Vaferi su glavne sirovine za proizvodnju integriranih sklopova, diskretnih poluvodičkih elemenata i energetskih uređaja. Više od 90% integriranih sklopova izrađeno je na visokokvalitetnim pločicama visoke čistoće.
Oprema za pripremu pločica odnosi se na proces izrade čistih polikristalnih silicijevih materijala u materijale silicijeve monokristalne šipke određenog promjera i duljine, a zatim podvrgavanje materijala silicijeve monokristalne šipke nizu mehaničkih obrada, kemijskih obrada i drugih procesa.
Oprema koja proizvodi silicijske pločice ili epitaksijalne silicijske pločice koje zadovoljavaju određene zahtjeve geometrijske točnosti i kvalitete površine i osiguravaju potrebnu silicijsku podlogu za proizvodnju čipova.
Tipični tijek procesa za pripremu silicijskih pločica promjera manjeg od 200 mm je:
Rast monokristala → skraćivanje → valjanje vanjskog promjera → rezanje → skošenje → brušenje → jetkanje → dobivanje → poliranje → čišćenje → epitaksija → pakiranje, itd.
Glavni tijek procesa za pripremu silicijskih pločica promjera 300 mm je sljedeći:
Rast monokristala → skraćivanje → valjanje vanjskog promjera → rezanje → skošenje → površinsko brušenje → jetkanje → poliranje rubova → dvostrano poliranje → jednostrano poliranje → završno čišćenje → epitaksija/žarenje → pakiranje, itd.
1.Silicijski materijal
Silicij je poluvodički materijal jer ima 4 valentna elektrona i nalazi se u skupini IVA periodnog sustava zajedno s drugim elementima.
Broj valentnih elektrona u siliciju ga smješta točno između dobrog vodiča (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 siliciju (silicijev oksid ili SiO2) i drugim silikatima.
Ostali oblici SiO2 uključuju staklo, bezbojni kristal, kvarc, ahat i mačje oko.
Prvi materijal korišten kao poluvodič bio je germanij 1940-ih i ranih 1950-ih, ali ga je brzo zamijenio silicij.
Silicij je odabran kao glavni poluvodički materijal iz četiri glavna razloga:
Obilje silikonskih materijala: Silicij je drugi najzastupljeniji element na Zemlji i čini 25% Zemljine kore.
Viša točka taljenja silikonskog materijala omogućuje veću toleranciju procesa: talište silicija na 1412°C mnogo je više od tališta germanija na 937°C. Viša točka taljenja omogućuje siliciju da izdrži procese na visokim temperaturama.
Silikonski materijali imaju širi raspon radnih temperatura;
Prirodni rast silicijeva oksida (SiO2): SiO2 je visokokvalitetan, stabilan električni izolacijski materijal i djeluje kao izvrsna kemijska barijera za zaštitu silicija od vanjske kontaminacije. Električna stabilnost je važna kako bi se izbjeglo curenje između susjednih vodiča u integriranim krugovima. Sposobnost uzgoja stabilnih tankih slojeva SiO2 materijala temeljna je za proizvodnju metal-oksidnih poluvodičkih (MOS-FET) uređaja visokih performansi. SiO2 ima slična mehanička svojstva kao i silicij, što omogućuje obradu na visokim temperaturama bez pretjeranog savijanja silicijskih ploča.
2.Priprema oblatni
Poluvodičke pločice izrezane su od masovnih poluvodičkih 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 ispravne kristalne orijentacije i odgovarajuće količine dopinga N-tipa ili P-tipa naziva se rast kristala.
Najčešće tehnologije za proizvodnju ingota monokristala silicija za pripremu silicijskih pločica su Czochralski metoda i metoda zonskog taljenja.
2.1 Czochralski metoda i Czochralski monokristalna peć
Metoda Czochralski (CZ), također poznata kao metoda Czochralski (CZ), odnosi se na proces pretvaranja rastaljenog poluvodičkog tekućeg silicija u ingote čvrstog monokristala silicija s ispravnom orijentacijom kristala i dopirane u N-tip ili P- tip.
Trenutno se više od 85% monokristala silicija uzgaja metodom Czochralski.
Czochralski monokristalna peć odnosi se na procesnu opremu koja topi polisilikonske materijale visoke čistoće u tekućinu zagrijavanjem u zatvorenom visokom vakuumu ili zaštitnom okruženju rijetkog plina (ili inertnog plina), a zatim ih rekristalizira kako bi se formirali monokristalni silicijski materijali s određenim vanjskim dimenzije.
Princip rada monokristalne peći je fizički proces rekristalizacije polikristalnog silikonskog materijala u monokristalni silicijski materijal u tekućem stanju.
CZ monokristalna peć može se podijeliti u četiri dijela: tijelo peći, mehanički prijenosni sustav, sustav grijanja i kontrole temperature te sustav prijenosa plina.
Tijelo peći uključuje šupljinu peći, os zametnog kristala, kvarcni lončić, žlicu za dopiranje, poklopac za zametni kristal i prozor za promatranje.
Šupljina peći treba osigurati da je temperatura u peći ravnomjerno raspoređena i može dobro odvoditi toplinu; osovina klica kristala se koristi za pogon klice kristala da se kreće gore i dolje i rotira; nečistoće koje je potrebno dopirati stavljaju se u žlicu za dopiranje;
Poklopac kristalnog klica služi za zaštitu kličnog kristala od kontaminacije. Sustav mehaničkog prijenosa uglavnom se koristi za kontrolu kretanja kristala klica i lončića.
Kako bi se osiguralo da otopina silicija ne oksidira, stupanj vakuuma u peći mora biti vrlo visok, općenito ispod 5 Torr, a čistoća dodanog inertnog plina mora biti iznad 99,9999%.
Komad monokristalnog silicija sa željenom orijentacijom kristala koristi se kao klica kristala za uzgoj silicijskog ingota, a uzgojeni silicij ingot je kao replika klica kristala.
Uvjeti na granici između rastaljenog silicija i monokristalne silicijeve klice moraju se precizno kontrolirati. Ovi uvjeti osiguravaju da tanki sloj silicija može točno replicirati strukturu klice kristala i na kraju prerasti u veliki pojedinačni kristal silicija.
2.2 Metoda zonskog taljenja i peć za zonsko taljenje monokristala
Metoda plutajuće zone (FZ) proizvodi ingote monokristala silicija s vrlo niskim sadržajem kisika. Metoda float zone razvijena je 1950-ih i može proizvesti najčišći monokristalni silicij do danas.
Peć za zonsko taljenje monokristala odnosi se na peć koja koristi načelo zonskog taljenja za proizvodnju uske zone taljenja u polikristalnoj šipci kroz visokotemperaturno usko zatvoreno područje tijela polikristalne šipačke peći u visokom vakuumu ili plinu od rijetke kvarcne cijevi zaštita okoliša.
Procesna oprema koja pomiče polikristalnu šipku ili grijaće tijelo peći kako bi pomaknula zonu taljenja i postupno kristalizirala u jednu kristalnu šipku.
Karakteristika pripreme monokristalnih šipki metodom zonskog taljenja je da se čistoća polikristalnih šipki može poboljšati u procesu kristalizacije u monokristalne šipke, a dopiranje materijala šipki je ujednačenije.
Vrste zonskih peći za taljenje monokristala mogu se podijeliti u dvije vrste: peći za taljenje monokristala s plutajućom zonom koje se oslanjaju na površinsku napetost i peći za taljenje monokristala u horizontalnoj zoni. U praktičnim primjenama, peći za zonsko taljenje monokristala općenito prihvaćaju taljenje u plutajućoj zoni.
Peć za zonsko taljenje monokristala može pripremiti monokristalni silicij visoke čistoće s niskim sadržajem kisika bez potrebe za lončićem. Uglavnom se koristi za pripremu monokristalnog silicija visokog otpora (>20kΩ·cm) i pročišćavanje silicija za zonsko taljenje. Ovi se proizvodi uglavnom koriste u proizvodnji uređaja s diskretnim napajanjem.
Peć za zonsko taljenje monokristala sastoji se od komore peći, gornje osovine i donje osovine (dio mehaničkog prijenosa), stezne glave kristalne šipke, stezne glave klipnog kristala, grijaće zavojnice (generator visoke frekvencije), plinskih priključaka (vakuumski 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 za kristalnu šipku, koja se koristi za stezanje polikristalne šipke; gornji kraj donje osovine je stezna glava kristala, koja se koristi za stezanje kristala klice.
Visokofrekventno napajanje dovodi se do grijaće zavojnice, a u polikristalnoj šipki formira se uska zona taljenja počevši od donjeg kraja. Istodobno se gornja i donja os okreću i spuštaju, tako da se zona taljenja kristalizira u jedan kristal.
Prednosti zonske peći za taljenje monokristala su u tome što ne samo da može poboljšati čistoću pripremljenog monokristala, već također učiniti rast dopinga šipke ujednačenijim, a šipka monokristala može se pročistiti kroz više procesa.
Nedostaci peći za zonsko taljenje monokristala su visoki troškovi procesa i mali promjer pripremljenog monokristala. Trenutno je najveći promjer monokristala koji se može pripremiti 200 mm.
Ukupna visina opreme peći za zonsko taljenje monokristala je relativno visoka, a hod gornje i donje osi je relativno dugačak, tako da se mogu uzgajati duže monokristalne šipke.
3. Obrada i oprema za oblatne
Kristalna šipka treba proći kroz niz procesa kako bi se formirala silicijska podloga koja zadovoljava zahtjeve proizvodnje poluvodiča, naime pločica. Osnovni proces obrade je:
Tumbanje, rezanje, rezanje, žarenje pločica, skošenje, brušenje, poliranje, čišćenje i pakiranje itd.
3.1 Žarenje pločica
U procesu proizvodnje polikristalnog silicija i Czochralski silicija, monokristalni silicij sadrži kisik. Na određenoj temperaturi, kisik u monokristalnom siliciju će donirati elektrone, a kisik će se pretvoriti u donore kisika. Ti će se elektroni spojiti s nečistoćama u silicijskoj pločici i utjecati na otpornost silicijske 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 silicijskog vafla isparava i uklanja se s površine, uzrokujući taloženje i sloj kisika.
Procesna oprema koja otapa mikro defekte na površini silicijskih pločica, smanjuje količinu nečistoća u blizini površine silicijskih pločica, smanjuje nedostatke i stvara relativno čisto područje na površini silicijskih pločica.
Peć za žarenje naziva se i visokotemperaturna peć zbog svoje visoke temperature. Industrija također naziva proces žarenja silikonskih pločica 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.
Reakcijska komora horizontalne peći za žarenje je vodoravno strukturirana, a šarža silicijskih pločica može se u isto vrijeme staviti u reakcijsku komoru peći za žarenje radi žarenja. Vrijeme žarenja je obično 20 do 30 minuta, ali reakcijskoj komori treba dulje vrijeme zagrijavanja kako bi se postigla temperatura potrebna za proces žarenja.
Proces vertikalne peći za žarenje također usvaja metodu istovremenog ubacivanja šarže silicijskih pločica u reakcijsku komoru peći za žarenje radi tretmana žarenjem. Reakcijska komora ima okomiti raspored strukture, što omogućuje da se silikonske pločice stave u kvarcni čamac u vodoravnom stanju.
U isto vrijeme, budući da se kvarcni čamac može okretati kao cjelina u reakcijskoj komori, temperatura žarenja reakcijske komore je ujednačena, raspodjela temperature na silicijskoj pločici je ujednačena i ima izvrsne karakteristike ujednačenosti žarenja. Međutim, trošak procesa vertikalne peći za žarenje veći je od troška horizontalne peći za žarenje.
Peć za brzo žarenje koristi halogenu volframovu žarulju za izravno zagrijavanje silicijske pločice, čime se može postići brzo zagrijavanje ili hlađenje u širokom rasponu od 1 do 250°C/s. Brzina zagrijavanja ili hlađenja brža je od one u tradicionalnoj peći za žarenje. Potrebno je samo nekoliko sekundi da se temperatura reakcijske komore zagrije na iznad 1100°C.
———————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera može pružitigrafitnih dijelova,mekani/kruti filc,dijelovi od silicij karbida, CVD dijelovi od silicij karbida, iDijelovi presvučeni SiC/TaCs potpunim poluvodičkim procesom za 30 dana.
Ako ste zainteresirani za gore navedene poluvodičke proizvode, nemojte se ustručavati kontaktirati nas prvi put.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Vrijeme objave: 26. kolovoza 2024