ในกระบวนการพัฒนาที่เฟื่องฟูของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ คริสตัลเดี่ยวขัดเงาเวเฟอร์ซิลิคอนมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง พวกมันทำหน้าที่เป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับการผลิตอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์หลากหลายชนิด ตั้งแต่วงจรรวมที่ซับซ้อนและแม่นยำไปจนถึงไมโครโปรเซสเซอร์ความเร็วสูงและเซ็นเซอร์แบบมัลติฟังก์ชัน ผลึกเดี่ยวขัดเงาเวเฟอร์ซิลิคอนมีความสำคัญอย่างยิ่ง ความแตกต่างในด้านประสิทธิภาพและคุณสมบัติเฉพาะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ด้านล่างนี้คือคุณสมบัติเฉพาะและพารามิเตอร์ทั่วไปของเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวขัดเงา:

เส้นผ่านศูนย์กลาง: ขนาดของเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวเซมิคอนดักเตอร์วัดจากเส้นผ่านศูนย์กลาง และมีให้เลือกหลากหลายขนาด เส้นผ่านศูนย์กลางทั่วไป ได้แก่ 2 นิ้ว (50.8 มม.), 3 นิ้ว (76.2 มม.), 4 นิ้ว (100 มม.), 5 นิ้ว (125 มม.), 6 นิ้ว (150 มม.), 8 นิ้ว (200 มม.), 12 นิ้ว (300 มม.) และ 18 นิ้ว (450 มม.) เส้นผ่านศูนย์กลางที่แตกต่างกันเหมาะสำหรับความต้องการการผลิตและข้อกำหนดกระบวนการที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เวเฟอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่ามักใช้สำหรับอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กพิเศษ ในขณะที่เวเฟอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการผลิตที่สูงกว่าและความได้เปรียบด้านต้นทุนในการผลิตวงจรรวมขนาดใหญ่ ข้อกำหนดด้านพื้นผิวแบ่งออกเป็นแบบขัดเงาด้านเดียว (SSP) และแบบขัดเงาสองด้าน (DSP) เวเฟอร์ที่ขัดเงาด้านเดียวใช้สำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการความเรียบสูงด้านใดด้านหนึ่ง เช่น เซ็นเซอร์บางชนิด เวเฟอร์ขัดเงาสองด้านมักใช้กับวงจรรวมและผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ต้องการความแม่นยำสูงทั้งสองด้าน ข้อกำหนดพื้นผิว (ผิวสำเร็จ): SSP ขัดเงาด้านเดียว / DSP ขัดเงาสองด้าน

ประเภท/สารเจือปน: (1) สารกึ่งตัวนำชนิด N: เมื่ออะตอมเจือปนบางชนิดถูกใส่เข้าไปในสารกึ่งตัวนำแท้ จะทำให้สภาพการนำไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างเช่น เมื่อเติมธาตุที่มีวาเลนซ์ห้าธาตุ เช่น ไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรัส (P) สารหนู (As) หรือแอนติโมนี (Sb) อิเล็กตรอนวาเลนซ์ของอะตอมเหล่านี้จะเกิดพันธะโควาเลนต์กับอิเล็กตรอนวาเลนซ์ของอะตอมซิลิคอนโดยรอบ เหลืออิเล็กตรอนส่วนเกินหนึ่งตัวที่ไม่ได้ถูกพันธะโควาเลนต์ ส่งผลให้มีความเข้มข้นของอิเล็กตรอนมากกว่าความเข้มข้นของโฮล ก่อให้เกิดสารกึ่งตัวนำชนิด N หรือที่เรียกว่าสารกึ่งตัวนำชนิดอิเล็กตรอน สารกึ่งตัวนำชนิด N มีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตอุปกรณ์ที่ต้องใช้อิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุหลัก เช่น อุปกรณ์จ่ายกำลังไฟฟ้าบางชนิด (2) สารกึ่งตัวนำชนิด P: เมื่อนำธาตุเจือปนที่มีวาเลนซ์สามชนิด เช่น โบรอน (B), แกลเลียม (Ga) หรืออินเดียม (In) เข้าไปในสารกึ่งตัวนำซิลิคอน อิเล็กตรอนวาเลนซ์ของอะตอมเจือปนจะสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมซิลิคอนโดยรอบ แต่อิเล็กตรอนวาเลนซ์เหล่านี้ขาดอย่างน้อยหนึ่งตัว และไม่สามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ที่สมบูรณ์ได้ ทำให้เกิดความเข้มข้นของโฮลมากกว่าความเข้มข้นของอิเล็กตรอน ก่อให้เกิดสารกึ่งตัวนำชนิด P หรือที่เรียกว่าสารกึ่งตัวนำชนิดโฮล สารกึ่งตัวนำชนิด P มีบทบาทสำคัญในการผลิตอุปกรณ์ที่มีโฮลทำหน้าที่เป็นตัวพาประจุหลัก เช่น ไดโอดและทรานซิสเตอร์บางชนิด

สภาพต้านทาน: สภาพต้านทานเป็นปริมาณทางกายภาพสำคัญที่ใช้วัดสภาพนำไฟฟ้าของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวขัดเงา ค่านี้สะท้อนถึงประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าของวัสดุ ยิ่งสภาพต้านทานต่ำเท่าใด สภาพนำไฟฟ้าของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกัน ยิ่งสภาพต้านทานสูงเท่าใด สภาพนำไฟฟ้าก็จะยิ่งแย่ลงเท่านั้น สภาพต้านทานของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ และอุณหภูมิก็ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน โดยทั่วไป สภาพต้านทานของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ในการใช้งานจริง อุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์แต่ละชนิดมีข้อกำหนดด้านสภาพต้านทานที่แตกต่างกันสำหรับแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ยกตัวอย่างเช่น แผ่นเวเฟอร์ที่ใช้ในการผลิตวงจรรวมจำเป็นต้องมีการควบคุมสภาพต้านทานที่แม่นยำเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่เสถียรและเชื่อถือได้

การวางแนว: การวางแนวผลึกของเวเฟอร์แสดงถึงทิศทางผลึกของโครงตาข่ายซิลิคอน ซึ่งโดยทั่วไปจะระบุด้วยดัชนีมิลเลอร์ เช่น (100), (110), (111) เป็นต้น การวางแนวผลึกที่ต่างกันจะมีคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน เช่น ความหนาแน่นของเส้น ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามการวางแนว ความแตกต่างนี้อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของเวเฟอร์ในขั้นตอนการประมวลผลถัดไป และประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ในกระบวนการผลิต การเลือกเวเฟอร์ซิลิคอนที่มีการวางแนวที่เหมาะสมกับความต้องการของอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์ ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และเพิ่มคุณภาพของผลิตภัณฑ์

แบน/รอยบาก: ขอบแบน (แบน) หรือรอยบากรูปตัววี (รอยบาก) บนเส้นรอบวงของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนมีบทบาทสำคัญในการจัดวางแนวผลึก และเป็นตัวระบุที่สำคัญในการผลิตและแปรรูปแผ่นเวเฟอร์ แผ่นเวเฟอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันจะมีมาตรฐานความยาวของแผ่นแบนหรือรอยบากที่แตกต่างกัน ขอบสำหรับการจัดวางจะถูกแบ่งออกเป็นแผ่นแบนปฐมภูมิและแผ่นแบนทุติยภูมิ โดยแผ่นแบนปฐมภูมิส่วนใหญ่ใช้เพื่อกำหนดทิศทางผลึกพื้นฐานและการอ้างอิงการประมวลผลของแผ่นเวเฟอร์ ในขณะที่แผ่นแบนทุติยภูมิยังช่วยในการจัดวางและประมวลผลที่แม่นยำ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่แม่นยำและความสม่ำเสมอของแผ่นเวเฟอร์ตลอดสายการผลิต

ความหนา: ความหนาของแผ่นเวเฟอร์โดยทั่วไปจะระบุเป็นไมโครเมตร (μm) โดยมีช่วงความหนาทั่วไปอยู่ระหว่าง 100μm ถึง 1000μm แผ่นเวเฟอร์ที่มีความหนาต่างกันเหมาะสำหรับอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ประเภทต่างๆ แผ่นเวเฟอร์ที่บางกว่า (เช่น 100μm – 300μm) มักใช้ในการผลิตชิปที่ต้องการการควบคุมความหนาอย่างเข้มงวด ลดขนาดและน้ำหนักของชิป และเพิ่มความหนาแน่นของการรวมเข้าด้วยกัน แผ่นเวเฟอร์ที่หนากว่า (เช่น 500μm – 1000μm) มักใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องการความแข็งแรงเชิงกลสูง เช่น อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้า เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรระหว่างการใช้งาน

ความหยาบผิว: ความหยาบผิวเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์สำคัญในการประเมินคุณภาพของแผ่นเวเฟอร์ เนื่องจากส่งผลโดยตรงต่อการยึดเกาะระหว่างแผ่นเวเฟอร์และวัสดุฟิล์มบางที่สะสมในภายหลัง รวมถึงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ โดยทั่วไปจะแสดงเป็นค่าความหยาบรูทมีนสแควร์ (RMS) (หน่วยเป็นนาโนเมตร) ค่าความหยาบผิวที่ต่ำลงหมายความว่าพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์มีความเรียบมากขึ้น ซึ่งช่วยลดปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การกระเจิงของอิเล็กตรอน และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง ข้อกำหนดด้านความหยาบผิวกำลังเข้มงวดมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตวงจรรวมระดับไฮเอนด์ ซึ่งต้องควบคุมความหยาบผิวให้เหลือเพียงไม่กี่นาโนเมตรหรือต่ำกว่านั้น

ความแปรผันของความหนารวม (TTV): ความแปรผันของความหนารวมหมายถึงความแตกต่างระหว่างความหนาสูงสุดและต่ำสุดที่วัดได้ ณ จุดต่างๆ บนพื้นผิวเวเฟอร์ โดยทั่วไปจะแสดงเป็นไมโครเมตร ค่า TTV ที่สูงอาจนำไปสู่ความคลาดเคลื่อนในกระบวนการต่างๆ เช่น การพิมพ์หินด้วยแสงและการกัด ซึ่งส่งผลกระทบต่อความสม่ำเสมอและผลผลิตของอุปกรณ์ ดังนั้น การควบคุมค่า TTV ในระหว่างการผลิตเวเฟอร์จึงเป็นขั้นตอนสำคัญในการรับรองคุณภาพของผลิตภัณฑ์ สำหรับการผลิตอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูง ค่า TTV มักจะต้องอยู่ภายในไม่กี่ไมโครเมตร

ความโค้ง: ความโค้งหมายถึงความเบี่ยงเบนระหว่างพื้นผิวเวเฟอร์และระนาบแบนในอุดมคติ โดยทั่วไปวัดเป็นไมโครเมตร เวเฟอร์ที่มีความโค้งมากเกินไปอาจแตกหรือได้รับแรงเค้นไม่สม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการถัดไป ซึ่งส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการที่ต้องการความเรียบสูง เช่น การพิมพ์หินด้วยแสง (photolithography) จำเป็นต้องควบคุมความโค้งให้อยู่ในช่วงที่กำหนดเพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำและความสม่ำเสมอของรูปแบบการพิมพ์หินด้วยแสง

ความโก่งงอ: ความโก่งงอแสดงถึงความเบี่ยงเบนระหว่างพื้นผิวเวเฟอร์และรูปทรงกลมในอุดมคติ ซึ่งวัดเป็นไมโครเมตร เช่นเดียวกับความโค้งงอ ความโก่งงอเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของความเรียบของเวเฟอร์ ความโก่งงอที่มากเกินไปไม่เพียงแต่ส่งผลต่อความแม่นยำในการวางเวเฟอร์ในอุปกรณ์ประมวลผลเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิดปัญหาระหว่างกระบวนการบรรจุชิป เช่น การยึดติดที่ไม่ดีระหว่างชิปและวัสดุบรรจุภัณฑ์ ซึ่งส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ระดับสูง ข้อกำหนดเรื่องความโก่งงอกำลังเข้มงวดมากขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของกระบวนการผลิตและบรรจุชิปขั้นสูง

โปรไฟล์ขอบ: โปรไฟล์ขอบของเวเฟอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการแปรรูปและการจัดการในขั้นตอนต่อไป โดยทั่วไปแล้วจะกำหนดโดย Edge Exclusion Zone (EEZ) ซึ่งกำหนดระยะห่างจากขอบเวเฟอร์ที่ไม่อนุญาตให้มีการประมวลผล โปรไฟล์ขอบที่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมและการควบคุม EEZ ที่แม่นยำจะช่วยหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องที่ขอบ ความเข้มข้นของความเค้น และปัญหาอื่นๆ ในระหว่างการประมวลผล ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพและผลผลิตของเวเฟอร์โดยรวม ในกระบวนการผลิตขั้นสูงบางประเภท ความแม่นยำของโปรไฟล์ขอบจำเป็นต้องอยู่ในระดับต่ำกว่าไมครอน

การนับอนุภาค: จำนวนและการกระจายขนาดของอนุภาคบนพื้นผิวเวเฟอร์ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ อนุภาคที่มีขนาดใหญ่หรือมากเกินไปอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของอุปกรณ์ เช่น ไฟฟ้าลัดวงจรหรือการรั่วไหล ซึ่งทำให้ผลผลิตลดลง ดังนั้น โดยทั่วไปการนับอนุภาคจึงวัดโดยการนับอนุภาคต่อหน่วยพื้นที่ เช่น จำนวนอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.3 ไมโครเมตร การควบคุมจำนวนอนุภาคอย่างเข้มงวดในระหว่างการผลิตเวเฟอร์เป็นมาตรการสำคัญในการรับรองคุณภาพของผลิตภัณฑ์ เทคโนโลยีการทำความสะอาดขั้นสูงและสภาพแวดล้อมการผลิตที่สะอาดถูกนำมาใช้เพื่อลดการปนเปื้อนของอนุภาคบนพื้นผิวเวเฟอร์

การผลิตที่เกี่ยวข้อง

เวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว Si ประเภทซับสเตรต N/P เวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์เสริม

เวเฟอร์ FZ CZ Si ในสต็อก เวเฟอร์ซิลิคอน 12 นิ้ว Prime หรือ Test