از ماده نیست؛ این یک کریستال واحد با یک شبکه مکعب الماس بسیار مرتب است. جهت گیری های رایج استفاده شده ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓و (111) ◄ چگالی های مختلف سطح اتمی و هندسه های پیوند را نشان می دهد.

این جهت های کریستالوگرافی چند خاصیت فیزیکی و شیمیایی را تعیین می کنند:

• انرژی سطح

• حرکات اکسیداسیون

• نرخ های خیس کردن مرطوب و خشک آنیزوتروپ

• احتمال کانال سازی یون

• انیزوتروپی تحرک حامل

• سیستم های گسترش نقص و لغزش

بنابراین، یک پنل سیلیکونی فقط یک بستر نیست؛ این یک سیستم فیزیکی جهت دار است. هر دستگاه در مقیاس نانومتری ساخته شده بر روی آن این انیسوتروپی را به ارث می برد.

2یک وافره دایره ای هیچ سیستم مختصاتی ندارد.

یک دیسک کامل دارای تقارن چرخش بی نهایت است. بدون یک مرجع خارجی، هیچ فرآیند فیزیکی نمی تواند یک جهت درون هواپیما را از دیگری متمایز کند.

با این حال، تولید نیمه هادی مستلزم آن است که هر وافری جهت گیری کاملاً مشخصی نسبت به شبکه کریستالی خود داشته باشد.

• کاشت یون ها به صورت کنترل نشده انجام می شود

• حکاکی از دستگاه به دستگاه متفاوت است

• مهندسی استرس، انسجام جهت را از دست می دهد.

• تحرک ترانزیستور از نظر آماری در تمام وافرها متفاوت است

بنابراین، یک بلوک سیلیکون باید شامل یک ویژگی شکستن تقارن باشد که یک محور کریستالوگرافی ثابت را تعریف می کند.

3. مسطح و یا شکاف ایجاد یک چارچوب مرجع کریستالوگرافی

مسطحات و شکاف ها به عنوان رمزگذاری های میکروسکوپی جهت گیری کریستال میکروسکوپی عمل می کنند.

در طول برش وافره از یک گل یک کریستال، تولید کننده برش را به گونه ای هم تراز می کند که:

• مسطح یا شکاف موازی با یک جهت خاص کریستال است (به عنوان مثال، 110 یا 100)

• مسطح سطح وافر (به عنوان مثال، (100)) و جهت داخل هواپیما به طور منحصر به فرد تعریف شده است

این باعث می شود که یک شی که در غیر این صورت به صورت چرخش همبستگی دارد به یک زیربنای شاخص جهت تبدیل شود.

هر ابزار ساختمانی - لیتوگرافی، کاشت، حکاکی، CMP و متروولوژی - از این مرجع برای هماهنگی عملیات خود با شبکه کریستالی استفاده می کند.

4چرا جهت گیری در مقیاس نانومتر اهمیت دارد

دستگاه های مدرن CMOS، FinFET و Gate-all-around (GAA) در رژیم هایی کار می کنند که فیزیک در مقیاس اتمی غالب است.

چندین مثال نشان می دهد که چرا جهت گیری کریستال باید قفل شود:

4.1 کاشت یون

یون های دوپانت می توانند در امتداد کانال های کریستالی با شاخص پایین به عمق سفر کنند. اگر جهت گیری وافر متفاوت باشد، عمق کانال و پروفایل دوپانت غیر قابل پیش بینی می شود.

4.2 حکاکی انزوتروپ

نرخ حکاکی سیلیکون بین هواپیماهای (100) ، (110) و (111) به شدت متفاوت است. عدم تراز شکل خندق، زاویه دیوارهای جانبی و ابعاد بحرانی را تغییر می دهد.

4.3 تحرک حامل

تحرک الکترون و سوراخ در سیلیکون به جهت بستگی دارد. عملکرد دستگاه با تراز کانال ها در امتداد جهت های خاص کریستال بهینه می شود.

بدون یک مرجع وافری ثابت، هیچ یک از این پارامترها را نمی توان با تکرار پذیری در سطح نانومتر کنترل کرد.

5چرا وافرهاي مدرن به جاي لايه هاي مسطح از گزينه ها استفاده مي کنند

وافرهای اولیه (۴۶ اینچ) از صفحه های بلند استفاده می کردند. با افزایش قطر وافره به ۲۰۰ میلی متر و ۳۰۰ میلی متر، صنعت به دلایل فیزیکی و اقتصادی، شکاف ها را اتخاذ کرد:

• یک شکاف مساحت لبه بسیار کمتر اشغال، افزایش شمارنده های استفاده می شود

• آن را حفظ تقارن مکانیکی، بهبود دستکاری وافره

• برای روبات و سیستم های تراز نوری آسان تر است که تشخیص دهند

• اين فيلدهاي تنش در محيط ويفر رو تحريف نميکنه

بنابراین، اینچ یک نشانگر کریستالوگرافی با دقت بالا است که برای کارخانه های خودکار بهینه شده است.

6. تخت يا نوچ پل بين اتم ها و ماشين ها است

در تولید نیمه هادی پیشرفته، پدیده های فیزیکی در مقیاس نانومتری باید با سیستم های مکانیکی در مقیاس میلیمتری هماهنگ شوند.

فلت یا نوچ این ترجمه را انجام می دهد:
اين شبکه اتمي رو به سيستم مختصات کارخانه متصل ميکنه

بدون آن، لیتوگرافی مدرن، حکاکی، کاشت، و مهندسی فشار، چارچوب مرجع فیزیکی خود را از دست می دهند.

نتیجه گیری

تخت یا شکاف بر روی یک وافری سیلیکونی یک مصنوع مکانیکی نیست بلکه یک لنگر کریستالوگرافیک است.

این تضمین می کند که هر ترانزیستور، هر کانال و هر لایه اتمی در رابطه ثابت با شبکه سیلیکونی ساخته شده است.در دوراني که ابعاد دستگاه به اندازه چند ده اتم نزدیک شده، این ویژگی هندسی کوچک به یکی از مهمترین ساختارهای کل اکوسیستم نیمه هادی تبدیل می شود.