Fabrication de plaquettes

À mesure que la technologie progresse, la demande deplaquettescontinue d’augmenter. Actuellement, les tailles principales de plaquettes de silicium sur le marché intérieur sont 100 mm, 150 mm et 200 mm. Augmenter le diamètre du siliciumplaquettespeut réduire le coût de fabrication de chaque puce, entraînant une demande croissante de tranches de silicium de 300 mm. Cependant, les diamètres plus grands imposent également des exigences plus strictes sur des paramètres clés, tels que la planéité de la surface des plaquettes, le contrôle des traces d'impuretés, les défauts internes et la teneur en oxygène. Par conséquent, la fabrication de plaquettes est devenue un axe principal de recherche dans la production de puces.

Avant de se lancer dans la fabrication de plaquettes, il est essentiel de comprendre la structure cristalline sous-jacente.

La différence dans l’organisation atomique interne des matériaux est un facteur crucial pour les distinguer. Les matériaux cristallins, tels que le silicium et le germanium, ont des atomes disposés selon une structure périodique fixe, tandis que les matériaux non cristallins, comme les plastiques, ne disposent pas de cette disposition ordonnée. Le silicium est devenu le matériau principal des plaquettes en raison de sa structure unique, de ses propriétés chimiques favorables, de son abondance naturelle et d'autres avantages.

Les matériaux cristallins possèdent deux niveaux d'organisation atomique. Le premier niveau est la structure des atomes individuels, formant une cellule unitaire qui se répète périodiquement dans tout le cristal. Le deuxième niveau fait référence à la disposition globale de ces cellules unitaires, connue sous le nom de structure en réseau, où les atomes occupent des positions spécifiques au sein du réseau. Le nombre d’atomes dans la cellule unitaire, leurs positions relatives et l’énergie de liaison entre eux déterminent les différentes propriétés du matériau. La structure cristalline de silicium est classée comme une structure en diamant, composée de deux ensembles de réseaux cubiques à faces centrées décalés le long de la diagonale d'un quart de la longueur de la diagonale.

Les caractéristiques de périodicité et de symétrie des cristaux nécessitent une méthode plus simple pour décrire les positions des atomes plutôt que d'utiliser un système de coordonnées rectangulaires tridimensionnel universel. Pour mieux décrire la distribution atomique dans un cristal en fonction de la périodicité de son réseau, nous sélectionnons une cellule unitaire selon trois principes directeurs. Cette cellule unitaire reflète efficacement la périodicité et la symétrie du cristal et sert de plus petite unité répétitive. Une fois les coordonnées atomiques au sein de la cellule unitaire déterminées, nous pouvons facilement déduire les positions relatives des particules dans l’ensemble du cristal. En établissant un système de coordonnées basé sur les trois vecteurs de bord de la cellule unitaire, nous pouvons simplifier considérablement le processus de description de la structure cristalline.

Un plan cristallin est défini comme une surface plane formée par l’arrangement d’atomes, d’ions ou de molécules dans un cristal. À l’inverse, une direction cristalline fait référence à une orientation spécifique de ces arrangements atomiques.

Les plans cristallins sont représentés à l'aide des indices de Miller. Généralement, les parenthèses () désignent des plans cristallins, les crochets [] indiquent les directions cristallines, les crochets angulaires <> signifient des familles de directions cristallines et les accolades {} représentent des familles de plans cristallins. Dans la fabrication de semi-conducteurs, les plans cristallins les plus couramment utilisés pour les tranches de silicium sont (100), (110) et (111). Chaque plan cristallin possède des caractéristiques uniques, ce qui les rend adaptés à différents processus de production.

Par exemple, (100) les plans cristallins sont principalement utilisés dans la fabrication de dispositifs MOS en raison de leurs propriétés de surface favorables, qui facilitent le contrôle de la tension de seuil. De plus, les tranches comportant (100) plans cristallins sont plus faciles à manipuler pendant le traitement et ont des surfaces relativement plates, ce qui les rend idéales pour produire des circuits intégrés à grande échelle. En revanche, les plans cristallins (111), qui ont une densité atomique plus élevée et des coûts de croissance inférieurs, sont souvent utilisés dans les dispositifs bipolaires. Ces plans peuvent être obtenus en gérant soigneusement la direction du cristal pendant le processus de croissance en sélectionnant la direction appropriée du cristal germe.

Le plan cristallin (100) est parallèle à l'axe Y-Z et coupe l'axe X au point où la valeur unitaire est 1. Le plan cristallin (110) coupe les axes X et Y, tandis que le plan cristallin (111) coupe les trois axes : X, Y et Z.

D'un point de vue structurel, le plan cristallin (100) forme un carré, tandis que le plan cristallin (111) prend une forme triangulaire. En raison des variations de structure entre les différents plans cristallins, la manière dont une tranche se brise diffère également. Les tranches orientées selon <100> ont tendance à se briser en formes carrées ou à créer des cassures à angle droit (90°), tandis que celles orientées selon <111> se brisent en fragments triangulaires.

Compte tenu des propriétés chimiques, électriques et physiques uniques associées aux structures internes des cristaux, l’orientation spécifique des cristaux d’une plaquette a un impact significatif sur ses performances globales. Par conséquent, il est crucial de maintenir un contrôle strict sur l’orientation des cristaux pendant le processus de préparation.

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