Vaferele sunt principalele materii prime pentru producerea de circuite integrate, dispozitive semiconductoare discrete și dispozitive de putere. Peste 90% din circuitele integrate sunt realizate pe wafer-uri de înaltă puritate, de înaltă calitate.
Echipamentul de pregătire a plachetelor se referă la procesul de transformare a materialelor de siliciu policristalin pur în materiale de tijă de siliciu monocristalin cu un anumit diametru și lungime, apoi supunerea materialelor de tijă de siliciu monocristalin la o serie de procese mecanice, tratament chimic și alte procese.
Echipamente care fabrică plachete de siliciu sau plachete de siliciu epitaxiale care îndeplinesc anumite cerințe de precizie geometrică și calitate a suprafeței și oferă substratul de siliciu necesar pentru fabricarea cipurilor.
Fluxul tipic de proces pentru prepararea plachetelor de siliciu cu un diametru mai mic de 200 mm este:
Creșterea monocristalului → trunchierea → laminarea cu diametrul exterior → tăierea → teșirea → șlefuirea → gravarea → slefuire → lustruire → curățare → epitaxie → ambalare etc.
Fluxul principal de proces pentru prepararea plachetelor de siliciu cu un diametru de 300 mm este următorul:
Creșterea unui singur cristal → trunchiere → laminare cu diametrul exterior → tăiere → teșire → șlefuire a suprafeței → gravare → lustruire margini → lustruire pe două fețe → lustruire pe o singură față → curățare finală → epitaxie/recoace → ambalare etc.
1. Material de silicon
Siliciul este un material semiconductor deoarece are 4 electroni de valență și se află în grupa IVA a tabelului periodic împreună cu alte elemente.
Numărul de electroni de valență din siliciu îl plasează chiar între un bun conductor (1 electron de valență) și un izolator (8 electroni de valență).
Siliciul pur nu se găsește în natură și trebuie extras și purificat pentru a-l face suficient de pur pentru fabricație. Se găsește de obicei în silice (oxid de siliciu sau SiO2) și alți silicați.
Alte forme de SiO2 includ sticla, cristalul incolor, cuarțul, agat și ochi de pisică.
Primul material folosit ca semiconductor a fost germaniul în anii 1940 și începutul anilor 1950, dar a fost rapid înlocuit cu siliciu.
Siliciul a fost ales ca material semiconductor principal din patru motive principale:
Abundență de materiale siliconice: Siliciul este al doilea element cel mai abundent de pe Pământ, reprezentând 25% din scoarța terestră.
Punctul de topire mai mare al materialului siliconic permite o toleranță mai largă la proces: punctul de topire al siliciului la 1412°C este mult mai mare decât punctul de topire al germaniului la 937°C. Punctul de topire mai mare permite siliciului să reziste proceselor la temperaturi înalte.
Materialele siliconice au o gamă mai largă de temperatură de funcționare;
Creșterea naturală a oxidului de siliciu (SiO2): SiO2 este un material de izolare electrică stabil de înaltă calitate și acționează ca o barieră chimică excelentă pentru a proteja siliciul de contaminarea externă. Stabilitatea electrică este importantă pentru a evita scurgerile între conductoarele adiacente din circuitele integrate. Capacitatea de a crește straturi subțiri stabile de material SiO2 este fundamentală pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare cu oxid de metal de înaltă performanță (MOS-FET). SiO2 are proprietăți mecanice similare cu siliciul, permițând prelucrarea la temperatură ridicată fără deformarea excesivă a plachetelor de siliciu.
2.Pregătirea napolitanelor
Placile semiconductoare sunt tăiate din materiale semiconductoare în vrac. Acest material semiconductor se numește tijă de cristal, care este crescută dintr-un bloc mare de material intrinsec policristalin și nedopat.
Transformarea unui bloc policristalin într-un singur cristal mare și oferindu-i orientarea corectă a cristalului și cantitatea adecvată de dopaj de tip N sau P se numește creșterea cristalului.
Cele mai comune tehnologii de producere a lingourilor de siliciu monocristalin pentru prepararea plachetelor de siliciu sunt metoda Czochralski și metoda topirii zonelor.
2.1 Metoda Czochralski și cuptorul cu un singur cristal Czochralski
Metoda Czochralski (CZ), cunoscută și sub numele de metoda Czochralski (CZ), se referă la procesul de transformare a lichidului de siliciu topit de calitate semiconductoare în lingouri solide de siliciu monocristal, cu orientarea corectă a cristalului și dopate în tip N sau P- tip.
În prezent, mai mult de 85% din siliciul monocristal este crescut folosind metoda Czochralski.
Un cuptor cu un singur cristal Czochralski se referă la un echipament de proces care topește materiale de polisiliciu de înaltă puritate în lichid prin încălzire într-un mediu de protecție închis în vid înalt sau gaz rar (sau gaz inert), apoi le recristalizează pentru a forma materiale de siliciu monocristal cu anumite exterioare. dimensiuni.
Principiul de funcționare al cuptorului cu un singur cristal este procesul fizic de recristalizare a materialului de siliciu policristalin în material de siliciu monocristalin în stare lichidă.
Cuptorul cu un singur cristal CZ poate fi împărțit în patru părți: corp cuptor, sistem de transmisie mecanică, sistem de încălzire și control al temperaturii și sistem de transport de gaz.
Corpul cuptorului include o cavitate a cuptorului, o axă de cristal de sămânță, un creuzet de cuarț, o lingură de dopaj, un capac de cristal de sămânță și o fereastră de observare.
Cavitatea cuptorului este pentru a se asigura că temperatura din cuptor este distribuită uniform și poate disipa bine căldura; arborele de cristal de sămânță este folosit pentru a conduce cristalul de sămânță să se miște în sus și în jos și să se rotească; impuritățile care trebuie dopate se pun în lingura de dopaj;
Capacul de cristal de sămânță este pentru a proteja cristalul de sămânță de contaminare. Sistemul de transmisie mecanică este utilizat în principal pentru a controla mișcarea cristalului de sămânță și a creuzetului.
Pentru a se asigura că soluția de siliciu nu este oxidată, gradul de vid în cuptor trebuie să fie foarte mare, în general sub 5 Torr, iar puritatea gazului inert adăugat trebuie să fie peste 99,9999%.
O bucată de siliciu monocristal cu orientarea dorită a cristalului este folosită ca un cristal de sămânță pentru a crește un lingou de siliciu, iar lingoul de siliciu crescut este ca o replică a cristalului de sămânță.
Condițiile de la interfața dintre siliciul topit și cristalul de semințe de siliciu monocristal trebuie controlate cu precizie. Aceste condiții asigură că stratul subțire de siliciu poate reproduce cu exactitate structura cristalului sămânță și, în cele din urmă, poate crește într-un lingou mare de siliciu monocristal.
2.2 Metoda de topire a zonei și cuptorul cu un singur cristal de topire a zonei
Metoda zonei flotante (FZ) produce lingouri de siliciu monocristal cu un conținut foarte scăzut de oxigen. Metoda zonei de plutire a fost dezvoltată în anii 1950 și poate produce cel mai pur siliciu monocristal de până acum.
Cuptorul cu un singur cristal de topire a zonei se referă la un cuptor care utilizează principiul topirii zonei pentru a produce o zonă de topire îngustă în tija policristalină printr-o zonă închisă îngustă la temperatură înaltă a corpului cuptorului cu tije policristaline într-un vid înalt sau un gaz tub de cuarț rar. mediu de protectie.
Un echipament de proces care mișcă o tijă policristalină sau un corp de încălzire a cuptorului pentru a muta zona de topire și a o cristaliza treptat într-o tijă de cristal unic.
Caracteristica preparării tijelor monocristaline prin metoda de topire a zonei este că puritatea tijelor policristaline poate fi îmbunătățită în procesul de cristalizare în tije monocristaline, iar creșterea de dopaj a materialelor tijei este mai uniformă.
Tipurile de cuptoare cu un singur cristal de topire în zonă pot fi împărțite în două tipuri: cuptoare cu un singur cristal de topire cu zonă plutitoare care se bazează pe tensiunea superficială și cuptoare cu un singur cristal de topire cu zonă orizontală. În aplicațiile practice, cuptoarele cu un singur cristal de topire în zonă adoptă în general topirea în zonă plutitoare.
Cuptorul cu un singur cristal de topire a zonei poate prepara siliciu monocristal de înaltă puritate, cu oxigen scăzut, fără a fi nevoie de un creuzet. Este folosit în principal pentru prepararea siliciului monocristal de înaltă rezistivitate (>20kΩ·cm) și purificarea siliciului de topire a zonei. Aceste produse sunt utilizate în principal la fabricarea dispozitivelor de putere discretă.
Cuptorul cu un singur cristal de topire a zonei constă dintr-o cameră de cuptor, un arbore superior și un arbore inferior (partea de transmisie mecanică), o mandră de tijă de cristal, o mandră de cristal semințe, o bobină de încălzire (generator de înaltă frecvență), porturi de gaz (port de vid, admisie gaz, ieșire superioară a gazului), etc.
În structura camerei cuptorului este dispusă circulația apei de răcire. Capătul inferior al arborelui superior al cuptorului cu un singur cristal este o mandrină de tijă de cristal, care este utilizată pentru a prinde o tijă policristalină; capătul superior al arborelui inferior este o mandrină de cristal de sămânță, care este folosită pentru a prinde cristalul de sămânță.
O sursă de alimentare de înaltă frecvență este furnizată bobinei de încălzire și se formează o zonă de topire îngustă în tija policristalină începând de la capătul inferior. În același timp, axele superioare și inferioare se rotesc și coboară, astfel încât zona de topire este cristalizată într-un singur cristal.
Avantajele cuptorului cu un singur cristal de topire a zonei sunt că nu numai că poate îmbunătăți puritatea monocristalului preparat, ci și poate face ca creșterea de dopare a tijei să fie mai uniformă, iar tija cu un singur cristal poate fi purificată prin mai multe procese.
Dezavantajele cuptorului cu un singur cristal de topire în zonă sunt costurile ridicate ale procesului și diametrul mic al monocristalului preparat. În prezent, diametrul maxim al monocristalului care poate fi preparat este de 200 mm.
Înălțimea totală a echipamentului cuptorului cu un singur cristal de topire a zonei este relativ mare, iar cursa axelor superioare și inferioare este relativ lungă, astfel încât pot fi crescute tije monocristal mai lungi.
3. Echipamente și prelucrare a napolitanelor
Tija de cristal trebuie să treacă printr-o serie de procese pentru a forma un substrat de siliciu care să îndeplinească cerințele producției de semiconductori, și anume o placă. Procesul de bază al procesării este:
Turnarea, tăierea, felierea, recoacerea napolitanelor, teșirea, șlefuirea, lustruirea, curățarea și ambalarea etc.
3.1 Recoacerea napolitanelor
În procesul de fabricare a siliciului policristalin și a siliciului Czochralski, siliciul monocristalin conține oxigen. La o anumită temperatură, oxigenul din siliciul monocristal va dona electroni, iar oxigenul va fi transformat în donatori de oxigen. Acești electroni se vor combina cu impuritățile din placa de siliciu și vor afecta rezistivitatea plachetei de siliciu.
Cuptor de recoacere: se referă la un cuptor care ridică temperatura în cuptor la 1000-1200°C într-un mediu cu hidrogen sau argon. Prin menținerea caldă și răcită, oxigenul de lângă suprafața plachetei de siliciu lustruit este volatilizat și îndepărtat de pe suprafața sa, determinând precipitarea și stratificarea oxigenului.
Echipamente de proces care dizolvă microdefecte de pe suprafața plachetelor de siliciu, reduce cantitatea de impurități de lângă suprafața plachetelor de siliciu, reduce defectele și formează o zonă relativ curată pe suprafața plachetelor de siliciu.
Cuptorul de recoacere mai este numit și cuptor cu temperatură înaltă datorită temperaturii sale ridicate. Industria numește, de asemenea, procesul de recoacere a plachetelor de siliciu gettering.
Cuptorul de recoacere cu napolitană de siliciu este împărțit în:
-cuptor de recoacere orizontal;
-cuptor de recoacere vertical;
- Cuptor de recoacere rapidă.
Principala diferență dintre un cuptor de recoacere orizontal și un cuptor de recoacere vertical este direcția de amplasare a camerei de reacție.
Camera de reacție a cuptorului de recoacere orizontal este structurată orizontal și un lot de plachete de siliciu poate fi încărcat în camera de reacție a cuptorului de recoacere în același timp. Timpul de recoacere este de obicei de 20 până la 30 de minute, dar camera de reacție are nevoie de un timp de încălzire mai lung pentru a atinge temperatura cerută de procesul de recoacere.
Procesul cuptorului de recoacere vertical adoptă, de asemenea, metoda de încărcare simultană a unui lot de plachete de siliciu în camera de reacție a cuptorului de recoacere pentru tratamentul de recoacere. Camera de reacție are o structură verticală, care permite plasarea plăcilor de siliciu într-o barcă de cuarț în stare orizontală.
În același timp, deoarece barca de cuarț se poate roti în întregime în camera de reacție, temperatura de recoacere a camerei de reacție este uniformă, distribuția temperaturii pe placheta de siliciu este uniformă și are caracteristici excelente de uniformitate de recoacere. Cu toate acestea, costul procesului al cuptorului de recoacere vertical este mai mare decât al cuptorului de recoacere orizontal.
Cuptorul de recoacere rapidă folosește o lampă cu halogen de tungsten pentru a încălzi direct placa de siliciu, care poate realiza încălzirea sau răcirea rapidă într-un interval larg de la 1 la 250°C/s. Viteza de încălzire sau răcire este mai rapidă decât cea a unui cuptor de recoacere tradițional. Este nevoie de doar câteva secunde pentru a încălzi temperatura camerei de reacție la peste 1100°C.
———————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera poate oferipiese din grafit,pâslă moale/rigidă,piese din carbură de siliciu, Piese din carbură de siliciu CVD, șiPiese acoperite cu SiC/TaCcu proces complet de semiconductor în 30 de zile.
Dacă sunteți interesat de produsele semiconductoare de mai sus, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați prima dată.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Ora postării: 26-aug-2024