Pooljuhtide tööstuse õitsevas arendusprotsessis poleeritud monokristallräniplaadidmängivad otsustavat rolli. Need on põhimaterjaliks erinevate mikroelektrooniliste seadmete tootmisel. Keerulistest ja täpsetest integraallülitustest kuni kiirete mikroprotsessorite ja multifunktsionaalsete anduriteni – poleeritud monokristallräniplaadidon hädavajalikud. Nende jõudluse ja spetsifikatsioonide erinevused mõjutavad otseselt lõpptoodete kvaliteeti ja toimivust. Allpool on toodud poleeritud monokristalliliste räniplaatide üldised spetsifikatsioonid ja parameetrid:

Läbimõõt: pooljuhtide monokristallidest räniplaatide suurust mõõdetakse nende läbimõõduga ja neil on erinevad spetsifikatsioonid. Levinud läbimõõdud on 2 tolli (50,8 mm), 3 tolli (76,2 mm), 4 tolli (100 mm), 5 tolli (125 mm), 6 tolli (150 mm), 8 tolli (200 mm), 12 tolli (300 mm) ja 18 tolli (450 mm). Erinevad läbimõõdud sobivad erinevate tootmisvajaduste ja protsessinõuete jaoks. Näiteks väiksema läbimõõduga vahvleid kasutatakse tavaliselt spetsiaalsete väikesemahuliste mikroelektrooniliste seadmete jaoks, samas kui suurema läbimõõduga vahvlid näitavad suuremahulise integraallülituse tootmisel suuremat tootmistõhusust ja kulueeliseid. Pinnanõuded jagunevad ühepoolseks poleeritud (SSP) ja kahepoolseks poleeritud (DSP) kategooriateks. Ühepoolseid poleeritud vahvleid kasutatakse seadmete jaoks, mis nõuavad ühe külje kõrget tasasust, näiteks teatud andureid. Kahepoolseid poleeritud vahvleid kasutatakse tavaliselt integraallülituste ja muude toodete jaoks, mis nõuavad mõlemal pinnal suurt täpsust. Pinnanõue (viimistlus): ühepoolne poleeritud SSP / kahepoolne poleeritud DSP.

Tüüp/Doant: (1) N-tüüpi pooljuht: kui sisemisse pooljuhti sisestatakse teatud lisandite aatomid, muudavad need selle juhtivust. Näiteks kui lisatakse viievalentsed elemendid nagu lämmastik (N), fosfor (P), arseen (As) või antimon (Sb), moodustavad nende valentselektronid kovalentsed sidemed ümbritsevate räni aatomite valentselektronidega, jättes lisaelektroni, mis ei ole kovalentse sidemega seotud. Selle tulemuseks on aukude kontsentratsioonist suurem elektronide kontsentratsioon, moodustades N-tüüpi pooljuhi, mida tuntakse ka elektron-tüüpi pooljuhina. N-tüüpi pooljuhid on üliolulised seadmete tootmisel, mis nõuavad peamiste laengukandjatena elektrone, nagu teatud toiteseadmed. (2) P-tüüpi pooljuht: kui räni pooljuhti sisestatakse kolmevalentsed lisandid, nagu boor (B), gallium (Ga) või indium (In), moodustavad lisandi aatomite valentselektronid kovalentsed sidemed ümbritsevate räni aatomitega, kuid neil puudub vähemalt üks valentselektron ja nad ei saa moodustada täielikku kovalentset bonit. See viib aukude kontsentratsioonini, mis on suurem kui elektronide kontsentratsioon, moodustades P-tüüpi pooljuhi, mida tuntakse ka kui auk-tüüpi pooljuht. P-tüüpi pooljuhid mängivad võtmerolli selliste seadmete valmistamisel, kus augud on peamised laengukandjad, nagu dioodid ja teatud transistorid.

Takistus: Takistus on peamine füüsikaline suurus, mis mõõdab poleeritud monokristalli räniplaatide elektrijuhtivust. Selle väärtus peegeldab materjali juhtivust. Mida väiksem on takistus, seda parem on räniplaadi juhtivus; vastupidi, mida suurem on takistus, seda kehvem on juhtivus. Räniplaatide eritakistuse määravad nende loomupärased materjaliomadused, samuti on oluline mõju temperatuurile. Üldiselt suureneb räniplaatide eritakistus temperatuuri tõustes. Praktilistes rakendustes on erinevatel mikroelektroonilistel seadmetel räniplaatidele erinevad eritakistusnõuded. Näiteks integraallülituse tootmisel kasutatavad vahvlid vajavad täpset takistuse juhtimist, et tagada seadme stabiilne ja usaldusväärne jõudlus.

Orientatsioon: vahvli kristallide orientatsioon tähistab ränivõre kristallograafilist suunda, mida tavaliselt täpsustavad Milleri indeksid nagu (100), (110), (111) jne. Erinevatel kristallide orientatsioonidel on erinevad füüsikalised omadused, näiteks joonetihedus, mis varieerub sõltuvalt orientatsioonist. See erinevus võib mõjutada vahvli jõudlust järgnevates töötlemisetappides ja mikroelektroonikaseadmete lõplikku jõudlust. Tootmisprotsessis erinevate seadmenõuete jaoks sobiva orientatsiooniga ränivahvli valimine võib optimeerida seadme jõudlust, parandada tootmise efektiivsust ja tõsta toote kvaliteeti.

Tasane/sälk: Silikoonplaadi ümbermõõdul olev lame serv (Flat) või V-sälk (sälk) mängib kristallide orientatsiooni joondamisel kriitilist rolli ning on oluline identifikaator vahvli valmistamisel ja töötlemisel. Erineva läbimõõduga vahvlid vastavad Flati või Notch'i pikkuse erinevatele standarditele. Joondusservad liigitatakse esmaseks tasaseks ja sekundaarseks tasaseks. Primaarset tasapinda kasutatakse peamiselt vahvli põhilise kristallide orientatsiooni ja töötlemise võrdlusaluse määramiseks, samas kui sekundaarne tasapind aitab täiendavalt täpset joondamist ja töötlemist, tagades vahvli täpse toimimise ja konsistentsi kogu tootmisliinil.

Paksus: vahvli paksus määratakse tavaliselt mikromeetrites (μm), tavaline paksus jääb vahemikku 100 μm kuni 1000 μm. Erineva paksusega vahvlid sobivad erinevat tüüpi mikroelektroonika seadmetele. Õhemaid vahvleid (nt 100 μm – 300 μm) kasutatakse sageli kiibi valmistamisel, mis nõuab ranget paksuse kontrolli, vähendades kiibi suurust ja kaalu ning suurendades integratsioonitihedust. Paksemaid vahvleid (nt 500 μm – 1000 μm) kasutatakse laialdaselt seadmetes, mis nõuavad töö ajal stabiilsuse tagamiseks suuremat mehaanilist tugevust, näiteks jõupooljuhtseadised.

Pinna karedus: Pinna karedus on vahvli kvaliteedi hindamisel üks peamisi parameetreid, kuna see mõjutab otseselt vahvli ja sellele järgnevate õhukese kilematerjalide vahelist haardumist ning seadme elektrilist jõudlust. Tavaliselt väljendatakse seda ruutkeskmise karedusena (nm). Väiksem pinnakaredus tähendab, et vahvli pind on siledam, mis aitab vähendada selliseid nähtusi nagu elektronide hajumine ning parandab seadme jõudlust ja töökindlust. Täiustatud pooljuhtide tootmisprotsessides muutuvad pinnakareduse nõuded üha karmimaks, eriti tipptasemel integraallülituste tootmisel, kus pinna karedus tuleb reguleerida mõne nanomeetrini või isegi madalamale.

Kogupaksuse varieeruvus (TTV): kogu paksuse varieeruvus viitab erinevusele vahvli pinna mitmes punktis mõõdetud maksimaalse ja minimaalse paksuse vahel, mida tavaliselt väljendatakse μm-des. Kõrge TTV võib põhjustada kõrvalekaldeid sellistes protsessides nagu fotolitograafia ja söövitamine, mis mõjutab seadme jõudluse järjepidevust ja tootlikkust. Seetõttu on TTV juhtimine vahvlite valmistamise ajal oluline samm toote kvaliteedi tagamisel. Kõrge täpsusega mikroelektrooniliste seadmete tootmiseks peab TTV tavaliselt olema mõne mikromeetri raadiuses.

Vibu: kaar viitab hälbele vahvli pinna ja ideaalse tasapinna vahel, mida tavaliselt mõõdetakse μm-des. Liigse paindumisega vahvlid võivad järgneva töötlemise käigus puruneda või kogeda ebaühtlast pinget, mõjutades tootmise efektiivsust ja toote kvaliteeti. Eriti suurt tasasust nõudvate protsesside puhul, nagu fotolitograafia, tuleb kummardamist juhtida kindlas vahemikus, et tagada fotolitograafilise mustri täpsus ja järjepidevus.

Lõim: lõime näitab hälvet vahvli pinna ja ideaalse sfäärilise kuju vahel, mõõdetuna ka μm-des. Sarnaselt vibuga on lõime vahvli tasasuse oluline näitaja. Liigne kõverus ei mõjuta mitte ainult vahvli paigutuse täpsust töötlemisseadmetes, vaid võib tekitada probleeme ka kiibi pakkimise protsessis, näiteks kiibi ja pakkematerjali halva sidemega, mis omakorda mõjutab seadme töökindlust. Tipptasemel pooljuhtide tootmises muutuvad lõimenõuded üha karmimaks, et vastata täiustatud kiibi tootmise ja pakkimise protsesside nõuetele.

Servaprofiil: vahvli servaprofiil on selle edasise töötlemise ja käsitsemise jaoks ülioluline. Tavaliselt määrab selle serva välistamistsoon (EEZ), mis määrab kauguse vahvli servast, kus töötlemine pole lubatud. Korralikult kujundatud servaprofiil ja täpne majandusvööndi juhtimine aitavad vältida servadefekte, pingekontsentratsioone ja muid töötlemise ajal tekkivaid probleeme, parandades vahvli üldist kvaliteeti ja saagikust. Mõnes arenenud tootmisprotsessis peab servaprofiili täpsus olema alla mikroni.

Osakeste arv: osakeste arv ja suurusjaotus vahvli pinnal mõjutavad oluliselt mikroelektroonikaseadmete jõudlust. Liiga suured või suured osakesed võivad põhjustada seadme rikkeid, näiteks lühiseid või lekkeid, mis vähendab toote saagist. Seetõttu mõõdetakse osakeste arvu tavaliselt pindalaühiku kohta olevate osakeste loendamisega, näiteks osakeste arvuga, mis on suuremad kui 0,3 μm. Tahkete osakeste arvu range kontroll vahvlite valmistamise ajal on toote kvaliteedi tagamise oluline meede. Kasutatakse täiustatud puhastustehnoloogiaid ja puhast tootmiskeskkonda, et minimeerida osakeste saastumist vahvli pinnal.

Seotud tootmine

Single Crystal Silicon Wafer Si substraadi tüüp N/P Valikuline ränikarbiidist vahvel

FZ CZ Si vahvel laos 12-tolline silikoonvahvel Prime või Test