Desky jsou hlavními surovinami pro výrobu integrovaných obvodů, diskrétních polovodičových součástek a výkonových zařízení. Více než 90 % integrovaných obvodů je vyrobeno na vysoce čistých, vysoce kvalitních waferech.
Zařízení pro přípravu plátků se týká procesu výroby čistých polykrystalických křemíkových materiálů na křemíkové monokrystalické tyčové materiály o určitém průměru a délce a poté podrobení křemíkových monokrystalických tyčových materiálů řadě mechanického zpracování, chemického zpracování a dalších procesů.
Zařízení, které vyrábí křemíkové wafery nebo epitaxní křemíkové wafery, které splňují určité požadavky na geometrickou přesnost a kvalitu povrchu a poskytují požadovaný křemíkový substrát pro výrobu čipů.
Typický postup pro přípravu křemíkových plátků o průměru menším než 200 mm je:
Růst monokrystalu → zkracování → válcování vnějšího průměru → krájení → srážení hran → broušení → leptání → getrování → leštění → čištění → epitaxe → balení atd.
Hlavní proces přípravy křemíkových plátků o průměru 300 mm je následující:
Růst monokrystalů → zkracování → válcování vnějšího průměru → krájení → srážení hran → broušení povrchu → leptání → leštění hran → oboustranné leštění → jednostranné leštění → finální čištění → epitaxe/žíhání → balení atd.
1.Silikonový materiál
Křemík je polovodičový materiál, protože má 4 valenční elektrony a je ve skupině IVA periodické tabulky spolu s dalšími prvky.
Počet valenčních elektronů v křemíku jej řadí přímo mezi dobrý vodič (1 valenční elektron) a izolant (8 valenčních elektronů).
Čistý křemík se v přírodě nenachází a musí být extrahován a čištěn, aby byl dostatečně čistý pro výrobu. Obvykle se vyskytuje v oxidu křemičitém (oxid křemíku nebo SiO2) a dalších silikátech.
Mezi další formy SiO2 patří sklo, bezbarvý krystal, křemen, achát a kočičí oko.
Prvním materiálem používaným jako polovodič bylo germanium ve 40. a počátkem 50. let 20. století, ale rychle ho nahradil křemík.
Křemík byl vybrán jako hlavní polovodičový materiál ze čtyř hlavních důvodů:
Hojnost křemíkových materiálů: Křemík je druhý nejrozšířenější prvek na Zemi, tvoří 25 % zemské kůry.
Vyšší bod tání křemíkového materiálu umožňuje širší toleranci procesu: bod tání křemíku při 1412 °C je mnohem vyšší než bod tání germania při 937 °C. Vyšší bod tání umožňuje křemíku odolávat vysokoteplotním procesům.
Silikonové materiály mají širší rozsah provozních teplot;
Přirozený růst oxidu křemičitého (SiO2): SiO2 je vysoce kvalitní, stabilní elektroizolační materiál a působí jako vynikající chemická bariéra pro ochranu křemíku před vnější kontaminací. Elektrická stabilita je důležitá, aby se zabránilo svodům mezi sousedními vodiči v integrovaných obvodech. Schopnost vytvářet stabilní tenké vrstvy materiálu SiO2 je zásadní pro výrobu vysoce výkonných polovodičových součástek z oxidu kovu (MOS-FET). SiO2 má podobné mechanické vlastnosti jako křemík, což umožňuje vysokoteplotní zpracování bez nadměrného deformování křemíkového plátku.
2.Příprava oplatky
Polovodičové destičky jsou řezány z objemových polovodičových materiálů. Tento polovodičový materiál se nazývá krystalová tyč, která je vypěstována z velkého bloku polykrystalického a nedopovaného vnitřního materiálu.
Transformace polykrystalického bloku na velký monokrystal a poskytnutí správné orientace krystalu a příslušného množství dopingu typu N nebo P se nazývá růst krystalů.
Nejběžnější technologie výroby monokrystalických křemíkových ingotů pro přípravu křemíkových plátků jsou Czochralského metoda a metoda zónového tavení.
2.1 Czochralského metoda a Czochralského monokrystalická pec
Czochralského (CZ) metoda, známá také jako Czochralského (CZ) metoda, se týká procesu přeměny roztavené křemíkové kapaliny polovodičové kvality na pevné monokrystalické křemíkové ingoty se správnou krystalovou orientací a dopované na N-typ nebo P- typ.
V současné době se více než 85 % monokrystalického křemíku pěstuje Czochralského metodou.
Czochralského monokrystalická pec se týká procesního zařízení, které taví vysoce čisté polysilikonové materiály na kapalinu zahříváním v uzavřeném vysokém vakuu nebo ochranném prostředí vzácných plynů (nebo inertních plynů) a poté je rekrystalizuje za vzniku monokrystalických křemíkových materiálů s určitými vnějšími rozměry.
Princip činnosti monokrystalické pece je fyzikální proces rekrystalizace polykrystalického křemíkového materiálu na monokrystalický křemíkový materiál v kapalném stavu.
Monokrystalovou pec CZ lze rozdělit do čtyř částí: těleso pece, systém mechanického přenosu, systém řízení vytápění a teploty a systém přenosu plynu.
Těleso pece obsahuje dutinu pece, osu zárodečného krystalu, křemenný kelímek, dopovací lžičku, kryt zárodečného krystalu a pozorovací okénko.
Dutina pece má zajistit, aby teplota v peci byla rovnoměrně rozložena a mohla dobře odvádět teplo; hřídel zárodečného krystalu se používá k pohonu zárodečného krystalu, aby se pohyboval nahoru a dolů a otáčel; nečistoty, které je třeba dopovat, se umístí do dopingové lžíce;
Kryt zárodečného krystalu má chránit zárodečný krystal před kontaminací. Mechanický převodový systém se používá hlavně k ovládání pohybu zárodečného krystalu a kelímku.
Aby se zajistilo, že křemíkový roztok nebude oxidován, je požadováno, aby stupeň vakua v peci byl velmi vysoký, obecně pod 5 Torr, a čistota přidaného inertního plynu musí být vyšší než 99,9999 %.
Kousek monokrystalického křemíku s požadovanou krystalovou orientací se používá jako zárodečný krystal pro pěstování křemíkového ingotu a narostlý křemíkový ingot je jako replika zárodečného krystalu.
Podmínky na rozhraní mezi roztaveným křemíkem a očkovacím krystalem monokrystalu křemíku musí být přesně řízeny. Tyto podmínky zajišťují, že tenká vrstva křemíku může přesně replikovat strukturu zárodečného krystalu a nakonec vyrůst ve velký monokrystalický křemíkový ingot.
2.2 Způsob zónového tavení a jednokrystalová pec zónového tavení
Metodou float zone (FZ) se vyrábí monokrystalické křemíkové ingoty s velmi nízkým obsahem kyslíku. Metoda float zone byla vyvinuta v 50. letech 20. století a může produkovat dosud nejčistší monokrystalický křemík.
Jednokrystalová pec pro zónové tavení se týká pece, která využívá principu zónového tavení k vytvoření úzké zóny tavení v polykrystalické tyči prostřednictvím vysokoteplotní úzké uzavřené oblasti těla polykrystalické tyčové pece ve vysokém vakuu nebo ve vzácném křemenném trubkovém plynu. ochrana prostředí.
Procesní zařízení, které pohybuje polykrystalickou tyčí nebo topným tělesem pece za účelem pohybu tavicí zóny a její postupné krystalizace do jediné krystalové tyče.
Charakteristikou přípravy monokrystalických tyčinek metodou zónového tavení je to, že čistotu polykrystalických tyčinek lze zlepšit v procesu krystalizace na tyčinky monokrystalu a růst dotování tyčinek je rovnoměrnější.
Typy zónových tavicích monokrystalických pecí lze rozdělit do dvou typů: plovoucí zónové tavicí monokrystalové pece, které jsou závislé na povrchovém napětí a horizontální zónové tavicí monokrystalové pece. V praktických aplikacích pece pro zónové tavení monokrystalů obecně využívají tavení v plovoucí zóně.
Zónová tavicí monokrystalická pec může připravit vysoce čistý monokrystalický křemík s nízkým obsahem kyslíku bez potřeby kelímku. Používá se hlavně k přípravě monokrystalického křemíku s vysokým odporem (>20 kΩ·cm) a čištění křemíku pro zónové tavení. Tyto produkty se používají hlavně při výrobě diskrétních energetických zařízení.
Zónová tavicí monokrystalová pec se skládá z pece, horní šachty a spodní šachty (část mechanického převodu), sklíčidla krystalové tyče, sklíčidla očkovacích krystalů, topné spirály (vysokofrekvenční generátor), plynových portů (vakuový port, přívod plynu, horní výstup plynu) atd.
V konstrukci komory pece je uspořádána cirkulace chladicí vody. Spodní konec horní šachty monokrystalické pece je sklíčidlo krystalové tyče, které se používá k upnutí polykrystalické tyče; horní konec spodní násady je sklíčidlo zárodečného krystalu, které se používá k upnutí zárodečného krystalu.
Do topné spirály je přiváděn vysokofrekvenční zdroj energie a v polykrystalické tyči se vytváří úzká tavná zóna počínaje spodním koncem. Současně se horní a dolní osa otáčí a klesá, takže zóna tání je krystalizována do monokrystalu.
Výhody zónové tavicí monokrystalové pece jsou v tom, že může nejen zlepšit čistotu připraveného monokrystalu, ale také učinit růst dopování tyče jednotnějším a monokrystalickou tyč lze čistit pomocí více procesů.
Nevýhody zónové tavicí monokrystalové pece jsou vysoké procesní náklady a malý průměr připravovaného monokrystalu. V současné době je maximální průměr monokrystalu, který lze připravit, 200 mm.
Celková výška zařízení pece pro zónové tavení monokrystalu je relativně vysoká a zdvih horní a spodní osy je relativně dlouhý, takže lze pěstovat delší monokrystalické tyče.
3. Zpracování plátků a zařízení
Krystalová tyč musí projít řadou procesů, aby vytvořila křemíkový substrát, který splňuje požadavky na výrobu polovodičů, jmenovitě wafer. Základní proces zpracování je:
Omílání, řezání, krájení, žíhání plátků, srážení hran, broušení, leštění, čištění a balení atd.
3.1 Žíhání plátků
V procesu výroby polykrystalického křemíku a Czochralského křemíku obsahuje monokrystalický křemík kyslík. Při určité teplotě bude kyslík v monokrystalovém křemíku darovat elektrony a kyslík se přemění na donory kyslíku. Tyto elektrony se spojí s nečistotami v křemíkovém plátku a ovlivní měrný odpor křemíkového plátku.
Žíhací pec: označuje pec, která zvyšuje teplotu v peci na 1000-1200°C v prostředí vodíku nebo argonu. Udržováním tepla a chlazením se kyslík v blízkosti povrchu leštěného křemíkového plátku odpařuje a odstraňuje z jeho povrchu, což způsobuje vysrážení a vrstvení kyslíku.
Procesní zařízení, které rozpouští mikrodefekty na povrchu křemíkových plátků, snižuje množství nečistot v blízkosti povrchu křemíkových plátků, snižuje defekty a vytváří relativně čistou oblast na povrchu křemíkových plátků.
Žíhací pec se také nazývá vysokoteplotní pec kvůli její vysoké teplotě. Průmysl také nazývá proces žíhání křemíkových plátků gettering.
Pec pro žíhání křemíkových plátků se dělí na:
-Horizontální žíhací pec;
-Vertikální žíhací pec;
-Pec pro rychlé žíhání.
Hlavním rozdílem mezi horizontální žíhací pecí a vertikální žíhací pecí je směr uspořádání reakční komory.
Reakční komora horizontální žíhací pece je horizontálně strukturována a do reakční komory žíhací pece lze současně vkládat dávku křemíkových plátků pro žíhání. Doba žíhání je obvykle 20 až 30 minut, ale reakční komora potřebuje delší dobu ohřevu, aby dosáhla teploty požadované pro proces žíhání.
Proces vertikální žíhací pece také využívá metodu současného zavádění dávky křemíkových plátků do reakční komory žíhací pece pro zpracování žíháním. Reakční komora má vertikální uspořádání struktury, což umožňuje umístění křemíkových plátků do křemenného člunu v horizontálním stavu.
Současně, protože křemenný člun se může v reakční komoře otáčet jako celek, je teplota žíhání v reakční komoře rovnoměrná, rozložení teploty na křemíkové destičce je rovnoměrné a má vynikající charakteristiky rovnoměrnosti žíhání. Náklady na proces vertikální žíhací pece jsou však vyšší než náklady horizontální žíhací pece.
Rychlá žíhací pec využívá halogenovou wolframovou lampu k přímému ohřevu křemíkového plátku, čímž lze dosáhnout rychlého ohřevu nebo ochlazení v širokém rozsahu 1 až 250 °C/s. Rychlost ohřevu nebo chlazení je rychlejší než u tradiční žíhací pece. Zahřátí reakční komory na teplotu nad 1100 °C trvá jen několik sekund.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera může poskytnoutgrafitové díly,měkká/tuhá plsť,díly z karbidu křemíku, CVD díly z karbidu křemíkuaČásti potažené SiC/TaCs úplným polovodičovým procesem za 30 dní.
Máte-li zájem o výše uvedené polovodičové produkty, prosím, neváhejte nás kontaktovat poprvé.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Čas odeslání: 26. srpna 2024