Oblatne su glavna sirovina za proizvodnju integriranih kola, diskretnih poluvodičkih uređaja i energetskih uređaja. Više od 90% integriranih kola napravljeno je na visokokvalitetnim pločicama visoke čistoće.
Oprema za pripremu vafla odnosi se na proces izrade čistog polikristalnog silicijumskog materijala u silicijumske monokristalne šipke određenog prečnika i dužine, a zatim podvrgavanje silicijumskih monokristalnih štapnih materijala nizu mehaničke obrade, hemijske obrade i drugih procesa.
Oprema koja proizvodi silikonske pločice ili epitaksijalne silikonske pločice koje ispunjavaju određene zahtjeve za geometrijsku preciznost i kvalitetu površine i obezbjeđuju potrebnu silikonsku podlogu za proizvodnju čipova.
Tipičan tok procesa za pripremu silikonskih vafla prečnika manjeg od 200 mm je:
Rast pojedinačnih kristala → skraćivanje → valjanje vanjskog prečnika → rezanje → iskošenje → brušenje → jedkanje → dobivanje → poliranje → čišćenje → epitaksija → pakovanje, itd.
Glavni tok procesa za pripremu silikonskih vafla promjera 300 mm je sljedeći:
Rast jednog kristala → skraćivanje → valjanje vanjskog promjera → rezanje → iskošenje → površinsko brušenje → jedkanje → poliranje rubova → dvostrano poliranje → jednostrano poliranje → završno čišćenje → epitaksija/žarenje → pakovanje, itd.
1. Silikonski materijal
Silicijum je poluprovodnički materijal jer ima 4 valentna elektrona i nalazi se u grupi IVA periodnog sistema zajedno sa ostalim elementima.
Broj valentnih elektrona u silicijumu ga stavlja između dobrog provodnika (1 valentni elektron) i izolatora (8 valentnih elektrona).
Čisti silicij se ne nalazi u prirodi i mora se ekstrahirati i pročistiti kako bi bio dovoljno čist za proizvodnju. Obično se nalazi u silicijum dioksidu (silicijum oksid ili SiO2) i drugim silikatima.
Ostali oblici SiO2 uključuju staklo, bezbojni kristal, kvarc, ahat i mačje oko.
Prvi materijal korišćen kao poluprovodnik bio je germanijum 1940-ih i ranih 1950-ih, ali ga je brzo zamenio silicijum.
Silicijum je izabran kao glavni poluprovodnički materijal iz četiri glavna razloga:
Obilje silicijumskih materijala: Silicijum je drugi najzastupljeniji element na Zemlji, koji čini 25% Zemljine kore.
Viša tačka topljenja silicijumskog materijala omogućava širu toleranciju procesa: tačka topljenja silicijuma na 1412°C je mnogo viša od tačke topljenja germanijuma na 937°C. Viša tačka topljenja omogućava silicijumu da izdrži procese visoke temperature.
Silicijumski materijali imaju širi raspon radnih temperatura;
Prirodni rast silicijum oksida (SiO2): SiO2 je visokokvalitetan, stabilan električni izolacijski materijal i djeluje kao odlična kemijska barijera za zaštitu silicija od vanjske kontaminacije. Električna stabilnost je važna kako bi se izbjeglo curenje između susjednih vodiča u integriranim kolima. Sposobnost rasta stabilnih tankih slojeva SiO2 materijala je fundamentalna za proizvodnju poluvodičkih uređaja od metal-oksida (MOS-FET) visokih performansi. SiO2 ima slična mehanička svojstva kao i silicijum, omogućavajući visokotemperaturnu obradu bez prekomernog savijanja silicijumske pločice.
2. Priprema vafla
Poluprovodničke pločice se izrezuju od rasutog poluprovodničkog materijala. Ovaj poluvodički materijal naziva se kristalna šipka, koja se uzgaja iz velikog bloka polikristalnog i nedopiranog intrinzičnog materijala.
Transformacija polikristalnog bloka u veliki monokristal i davanje mu ispravne kristalne orijentacije i odgovarajuće količine dopinga N-tipa ili P-tipa naziva se rast kristala.
Najčešće tehnologije za proizvodnju monokristalnih silicijumskih ingota za pripremu silicijumskih pločica su metoda Čohralskog i metoda zonskog topljenja.
2.1 Czochralski metoda i Czochralski monokristalna peć
Metoda Czochralskog (CZ), poznata i kao metoda Czochralskog (CZ), odnosi se na proces pretvaranja rastopljene silicijumske tečnosti kvaliteta poluprovodnika u čvrste monokristalne silicijumske ingote sa ispravnom orijentacijom kristala i dopirane u N-tip ili P- tip.
Trenutno se više od 85% monokristalnog silicijuma uzgaja metodom Czochralskog.
Peć od monokristala Czochralskog odnosi se na procesnu opremu koja topi polisilicijumske materijale visoke čistoće u tečnost zagrijavanjem u zatvorenom visokom vakuumu ili zaštitnom okruženju rijetkih plinova (ili inertnog plina), a zatim ih prekristalizira da formira monokristalne silicijumske materijale sa određenim vanjskim dimenzije.
Princip rada monokristalne peći je fizički proces rekristalizacije polikristalnog silicijumskog materijala u monokristalni silicijumski materijal u tekućem stanju.
CZ monokristalna peć može se podijeliti na četiri dijela: tijelo peći, sistem mehaničkog prijenosa, sistem grijanja i kontrole temperature i sistem za prijenos plina.
Tijelo peći uključuje šupljinu peći, osovinu kristala za sjeme, kvarcni lončić, žlicu za doping, poklopac za sjemenje kristala i prozorčić za posmatranje.
Šupljina peći mora osigurati da je temperatura u peći ravnomjerno raspoređena i da može dobro raspršiti toplinu; osovina sjemenog kristala se koristi za pokretanje sjemenskog kristala da se kreće gore-dolje i rotira; nečistoće koje treba dopirati stavljaju se u kašiku za doping;
Poklopac sjemenog kristala štiti sjemenski kristal od kontaminacije. Mehanički prijenosni sistem se uglavnom koristi za kontrolu kretanja kristala sjemena i lonca.
Kako bi se osiguralo da rastvor silicijuma nije oksidiran, potrebno je da stepen vakuuma u peći bude veoma visok, uglavnom ispod 5 Torr, a čistoća dodatog inertnog gasa mora biti iznad 99,9999%.
Komad monokristalnog silicijuma sa željenom kristalnom orijentacijom koristi se kao sjemenski kristal za uzgoj silicijumskog ingota, a uzgojeni silicijumski ingot je kao replika zasječnog kristala.
Uslovi na granici između rastaljenog silicijuma i monokristalnog silicijumskog silicijumskog kristala moraju se precizno kontrolisati. Ovi uslovi osiguravaju da tanak sloj silicijuma može precizno replicirati strukturu kristala sjemena i na kraju prerasti u veliki monokristalni silicijumski ingot.
2.2 Metoda zonskog topljenja i jednokristalna peć za zonsko topljenje
Metoda float zone (FZ) proizvodi monokristalne silicijumske ingote sa vrlo niskim sadržajem kiseonika. Metoda float zone razvijena je 1950-ih i može proizvesti najčistiji monokristalni silicij do sada.
Jednokristalna peć za zonsko topljenje odnosi se na peć koja koristi princip zonskog topljenja za proizvodnju uske zone topljenja u polikristalnoj šipki kroz visokotemperaturnu usku zatvorenu površinu tijela polikristalne šipke u visokom vakuumu ili rijetkom plinu od kvarcne cijevi. zaštitno okruženje.
Procesna oprema koja pomiče polikristalnu šipku ili tijelo za grijanje peći kako bi pomaknula zonu topljenja i postupno je kristalizirala u jednu kristalnu šipku.
Karakteristika pripreme monokristalnih štapića metodom zonskog topljenja je da se čistoća polikristalnih štapića može poboljšati u procesu kristalizacije u monokristalne šipke, a rast dopinga štapnih materijala je ujednačeniji.
Tipovi zonskog topljenja monokristalnih peći mogu se podijeliti u dva tipa: plivajuće zonske peći za topljenje monokristala koje se oslanjaju na površinski napon i horizontalne zonske peći za topljenje monokristala. U praktičnim primjenama, peći za zonsko topljenje monokristalnih peći općenito usvajaju plutajuće zonsko topljenje.
Peć za zonsko topljenje monokristala može pripremiti monokristalni silicijum visoke čistoće sa niskim sadržajem kiseonika bez potrebe za loncem. Uglavnom se koristi za pripremu monokristalnog silicijuma visoke otpornosti (>20kΩ·cm) i prečišćavanje silicijuma topljenja zona. Ovi proizvodi se uglavnom koriste u proizvodnji diskretnih energetskih uređaja.
Zonska peć za topljenje monokristala sastoji se od komore peći, gornjeg i donjeg vratila (mehanički transmisioni dio), stezne glave kristalne šipke, stezne glave za sjeme, grijaćeg namotaja (visokofrekventni generator), priključaka za plin (vakumski priključak, ulaz plina, gornji izlaz plina) itd.
U strukturi komore peći uređena je cirkulacija rashladne vode. Donji kraj gornje osovine monokristalne peći je stezna glava od kristalne šipke, koja se koristi za stezanje polikristalne šipke; gornji kraj donje osovine je stezna glava za sjemenje, koja se koristi za stezanje sjemenog kristala.
Na zavojnicu za grijanje se dovodi visokofrekventno napajanje, a u polikristalnoj šipki se formira uska zona topljenja počevši od donjeg kraja. Istovremeno se gornja i donja osa rotiraju i spuštaju, tako da se zona topljenja kristalizira u jedan kristal.
Prednosti zonske peći za topljenje monokristala su da ne samo da može poboljšati čistoću pripremljenog monokristala, već i učiniti rast dopinga ujednačenijim, a monokristalni štap može se pročistiti kroz više procesa.
Nedostaci zonske peći za topljenje monokristala su visoki troškovi procesa i mali prečnik pripremljenog monokristala. Trenutno, maksimalni prečnik monokristala koji se može pripremiti je 200 mm.
Ukupna visina opreme za zonsko topljenje monokristalne peći je relativno velika, a hod gornje i donje ose je relativno dug, tako da se mogu uzgajati duže monokristalne šipke.
3. Obrada vafla i oprema
Kristalni štap mora proći kroz niz procesa kako bi formirao silicijumski supstrat koji ispunjava zahtjeve proizvodnje poluvodiča, odnosno wafer. Osnovni proces obrade je:
Prevrtanje, rezanje, rezanje, žarenje vafla, skošenje, brušenje, poliranje, čišćenje i pakovanje, itd.
3.1 Žarenje pločice
U procesu proizvodnje polikristalnog silicija i Czochralski silicijuma, monokristalni silicijum sadrži kiseonik. Na određenoj temperaturi, kiseonik u monokristalnom silicijumu će donirati elektrone, a kiseonik će se pretvoriti u donore kiseonika. Ovi elektroni će se kombinovati sa nečistoćama u silicijumskoj pločici i uticati na otpornost silicijumske pločice.
Peć za žarenje: odnosi se na peć koja podiže temperaturu u peći na 1000-1200°C u okruženju vodika ili argona. Održavanjem topline i hlađenjem, kisik blizu površine poliranog silikona se isparava i uklanja s njegove površine, uzrokujući taloženje kisika i slojevitost.
Procesna oprema koja rastvara mikro defekte na površini silicijumskih pločica, smanjuje količinu nečistoća u blizini površine silicijumskih vafla, smanjuje defekte i formira relativno čistu površinu na površini silicijumskih vafla.
Peć za žarenje se naziva i visokotemperaturna peć zbog svoje visoke temperature. Industrija proces žarenja silicijumske pločice takođe naziva gettering.
Peć za žarenje silikonskih pločica dijeli se na:
- Horizontalna peć za žarenje;
-Vertikalna peć za žarenje;
-Peć za brzo žarenje.
Glavna razlika između horizontalne peći za žarenje i vertikalne peći za žarenje je smjer rasporeda reakcijske komore.
Reakciona komora horizontalne peći za žarenje je horizontalno strukturirana, a serija silikonskih pločica može se istovremeno ubaciti u reakcijsku komoru peći za žarenje radi žarenja. Vrijeme žarenja je obično 20 do 30 minuta, ali je reakcionoj komori potrebno duže vrijeme zagrijavanja da bi se postigla temperatura potrebna za proces žarenja.
Proces vertikalne peći za žarenje također usvaja metodu istovremenog ubacivanja serije silikonskih pločica u reakcionu komoru peći za žarenje za obradu žarenja. Reakciona komora ima vertikalni raspored strukture, što omogućava postavljanje silikonskih pločica u kvarcni čamac u horizontalnom stanju.
U isto vrijeme, budući da se kvarcni čamac može rotirati kao cjelina u reakcionoj komori, temperatura žarenja reakcione komore je ujednačena, raspodjela temperature na silikonskoj pločici je ujednačena i ima odlične karakteristike ujednačenosti žarenja. Međutim, procesni trošak peći za vertikalno žarenje je veći nego kod horizontalne peći za žarenje.
Peć za brzo žarenje koristi halogenu volframovu lampu za direktno zagrijavanje silikonske pločice, koja može postići brzo zagrijavanje ili hlađenje u širokom rasponu od 1 do 250°C/s. Brzina zagrijavanja ili hlađenja je veća od one u tradicionalnoj peći za žarenje. Potrebno je samo nekoliko sekundi da se temperatura reakcione komore zagreje na iznad 1100°C.
—————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera može pružitigrafitnih dijelova,mekani/čvrsti filc,dijelovi od silicijum karbida, CVD dijelovi od silicijum karbida, iDijelovi obloženi SiC/TaCsa punim procesom poluprovodnika za 30 dana.
Ako ste zainteresovani za gore navedene poluprovodničke proizvode, molimo ne ustručavajte se kontaktirati nas prvi put.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Vrijeme objave: 26.08.2024