Vafeles ir galvenie izejmateriāli integrālo shēmu, diskrētu pusvadītāju ierīču un barošanas ierīču ražošanai. Vairāk nekā 90% integrālo shēmu ir izgatavotas uz augstas tīrības, augstas kvalitātes plāksnēm.
Vafeļu sagatavošanas aprīkojums attiecas uz procesu, kurā tīri polikristāliskā silīcija materiāli tiek izgatavoti par silīcija monokristālu stieņu materiāliem ar noteiktu diametru un garumu, un pēc tam silīcija monokristāla stieņu materiāli tiek pakļauti virknei mehāniskās apstrādes, ķīmiskās apstrādes un citu procesu.
Iekārtas, kas ražo silīcija vafeles vai epitaksiālās silīcija plāksnes, kas atbilst noteiktām ģeometriskās precizitātes un virsmas kvalitātes prasībām un nodrošina nepieciešamo silīcija substrātu mikroshēmu ražošanai.
Tipiskā procesa plūsma silīcija vafeļu, kuru diametrs ir mazāks par 200 mm, sagatavošanai ir:
Viena kristāla augšana → apcirpšana → ārējā diametra velmēšana → sagriešana → slīpēšana → slīpēšana → kodināšana → getterēšana → pulēšana → tīrīšana → epitaksija → iepakošana utt.
Galvenā procesa plūsma silīcija vafeļu ar diametru 300 mm sagatavošanai ir šāda:
Viena kristāla augšana → saīsināšana → ārējā diametra velmēšana → sagriešana → slīpēšana → virsmas slīpēšana → kodināšana → malu pulēšana → abpusēja pulēšana → vienpusēja pulēšana → galīgā tīrīšana → epitaksija/atkausēšana → iepakošana utt.
1.Silīcija materiāls
Silīcijs ir pusvadītāju materiāls, jo tam ir 4 valences elektroni un tas kopā ar citiem elementiem atrodas periodiskās tabulas IVA grupā.
Valences elektronu skaits silīcijā novieto to tieši starp labu vadītāju (1 valences elektrons) un izolatoru (8 valences elektroni).
Tīrs silīcijs dabā nav atrodams, un tas ir jāizņem un jāattīra, lai tas būtu pietiekami tīrs ražošanai. Parasti tas ir atrodams silīcija dioksīdā (silīcija oksīds vai SiO2) un citos silikātos.
Citas SiO2 formas ir stikls, bezkrāsains kristāls, kvarcs, ahāts un kaķa acs.
Pirmais materiāls, ko izmantoja kā pusvadītāju, bija germānija 1940. gados un 1950. gadu sākumā, taču to ātri nomainīja silīcijs.
Silīcijs tika izvēlēts kā galvenais pusvadītāju materiāls četru galveno iemeslu dēļ:
Silīcija materiālu pārpilnība: Silīcijs ir otrais visbiežāk sastopamais elements uz Zemes, kas veido 25% no Zemes garozas.
Silīcija materiāla augstāka kušanas temperatūra nodrošina plašāku procesa toleranci: silīcija kušanas temperatūra 1412 ° C temperatūrā ir daudz augstāka nekā germānija kušanas temperatūra 937 ° C temperatūrā. Augstāks kušanas punkts ļauj silīcijam izturēt augstas temperatūras procesus.
Silīcija materiāliem ir plašāks darba temperatūras diapazons;
Silīcija oksīda (SiO2) dabiskā augšana: SiO2 ir augstas kvalitātes, stabils elektroizolācijas materiāls un darbojas kā lieliska ķīmiska barjera, lai aizsargātu silīciju no ārējā piesārņojuma. Elektriskā stabilitāte ir svarīga, lai izvairītos no noplūdes starp blakus esošajiem vadītājiem integrālajās shēmās. Spēja audzēt stabilus plānus SiO2 materiāla slāņus ir būtiska augstas veiktspējas metāla oksīda pusvadītāju (MOS-FET) ierīču ražošanā. SiO2 ir līdzīgas mehāniskās īpašības kā silīcijam, kas ļauj apstrādāt augstas temperatūras bez pārmērīgas silīcija plāksnītes deformācijas.
2.Vafeļu sagatavošana
Pusvadītāju vafeles tiek izgrieztas no lielapjoma pusvadītāju materiāliem. Šo pusvadītāju materiālu sauc par kristāla stieni, kas ir audzēts no liela polikristāliska un neleģēta iekšējā materiāla bloka.
Polikristāliska bloka pārveidošanu par lielu monokristālu un pareizas kristāla orientācijas piešķiršanu un atbilstošu N tipa vai P tipa dopinga daudzumu sauc par kristāla augšanu.
Visizplatītākās tehnoloģijas monokristāla silīcija lietņu ražošanai silīcija vafeļu sagatavošanai ir Czochralski metode un zonas kausēšanas metode.
2.1. Czochralski metode un Czochralski monokristāla krāsns
Czochralski (CZ) metode, kas pazīstama arī kā Czochralski (CZ) metode, attiecas uz procesu, kurā izkausēta pusvadītāju kvalitātes silīcija šķidrums tiek pārveidots cietos viena kristāla silīcija lietņos ar pareizu kristāla orientāciju un leģētiem N tipa vai P- veids.
Pašlaik vairāk nekā 85% monokristālu silīcija tiek audzēti, izmantojot Czochralski metodi.
Czochralski monokristālu krāsns attiecas uz procesa aprīkojumu, kas izkausē augstas tīrības polisilīcija materiālus šķidrumā, karsējot slēgtā augsta vakuuma vai inertās gāzes (vai inertās gāzes) aizsardzības vidē, un pēc tam tos pārkristalizē, veidojot monokristāla silīcija materiālus ar noteiktiem ārējiem materiāliem. izmēriem.
Vienkristāla krāsns darbības princips ir polikristāliskā silīcija materiāla fiziskais process, kas šķidrā stāvoklī pārkristalizējas monokristāla silīcija materiālā.
CZ monokristālu krāsni var iedalīt četrās daļās: krāsns korpuss, mehāniskā transmisijas sistēma, apkures un temperatūras kontroles sistēma un gāzes pārvades sistēma.
Krāsns korpusā ietilpst krāsns dobums, sēklu kristāla ass, kvarca tīģelis, dopinga karote, sēklu kristāla vāks un novērošanas logs.
Krāsns dobums ir paredzēts, lai nodrošinātu, ka temperatūra krāsnī ir vienmērīgi sadalīta un var labi izkliedēt siltumu; sēklu kristāla vārpstu izmanto, lai vadītu sēklu kristālu, lai tas kustētos uz augšu un uz leju un grieztos; piemaisījumus, kas jāleģē, ievieto dopinga karotītē;
Sēklu kristāla vāciņš ir paredzēts, lai aizsargātu sēklu kristālu no piesārņojuma. Mehānisko transmisijas sistēmu galvenokārt izmanto, lai kontrolētu sēklu kristāla un tīģeļa kustību.
Lai nodrošinātu, ka silīcija šķīdums netiek oksidēts, vakuuma pakāpei krāsnī ir jābūt ļoti augstai, parasti zem 5 Torr, un pievienotās inertās gāzes tīrībai jābūt virs 99,9999%.
Viena kristāla silīcija gabals ar vēlamo kristāla orientāciju tiek izmantots kā sēklu kristāls silīcija lietņa audzēšanai, un izaudzētais silīcija lietnis ir kā sēklu kristāla kopija.
Precīzi jākontrolē apstākļi saskarnē starp izkausētu silīciju un monokristāla silīcija sēklu kristālu. Šie apstākļi nodrošina, ka plāns silīcija slānis var precīzi atkārtot sēklu kristāla struktūru un galu galā izaugt par lielu monokristāla silīcija stieņu.
2.2. Zonu kausēšanas metode un zonu kausēšanas viena kristāla krāsns
Peldošās zonas metode (FZ) ražo monokristāla silīcija lietņus ar ļoti zemu skābekļa saturu. Peldošās zonas metode tika izstrādāta 1950. gados, un tā var ražot līdz šim tīrāko monokristālu silīciju.
Zonu kausēšanas monokristālu krāsns attiecas uz krāsni, kas izmanto zonas kausēšanas principu, lai polikristāliskā stieņā izveidotu šauru kausēšanas zonu caur augstas temperatūras šauru slēgtu polikristālisko stieņu krāsns korpusa zonu augsta vakuuma vai retas kvarca caurules gāzē. aizsardzības vide.
Procesa iekārta, kas pārvieto polikristālisko stieni vai krāsns apkures korpusu, lai pārvietotu kušanas zonu un pakāpeniski kristalizētu to vienkristāla stienī.
Vienkristālu stieņu sagatavošanas ar zonu kausēšanas metodi iezīme ir tāda, ka polikristālisko stieņu tīrību var uzlabot kristalizācijas procesā monokristālu stieņos, un stieņu materiālu dopinga augšana ir vienmērīgāka.
Zonu kausēšanas monokristālu krāsnis var iedalīt divos veidos: peldošās zonas kausēšanas monokristāla krāsnis, kas balstās uz virsmas spraigumu, un horizontālās zonas kausēšanas monokristāla krāsnis. Praktiskā pielietojumā zonas kausēšanas monokristālu krāsnis parasti izmanto peldošās zonas kausēšanu.
Zonu kausēšanas monokristālu krāsnī var sagatavot augstas tīrības pakāpes monokristālu silīciju ar zemu skābekļa saturu, neizmantojot tīģeli. To galvenokārt izmanto, lai sagatavotu augstas pretestības (> 20 kΩ · cm) monokristālu silīciju un attīrītu zonas kušanas silīciju. Šos izstrādājumus galvenokārt izmanto diskrētas jaudas ierīču ražošanā.
Zonu kausēšanas monokristālu krāsns sastāv no krāsns kameras, augšējās vārpstas un apakšējās vārpstas (mehāniskās transmisijas daļa), kristāla stieņa patronas, sēklu kristāla patronas, sildīšanas spoles (augstfrekvences ģenerators), gāzes pieslēgvietas (vakuuma ports, gāzes ieplūde, augšējā gāzes izplūde) utt.
Kurtuves kameras konstrukcijā tiek sakārtota dzesēšanas ūdens cirkulācija. Vienkristāla krāsns augšējās vārpstas apakšējais gals ir kristāla stieņa patrona, ko izmanto polikristāliskā stieņa nostiprināšanai; apakšējās vārpstas augšējais gals ir sēklu kristāla patrona, ko izmanto sēklu kristāla nostiprināšanai.
Apkures spolei tiek piegādāts augstfrekvences barošanas avots, un polikristāliskā stieņā, sākot no apakšējā gala, veidojas šaura kušanas zona. Tajā pašā laikā augšējā un apakšējā asis griežas un nolaižas, tādējādi kušanas zona kristalizējas vienā kristālā.
Zonas kausēšanas monokristālu krāsns priekšrocības ir tādas, ka tā var ne tikai uzlabot sagatavotā monokristāla tīrību, bet arī padarīt stieņa leģēšanu vienmērīgāku, un monokristāla stieni var attīrīt, izmantojot vairākus procesus.
Zonas kausēšanas monokristālu krāsns trūkumi ir augstās procesa izmaksas un mazais sagatavotā monokristāla diametrs. Pašlaik maksimālais monokristāla diametrs, ko var pagatavot, ir 200 mm.
Zonas kausēšanas monokristālu krāsns iekārtu kopējais augstums ir salīdzinoši augsts, un augšējās un apakšējās ass gājiens ir salīdzinoši garš, tāpēc var audzēt garākus monokristālu stieņus.
3. Vafeļu apstrāde un aprīkojums
Kristāla stienim ir jāiziet virkne procesu, lai izveidotu silīcija substrātu, kas atbilst pusvadītāju ražošanas prasībām, proti, vafeles. Apstrādes pamatprocess ir:
Apgriešana, griešana, sagriešana, vafeļu atkausēšana, slīpēšana, slīpēšana, pulēšana, tīrīšana un iepakošana utt.
3.1 Vafeļu rūdīšana
Polikristāliskā silīcija un Czochralski silīcija ražošanas procesā monokristāla silīcijs satur skābekli. Noteiktā temperatūrā skābeklis monokristāla silīcijā ziedos elektronus, un skābeklis tiks pārveidots par skābekļa donoriem. Šie elektroni apvienosies ar piemaisījumiem silīcija plāksnē un ietekmēs silīcija vafeles pretestību.
Atkausēšanas krāsns: attiecas uz krāsni, kas paaugstina temperatūru krāsnī līdz 1000-1200°C ūdeņraža vai argona vidē. Uzturot siltumu un atdzesēšanu, skābeklis, kas atrodas netālu no pulētās silīcija vafeles virsmas, tiek iztvaicēts un noņemts no tās virsmas, izraisot skābekļa nogulsnēšanos un slāni.
Apstrādes iekārtas, kas izšķīdina silīcija vafeļu virsmas mikrodefektus, samazina piemaisījumu daudzumu silīcija vafeļu virsmas tuvumā, samazina defektus un veido salīdzinoši tīru laukumu uz silīcija vafeļu virsmas.
Atkausēšanas krāsni tās augstās temperatūras dēļ sauc arī par augstas temperatūras krāsni. Nozare silīcija vafeļu atkausēšanas procesu sauc arī par gettering.
Silīcija vafeļu atkausēšanas krāsns ir sadalīta:
-Horizontālā rūdīšanas krāsns;
-Vertikālā rūdīšanas krāsns;
-Ātrās atlaidināšanas krāsns.
Galvenā atšķirība starp horizontālo rūdīšanas krāsni un vertikālo atkausēšanas krāsni ir reakcijas kameras izkārtojuma virziens.
Horizontālās atkausēšanas krāsns reakcijas kamera ir horizontāli strukturēta, un atlaidināšanas krāsns reakcijas kamerā var ielādēt silīcija plāksnīšu partiju vienlaikus atlaidināšanai. Atkausēšanas laiks parasti ir 20 līdz 30 minūtes, bet reakcijas kamerai ir nepieciešams ilgāks sildīšanas laiks, lai sasniegtu temperatūru, kas nepieciešama atkausēšanas procesam.
Vertikālās atkausēšanas krāsns procesā tiek izmantota arī metode, kas vienlaikus tiek ielādēta silīcija vafeļu partija rūdīšanas krāsns reakcijas kamerā atkausēšanas apstrādei. Reakcijas kamerai ir vertikālas struktūras izkārtojums, kas ļauj silīcija vafeles novietot kvarca laivā horizontālā stāvoklī.
Tajā pašā laikā, tā kā kvarca laiva var griezties kā veselums reakcijas kamerā, reakcijas kameras atkausēšanas temperatūra ir vienmērīga, temperatūras sadalījums uz silīcija plāksnītes ir vienmērīgs un tai ir izcilas atlaidināšanas viendabīguma īpašības. Tomēr vertikālās atkausēšanas krāsns procesa izmaksas ir augstākas nekā horizontālās atkausēšanas krāsns izmaksas.
Ātrās rūdīšanas krāsnī tiek izmantota halogēna volframa lampa, lai tieši uzsildītu silīcija plāksni, kas var panākt ātru sildīšanu vai dzesēšanu plašā diapazonā no 1 līdz 250 ° C / s. Sildīšanas vai dzesēšanas ātrums ir ātrāks nekā tradicionālajai rūdīšanas krāsnī. Lai uzsildītu reakcijas kameras temperatūru līdz virs 1100°C, nepieciešamas tikai dažas sekundes.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera var nodrošinātgrafīta daļas,mīksts/stingrs filcs,silīcija karbīda detaļas, CVD silīcija karbīda detaļas, unSiC/TaC pārklātas detaļasar pilnu pusvadītāju procesu 30 dienu laikā.
Ja jūs interesē iepriekš minētie pusvadītāju izstrādājumi, lūdzu, nevilcinieties sazināties ar mums pirmo reizi.
Tālr.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Publicēšanas laiks: 26. augusts 2024