Wafel krzemowy

Metoda Czochralskiego

2-, 4-, 6- i 8-calowy wafel

Wafel krzemowy po obróbce mikroelektronicznej

Wafel krzemowy (nazwy plaster lub podłoże są również używane) - cienki plaster monokrystalicznego krzemu, używanym do wytwarzania czipów krzemowych (mikroprocesorów, mikrokontrolerów i innych układów scalonych), ogniw słonecznych oraz innych mikrourządzeń (np. mikrosystemów).

W literaturze anglojęzycznej, używa się odpowiednio terminów "wafer" (wafel), "slice" (plaster) i "substrate" (podłoże).

Wafel jest podstawowym materiałem wyjściowym w mikroelektronice. Celem uzyskania określonego urządzenia jest poddawany obróbce w wielu procesach, między innymi domieszkowaniu, implementacji jonów i fotolitografii.

Tworzenie

Wafle są wytwarzane z wałków bardzo czystego (99,9999%), niemalże wolnego od defektów krystalicznego krzemu.

Walec krzemowy jest cięty na plasterki za pomocą diamentowego ostrza, a uzyskane płytki są polerowane. Rozmiary wafli używanych jako ogniwa fotoelektryczne to kwadraty o boku 100-200 mm i grubości 200-300 μm. W przyszłości standardem mają być wafle grubości 160 μm. W elektronice używa się wafli o średnicy 100-300 mm.

Tak uzyskany wafel może być następnie domieszkowany celem uzyskania pożądanych właściwości elektrycznych.

Czyszczenie, teksturowanie i wytrawianie

Wafle są czyszczone przy użyciu słabego kwasu w celu usunięcia zbędnych cząsteczek lub naprawienia uszkodzeń powstałych podczas przecinania. Następnie są teksturowane dla wytworzenia nierównej powierzchni aby zwiększyć efektywność ogniw słonecznych. Podczas wytrawiania jest usuwane szkło fosforo-krzemowe które tworzy się na brzegach wafli podczas procesu krystalizacji.

Charakterystyka wafli

Typowe rozmiary

Wafle krzemowe są dostępne w zakresie rozmiarów od 25,4 mm (jeden cal) do 300 mm (11,8 cala). Fabryki półprzewodników są często charakteryzowane przez rozmiary wafli, jakie są w stanie wyprodukować. Ciągłe zwiększanie rozmiarów zwiększa efektywność i redukuje koszty produkcji, obecnie jako standard przyjmuje się 300 mm (12 cali), następnym przewidywanym jest rozmiar 450 mm (18 cali). Intel, TSMC oraz Samsung oddzielnie prowadzą badania w celu uzyskania "prototypu" fabryki uzyskującej wafle 450 mm przed rokiem 2012. Dean Freeman, analityk z Gartner Inc., przewidywał, że taka fabryka powstanie w okresie między 2017 a 2019 rokiem.

Kolejno stosowane rozmiary wafli:

• 1 cal
• 2 cale (50,8 mm), grubość 275 µm.
• 3 cale (76,2 mm), grubość 375 µm.
• 4 cale (100 mm), grubość 525 µm.
• 5 cali (127 mm) lub 125 mm (4,9 cala), grubość 625 µm.
• 150 mm (5,9 cala, zwykle określany mianem "6-calowego"), grubość 675 µm.
• 200 mm (7,9 cala, zwykle określany mianem "8-calowego"), grubość 725 µm.
• 300 mm (11,8 cala, zwykle określany mianem "12-calowego" lub też "wafel pizza"), grubość 775 µm.
• 450 mm (18 cali), grubość 925 µm (oczekiwana).