Bloggegevens

met een breedte van niet meer dan 15 mmDeze vormen zijn nooit perfect cirkelvormig, maar bevatten een vlakke rand of een kleine inkeping.hun werkelijke functie is kristallografischIn de moderne halfgeleiderfabricage is de oriëntatie van de wafer een fundamentele fysische variabele die rechtstreeks van invloed is op oxidatie, etsen, ionenimplantatie, spanningstechniek en dragertransport. 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.

1Silicon wafers zijn geen isotrope materialen.

Een siliciumwafer is geen homogene schijf van materie; het is een enkel kristal met een zeer geordend diamant-kubisch rooster.en (111) ◄ vertegenwoordigen verschillende atomaire vlakdichten en bindingsgeometrieën.

Deze kristallografische richtingen bepalen meerdere fysische en chemische eigenschappen:

• Oppervlakte-energie

• Oxidatie kinetiek

• Anisotrope natte en droge etseringspercentages

• Waarschijnlijkheid van ionkanalisatie

• Anisotropie van dragermobiliteit

• Defectverspreidings- en slipsystemen

Daarom is een siliciumwafer niet alleen een substraat; het is een richtingsmatig fysiek systeem. Elk apparaat op nanometer schaal dat erop is gebouwd erft deze anisotropie.

2Een cirkelvormige wafer heeft geen intrinsiek coördinatensysteem.

Een perfecte schijf heeft oneindige rotatie-symmetrie.

Bij de vervaardiging van halfgeleiders is echter vereist dat elke wafer een goed gedefinieerde oriëntatie in het vlak heeft ten opzichte van het kristallenrooster.

• Ionenimplantatie zou ongecontroleerde channeling ervaren

• Etsen verschilt per apparaat.

• Stresstechniek zou richtingcoherentie verliezen

• De mobiliteit van de transistor varieert statistisch over de wafer.

Zo moet een siliciumwafer een symmetriebreukend kenmerk bevatten dat een vaste kristallografische as definieert.

3De platte of inkeping creëert een kristallografisch referentiekader

Vlakken en inkeringen dienen als macroscopische codering van microscopische kristaloriëntatie.

Tijdens het snijden van wafers uit een enkelkristallen bol richt de fabrikant de snit zo af dat:

• De platte of inkeping is parallel aan een specifieke kristalrichting (bijv. ¥110 ¥ of ¥100 ¥)

• Het oppervlakvlak van de wafer (bijv. (100)) en de richting in het vlak zijn uniek gedefinieerd

Hierdoor wordt een anders rotatie-symmetrisch object omgezet in een richtinggeïndexeerd substraat.

Elk fabricagetool - lithografie, implantatie, etsen, CMP en metrologie - gebruikt deze verwijzing om zijn werkzaamheden op het kristallen rooster af te stemmen.

4Waarom oriëntatie op nanometer schaal belangrijk is

Moderne CMOS-, FinFET- en gate-all-around (GAA) -apparaten werken in regimes waarin de fysica op atoomschaal domineert.

Verschillende voorbeelden illustreren waarom de kristallenoriëntatie moet worden vergrendeld:

4.1 Ionimplantatie

Als de oriëntatie van de wafer varieert, worden de channelingdiepte en de dopantenprofielen onvoorspelbaar.

4.2 Anisotrope etsering

De snelheid van silicon etsen verschilt drastisch tussen (100), (110) en (111) vlakken.

4.3 Mobiliteit van de drager

Elektronen en gaten in silicium zijn richtingsafhankelijk en de prestaties van het apparaat worden geoptimaliseerd door de kanalen in specifieke richtingen van het kristal uit te lijnen.

Zonder een vaste waferreferentie kan geen enkele van deze parameters worden gecontroleerd met een herhaalbaarheid op nanometerniveau.

5Waarom moderne wafers in plaats van platte wafers inhakken gebruiken

Toen de waferdiameter toenam tot 200 mm en 300 mm, nam de industrie om fysieke en economische redenen inkeringen aan:

• Een inkeping neemt veel minder randoppervlakte in beslag, waardoor het aantal bruikbare matrijzen toeneemt

• Het behoudt de mechanische symmetrie en verbetert het gebruik van de wafers

• Het is gemakkelijker voor robot- en optische uitlijningssystemen om te detecteren

• Het vervormt geen spanningsvelden op de wafer omtrek

De notch is dus een crystallografische marker met hoge precisie die is geoptimaliseerd voor geautomatiseerde fabrieken.

6De platte of notch is een brug tussen atomen en machines.

In geavanceerde halfgeleiderproductie moeten fysieke verschijnselen op nanometer schaal worden afgestemd op mechanische systemen op millimeter schaal.

De platte of notch verricht deze vertaling:
Het verbindt het atomaire rooster met het fabriekscoördinatensysteem.

Zonder het zouden moderne lithografie, etsen, implantatie en straintechniek hun fysieke referentiekader verliezen.

Conclusies

De platte of inkeping op een siliciumwafer is geen mechanisch artefact, het is een kristallografisch anker.

Het zorgt ervoor dat elke transistor, elk kanaal en elke atoomlaag in een vaste relatie tot het siliciumrooster is gebouwd.In een tijd waarin de afmetingen van apparaten de grootte van een paar dozijn atomen benaderen, wordt dit kleine geometrische kenmerk een van de meest kritische structuren in het hele halfgeleider ecosysteem.