Welche wichtigen Spezifikationen sollten bei der Auswahl von Siliziumwafern berücksichtigt werden?

Um die gewünschten Geräte aus Siliziumwafern herzustellen, ist der erste Schritt die Auswahl des richtigen Wafers. Aber welche Hauptspezifikationen sind zu beachten?

Waferdicke (THK):
Die Dicke des Siliziumwafer ist ein kritischer Parameter. Während der Waferherstellung ist eine präzise Kontrolle der Dicke unerlässlich, da sowohl die Genauigkeit als auch die Gleichmäßigkeit der Waferdicke die Geräteperformance und die Stabilität des Herstellungsprozesses direkt beeinflussen.

Gesamtdickenvariation (TTV):

TTV bezieht sich auf die maximale Dickenabweichung zwischen den dicksten und dünnsten Punkten über die Waferoberfläche. Es ist ein wichtiger Parameter zur Beurteilung der Gleichmäßigkeit der Waferdicke. Die Aufrechterhaltung eines niedrigen TTV gewährleistet eine gleichmäßige Dickenverteilung während der Verarbeitung, was dazu beiträgt, Probleme in nachfolgenden Herstellungsschritten zu vermeiden und eine optimale Geräteperformance sicherzustellen.

Gesamtindikatormesswert (TIR):
TIR stellt die Ebenheit der Waferoberfläche dar. Er ist definiert als der vertikale Abstand zwischen den höchsten und niedrigsten Punkten auf der Waferoberfläche. TIR wird verwendet, um zu beurteilen, ob der Wafer während des Herstellungsprozesses Verformungen oder Verwerfungen aufweist, um sicherzustellen, dass die Ebenheit des Wafers den erforderlichen Prozessspezifikationen entspricht.

Durchbiegung:
Durchbiegung bezieht sich auf die vertikale Verschiebung des Mittelpunkts des Wafers relativ zur Ebene seiner Kanten, hauptsächlich zur Bewertung der lokalen Biegung des Wafers. Sie wird gemessen, indem der Wafer auf eine flache Referenzoberfläche gelegt und der vertikale Abstand zwischen der Wafermitte und der Referenzebene bestimmt wird. Der Wert für die Durchbiegung konzentriert sich typischerweise nur auf den zentralen Bereich des Wafers und gibt an, ob der Wafer eine konvexe (gewölbte) oder konkave (schüsselförmige) Gesamtform aufweist.

Verzug:
Verzug beschreibt die Abweichung der Gesamtform des Wafers von seiner idealen Referenzebene. Genauer gesagt ist Verzug als die maximale Abweichung zwischen einem beliebigen Punkt auf der Waferoberfläche und der bestangepassten Referenzebene definiert (typischerweise mit der Methode der kleinsten Quadrate berechnet). Er wird durch Abtasten der gesamten Waferoberfläche, Messen der Höhe aller Punkte und Berechnen der maximalen Abweichung von der bestangepassten Ebene ermittelt. Verzug liefert einen Gesamtindikator für die Ebenheit des Wafers und erfasst sowohl Biegung als auch Verdrehung über den gesamten Wafer.

Unterschied zwischen Durchbiegung und Verzug:
Der Hauptunterschied zwischen Durchbiegung und Verzug liegt in dem Bereich, den sie bewerten, und der Art der Verformung, die sie beschreiben. Die Durchbiegung berücksichtigt nur die vertikale Verschiebung in der Wafermitte und liefert Informationen über die lokale Biegung um den Mittelbereich – ideal zur Beurteilung der lokalen Krümmung. Im Gegensatz dazu misst der Verzug Abweichungen über die gesamte Waferoberfläche relativ zur bestangepassten Ebene und bietet so einen umfassenden Überblick über die Gesamtflachheit und -verdrehung – was ihn besser geeignet macht, um die globale Form und Verzerrung des Wafers zu beurteilen.

Leitfähigkeitstyp / Dotierung:
Dieser Parameter identifiziert den Leitfähigkeitstyp des Wafers – d. h., ob Elektronen oder Löcher die primären Ladungsträger sind. In N-Typ-Wafern sind Elektronen die Mehrheitsträger, was typischerweise durch Dotierung mit fünfwertigen Elementen wie Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb) erreicht wird. In P-Typ-Wafern sind Löcher die Mehrheitsträger, die durch Dotierung mit dreiwertigen Elementen wie Bor (B), Aluminium (Al) oder Gallium (Ga) erzeugt werden. Die Wahl des Dotierstoffs und des Leitfähigkeitstyps beeinflusst das elektrische Verhalten der Endgeräte direkt.

Spezifischer Widerstand (RES):
Der spezifische Widerstand, oft abgekürzt als RES, bezieht sich auf den elektrischen Widerstand des Siliziumwafer. Die Kontrolle des spezifischen Widerstands während der Waferherstellung ist entscheidend, da er die Leistung der resultierenden Geräte direkt beeinflusst. Hersteller passen den spezifischen Widerstand des Wafers typischerweise durch die Einführung spezifischer Dotierstoffe während der Verarbeitung an. Typische Zielwerte für den spezifischen Widerstand werden in Spezifikationstabellen als Referenz angegeben.

Oberflächenpartikelanzahl (Partikel):
Partikel beziehen sich auf die Kontamination der Siliziumwafer-Oberfläche durch kleine Partikel. Diese Partikel können während der Herstellung von Restmaterialien, Prozessgasen, Staub oder Umweltquellen stammen. Die Kontamination der Oberflächenpartikel kann sich negativ auf die Geräteherstellung und -leistung auswirken, daher sind eine strenge Kontrolle und Reinigung der Waferoberflächen während der Produktion unerlässlich. Hersteller setzen typischerweise spezielle Reinigungsprozesse ein, um Oberflächenpartikel zu reduzieren und zu eliminieren, um eine hohe Waferqualität zu erhalten.

Wie wählt man den geeigneten Siliziumwafer aus?
Die Auswahl des richtigen Siliziumwafers kann durch die in der folgenden Tabelle für 6-Zoll-Wafer gezeigten Inspektionsstandards und typischen Parameter geleitet werden. Zu den wichtigsten Überlegungen gehören:

• Dickenvariation:Dickenvariationen verursachen oft Abweichungen bei Ätz- und Korrosionsprozessen, die während der Herstellung einen Ausgleich erfordern.

• Durchmesserabweichung:Durchmesserabweichungen können zu Fehlausrichtungen bei der Lithographie führen, aber die Auswirkungen werden im Allgemeinen als gering angesehen.

• Leitfähigkeitstyp und Dotierstoffe:Diese haben einen erheblichen Einfluss auf die Geräteperformance. Die Wahl des richtigen Dotierungstyps ist besonders wichtig.

• Spezifischer Widerstand:Die Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands über die Waferoberfläche muss sorgfältig berücksichtigt werden, da Ungleichmäßigkeiten die Geräteausbeute erheblich verringern können.

• Kristallorientierung:Dies beeinflusst die Nassätzprozesse stark. Wenn Nassätzen beteiligt ist, müssen Orientierungsabweichungen berücksichtigt werden.

• Durchbiegung und Verzug:Waferbiegung und -verwerfung wirken sich stark auf die Lithographiegenauigkeit aus, insbesondere bei kleinen kritischen Abmessungen (CD) beim Strukturieren.

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