矽晶圓材料市場現況及未來發展趨勢 | 合法醫療器材資訊網
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晶圓材料簡介
1950年代初期以前,鍺是最普遍被使用的半導體材料,但因其能隙較小(僅0.66eV),使其操作溫度只能達到90℃,加上鍺的另一項缺點,是無法在表面提供一穩定的鈍性氧化層,反觀矽不僅能隙較大(1.12eV),使得操作溫度可以高達200℃,況且矽晶表面可以形成一穩定氧化層(SiO2),都讓矽在半導體的應用優於鍺,因為氧化層可以被用在基本的積體電路架構中,雖然GaAs被發現有比矽具有更高的電子移動率(electron mobility),且有直接能隙(direct bandgap),所以一度被寄與高度期待,可惜因高品質及大尺寸GaAs不易生產,因此仍無法撼動矽晶材料在半導體產業的地位。
目前半導體產業所使用的矽晶圓材料,依其製程設計和產品差異主要分為拋光晶圓(polished wafer)及磊晶晶圓(epitaxial wafer)兩種,其均由高純度電子級多晶矽經由長晶(crystal pulling)、切片(slicing)、磨邊(beveling)、磨面(lapping)、蝕刻(etching)、拋光(polishing)、清洗(cleaning)等步驟,而生成一符合電性、表面物性、雜質標準等規格的拋光晶圓,拋光晶圓如果再經由化學氣相沉積反應,成長一層不同電阻率的單晶薄膜,就成為磊晶晶圓,為因應半導體元件發展趨勢,目前還有所謂的先進矽晶圓材料,例如:熱處理晶圓(anneal wafer)、SOI (silicon-on-insulator)晶圓等,若在蝕刻之前經過不同thermal cycle(調整熱處理溫度、時間等)或摻雜N,使晶圓表面性質更佳,便是熱處理晶圓,SOI晶圓則是由矽及氧化矽作成三明治結構,適合應用作高速、高電壓或省電元件。整個矽晶圓材料的生產製造係以長晶製程為主軸,因為矽晶圓材料主要性質是由晶體生長過程所決定,後段加工製程則在於避免造成其他的污染源與缺陷。
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