Λεπτομέρειες Blog

Πλακέτες από πυρίτιοΑν και αυτά τα χαρακτηριστικά μπορεί να φαίνονται ως μηχανικά βοηθήματα ευθυγράμμισης, τα χαρακτηριστικά αυτά δεν είναι ποτέ απόλυτα κυκλικά.Η πραγματική τους λειτουργία είναι κρυσταλλογραφική.Στην σύγχρονη κατασκευή ημιαγωγών, ο προσανατολισμός του πλακιδίου είναι μια θεμελιώδης φυσική μεταβλητή που επηρεάζει άμεσα την οξείδωση, την χαρακτική, την εμφύτευση ιόντων, την μηχανική άγχους και τη μεταφορά φορέα. 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.

1Τα πλακάκια πυριτίου δεν είναι ισοτροπικά υλικά.

Μια πλακέτα πυριτίου δεν είναι ένας ομοιογενής δίσκος ύλης· είναι ένας μοναδικός κρύσταλλος με ένα υψηλά διαταγμένο διαμαντένιο- κυβικό πλέγμα.και (111) αντιπροσωπεύουν διαφορετικές πυκνότητες ατομικού επιπέδου και γεωμετρικές δεσμών.

Αυτές οι κρυσταλλογραφικές κατευθύνσεις καθορίζουν πολλαπλές φυσικές και χημικές ιδιότητες:

• Ενέργεια επιφάνειας

• Κινητική οξείδωσης

• Ανιζοτροπικές τιμές υγρά και ξηράς χαρακτικής

• Πιθανότητα διοχέτευσης ιόντων

• Ανισωτροπία κινητικότητας φορέα

• Συστήματα διάδοσης ελαττωμάτων και ολίσθησης

Ως εκ τούτου, μια πλακέτα πυριτίου δεν είναι απλώς ένα υπόστρωμα, είναι ένα κατευθυνόμενο φυσικό σύστημα.

2Μια κυκλική πλάκα δεν έχει εγγενές σύστημα συντεταγμένων.

Ένας τέλειος δίσκος έχει άπειρη περιστροφική συμμετρία.

Ωστόσο, η κατασκευή ημιαγωγών απαιτεί κάθε πλάκα να έχει έναν καλά καθορισμένο προσανατολισμό σε επίπεδο σε σχέση με το κρυστάλλινο πλέγμα της.

• Η εμφύτευση ιόντων θα είχε ανεξέλεγκτη διοχέτευση.

• Η χαραγή θα διαφέρει μεταξύ των συσκευών.

• Η μηχανική άγχους θα έχανε την κατευθυντική συνοχή.

• Η κινητικότητα του τρανζίστορα θα ποικίλλει στατιστικά σε όλο το πλακάκι

Επομένως, μια πλακέτα πυριτίου πρέπει να περιλαμβάνει ένα χαρακτηριστικό διάσπασης συμμετρίας που καθορίζει έναν σταθερό κρυσταλλογραφικό άξονα.

3Η επίπεδη ή εγκοπή δημιουργεί ένα κρυσταλλογραφικό πλαίσιο αναφοράς.

Τα επίπεδα και οι εγκοπές χρησιμεύουν ως μακροσκοπικές κωδικοποιήσεις μικροσκοπικού κρυσταλλικού προσανατολισμού.

Κατά τη διάρκεια της κοπής της πλάκας από μια μονοκρυσταλλική σφαίρα, ο κατασκευαστής ευθυγραμμίζει την κοπή έτσι ώστε:

• Το επίπεδο ή η εγκοπή είναι παράλληλο με μια συγκεκριμένη κατεύθυνση του κρυστάλλου (π.χ. ¥110 ¥ ή ¥100 ¥)

• Το επίπεδο επιφάνειας της πλάκας (π.χ. (100)) και η κατεύθυνση στο επίπεδο ορίζονται με μοναδικό τρόπο

Αυτό μετατρέπει ένα διαφορετικά περιστροφικά συμμετρικό αντικείμενο σε ένα κατευθυνόμενο υποστρώμα.

Κάθε εργαλείο κατασκευής -λιθογραφία, εμφύτευση, χαρακτική, CMP και μετρολογία- χρησιμοποιεί αυτή την αναφορά για να ευθυγραμμίσει τις λειτουργίες του με το κρυστάλλινο πλέγμα.

4Γιατί η προσανατολισμός έχει σημασία σε νανομετρική κλίμακα

Οι σύγχρονες συσκευές CMOS, FinFET και gate-all-around (GAA) λειτουργούν σε καθεστώτα όπου κυριαρχεί η φυσική ατομικής κλίμακας.

Αρκετά παραδείγματα δείχνουν γιατί ο προσανατολισμός των κρυστάλλων πρέπει να είναι κλειδωμένος:

4.1 Εμφύτευση ιόντων

Αν ο προσανατολισμός της πλάκας ποικίλλει, το βάθος καναλιών και τα προφίλ των ντοπαντών γίνονται απρόβλεπτα.

4.2 Ανιζοτροπική χαρακτική

Τα ποσοστά χαρακτικής του πυριτίου διαφέρουν δραστικά μεταξύ των επιπέδων (100), (110) και (111).

4.3 Κινητικότητα φορέα

Η κινητικότητα των ηλεκτρονίων και των τρυπών στο πυρίτιο εξαρτάται από την κατεύθυνση.

Χωρίς σταθερή αναφορά σε πλακέτα, καμία από αυτές τις παραμέτρους δεν μπορεί να ελεγχθεί με επαναληψιμότητα σε επίπεδο νανομέτρου.

5Γιατί οι σύγχρονες βάφλες χρησιμοποιούν εγκοπές αντί για επίπεδες;

Οι πρώτες πλάκες (4 ′′ 6 ′′) χρησιμοποιούσαν μακρές επίπεδες πλάκες.

• Μια εγκοπή καταλαμβάνει πολύ λιγότερη περιοχή άκρη, αυξάνοντας χρήσιμο μέτριο αριθμό

• Διατηρεί τη μηχανική συμμετρία, βελτιώνοντας το χειρισμό των πλακών

• Είναι ευκολότερο για τα ρομποτικά και οπτικά συστήματα ευθυγράμμισης να εντοπίσουν

• Δεν διαστρεβλώνει τα πεδία έντασης στην περίμετρο της πλάκας

Έτσι, η εγκοπή είναι ένας υψηλής ακρίβειας κρυσταλλογραφικός δείκτης βελτιστοποιημένος για αυτοματοποιημένα εργοστάσια.

6Η επίπεδη ή εγκοπή είναι μια γέφυρα μεταξύ των ατόμων και των μηχανών.

Στην προηγμένη κατασκευή ημιαγωγών, τα φυσικά φαινόμενα σε κλίμακα νανομέτρων πρέπει να ευθυγραμμίζονται με τα μηχανικά συστήματα σε κλίμακα χιλιοστών.

Η επίπεδη ή εγκοπή εκτελεί αυτή τη μετάφραση:
Συνδέει το ατομικό πλέγμα με το εργοστασιακό σύστημα συντεταγμένων.

Χωρίς αυτό, η σύγχρονη λιθογραφία, η χαρακτική, η εμφύτευση και η μηχανική στερέωσης θα έχαναν το φυσικό τους πλαίσιο αναφοράς.

Συμπεράσματα

Η επίπεδη ή εγκοπή σε μια πλακέτα πυριτίου δεν είναι ένα μηχανικό τεχνούργημα, είναι μια κρυσταλλογραφική άγκυρα.

Διασφαλίζει ότι κάθε τρανζίστορ, κάθε κανάλι και κάθε ατομικό στρώμα είναι κατασκευασμένο σε σταθερή σχέση με το πλέγμα του πυριτίου.Σε μια εποχή που οι διαστάσεις των συσκευών πλησιάζουν το μέγεθος λίγων δεκάδων ατόμων, αυτό το μικροσκοπικό γεωμετρικό χαρακτηριστικό γίνεται μια από τις πιο κρίσιμες δομές σε ολόκληρο το οικοσύστημα των ημιαγωγών.