Plokštelės yra pagrindinė žaliava integriniams grandynams, diskretiesiems puslaidininkiniams įtaisams ir galios įtaisams gaminti. Daugiau nei 90% integrinių grandynų yra pagaminti iš labai grynų, aukštos kokybės plokštelių.
Plokščių paruošimo įranga reiškia gryno polikristalinio silicio medžiagų gaminimo į tam tikro skersmens ir ilgio silicio monokristalinio strypo medžiagas, o po to silicio monokristalinių strypų medžiagų mechaninio apdorojimo, cheminio apdorojimo ir kitus procesus.
Įranga, gaminanti silicio plokšteles arba epitaksines silicio plokšteles, atitinkančias tam tikrus geometrinio tikslumo ir paviršiaus kokybės reikalavimus ir suteikiančią reikiamą silicio substratą lustų gamybai.
Tipiškas mažesnio nei 200 mm skersmens silicio plokštelių paruošimo proceso srautas:
Vieno kristalo auginimas → sutrumpinimas → išorinio skersmens valcavimas → pjaustymas → nuožulnumas → šlifavimas → ėsdinimas → geteravimas → poliravimas → valymas → epitaksija → pakavimas ir kt.
Pagrindinis proceso srautas ruošiant 300 mm skersmens silicio plokšteles yra toks:
Vieno kristalo auginimas → sutrumpinimas → išorinio skersmens valcavimas → pjaustymas → nuožulnumas → paviršiaus šlifavimas → ėsdinimas → kraštų poliravimas → dvipusis poliravimas → vienpusis poliravimas → galutinis valymas → epitaksija / atkaitinimas → pakavimas ir kt.
1.Silicio medžiaga
Silicis yra puslaidininkinė medžiaga, nes turi 4 valentinius elektronus ir kartu su kitais elementais yra periodinės lentelės IVA grupėje.
Valentinių elektronų skaičius silicyje yra tarp gero laidininko (1 valentinis elektronas) ir izoliatoriaus (8 valentiniai elektronai).
Gryno silicio gamtoje nerandama, jį reikia išgauti ir išgryninti, kad būtų pakankamai grynas gamybai. Paprastai jis randamas silicio dioksiduose (silicio okside arba SiO2) ir kituose silikatuose.
Kitos SiO2 formos yra stiklas, bespalvis kristalas, kvarcas, agatas ir katės akis.
Pirmoji medžiaga, naudojama kaip puslaidininkis, buvo germanis 1940-aisiais ir šeštojo dešimtmečio pradžioje, tačiau ji greitai buvo pakeista siliciu.
Silicis buvo pasirinktas kaip pagrindinė puslaidininkinė medžiaga dėl keturių pagrindinių priežasčių:
Silicio medžiagų gausa: Silicis yra antras pagal gausumą elementas Žemėje, jis sudaro 25 % Žemės plutos.
Aukštesnė silicio medžiagos lydymosi temperatūra leidžia pasiekti platesnę proceso toleranciją: silicio lydymosi temperatūra 1412°C yra daug aukštesnė nei germanio lydymosi temperatūra 937°C temperatūroje. Aukštesnė lydymosi temperatūra leidžia siliciui atlaikyti aukštos temperatūros procesus.
Silicio medžiagos turi platesnį darbinės temperatūros diapazoną;
Natūralus silicio oksido (SiO2) augimas: SiO2 yra aukštos kokybės, stabili elektros izoliacinė medžiaga ir veikia kaip puikus cheminis barjeras, apsaugantis silicį nuo išorinės taršos. Elektrinis stabilumas yra svarbus norint išvengti nuotėkio tarp gretimų integrinių grandynų laidų. Galimybė auginti stabilius plonus SiO2 medžiagos sluoksnius yra esminis dalykas gaminant didelio našumo metalo oksido puslaidininkinius (MOS-FET) įrenginius. SiO2 pasižymi panašiomis mechaninėmis savybėmis kaip silicis, todėl jį galima apdoroti aukštoje temperatūroje be per didelio silicio plokštelės deformacijos.
2.Vaflių ruošimas
Puslaidininkinės plokštelės supjaustomos iš birių puslaidininkinių medžiagų. Ši puslaidininkinė medžiaga vadinama kristaliniu strypu, kuris yra išaugintas iš didelio polikristalinės ir neleguotos vidinės medžiagos bloko.
Polikristalinio bloko pavertimas dideliu monokristalu ir teisingos kristalų orientacijos bei atitinkamo N arba P tipo dopingo kiekio suteikimas vadinamas kristalų auginimu.
Labiausiai paplitusios monokristalinių silicio luitų, skirtų silicio plokštelėms paruošti, gamybos technologijos yra Czochralski metodas ir zoninio lydymo metodas.
2.1 Czochralski metodas ir Czochralski monokristalinė krosnis
Czochralskio (CZ) metodas, taip pat žinomas kaip Czochralski (CZ) metodas, reiškia išlydyto puslaidininkinio silicio skysčio pavertimo kietais vienakristaliniais silicio luitais, kurių kristalų orientacija yra tinkama ir legiruota į N tipo arba P- tipo.
Šiuo metu daugiau nei 85% monokristalinio silicio išauginama Czochralski metodu.
Czochralski monokristalinė krosnis reiškia proceso įrangą, kuri išlydo didelio grynumo polisilicio medžiagas į skystį kaitinant uždaroje didelio vakuumo arba inertinių dujų (arba inertinių dujų) apsauginėje aplinkoje, o po to jas perkristalizuoja, kad susidarytų monokristalinės silicio medžiagos su tam tikromis išorinėmis medžiagomis. matmenys.
Vienkristalinės krosnies veikimo principas yra fizinis procesas, kai polikristalinio silicio medžiaga perkristalizuojama į monokristalinę silicio medžiagą skystoje būsenoje.
CZ monokristalinę krosnį galima suskirstyti į keturias dalis: krosnies korpusą, mechaninę perdavimo sistemą, šildymo ir temperatūros valdymo sistemą bei dujų perdavimo sistemą.
Krosnies korpusą sudaro krosnies ertmė, sėklų kristalų ašis, kvarcinis tiglis, dopingo šaukštas, sėklų kristalų dangtelis ir stebėjimo langas.
Krosnies ertmė turi užtikrinti, kad temperatūra krosnyje būtų tolygiai paskirstyta ir galėtų gerai išsklaidyti šilumą; sėklinio kristalo velenas naudojamas sėkliniam kristalui judėti aukštyn ir žemyn bei suktis; priemaišos, kurias reikia legiruoti, dedamos į dopingo šaukštą;
Sėklinio kristalo dangtelis turi apsaugoti sėklų kristalą nuo užteršimo. Mechaninė perdavimo sistema daugiausia naudojama sėklinio kristalo ir tiglio judėjimui valdyti.
Siekiant užtikrinti, kad silicio tirpalas nebūtų oksiduotas, vakuumo laipsnis krosnyje turi būti labai aukštas, paprastai mažesnis nei 5 Torr, o pridėtų inertinių dujų grynumas turi būti didesnis nei 99,9999%.
Vieno kristalo silicio gabalas su norima kristalo orientacija naudojamas kaip sėklinis kristalas silicio luitui auginti, o išaugintas silicio luitas yra tarsi sėklinio kristalo kopija.
Sąlygos tarp išlydyto silicio ir monokristalinio silicio sėklinio kristalo turi būti tiksliai kontroliuojamos. Šios sąlygos užtikrina, kad plonas silicio sluoksnis gali tiksliai atkartoti sėklinio kristalo struktūrą ir galiausiai išaugti į didelį monokristalinį silicio luitą.
2.2 Zonos lydymo metodas ir vieno kristalo krosnis
Plūdės zonos metodas (FZ) gamina monokristalinius silicio luitus su labai mažu deguonies kiekiu. Plūduriuojančios zonos metodas buvo sukurtas šeštajame dešimtmetyje ir gali pagaminti iki šiol gryniausią monokristalinį silicį.
Zonos lydymosi monokristalinė krosnis reiškia krosnį, kuri naudoja zoninio lydymosi principą, kad polikristaliniame strypelyje susidarytų siaura lydymosi zona per aukštos temperatūros siaurą uždarą polikristalinio strypo krosnies korpuso plotą aukšto vakuumo arba reto kvarco vamzdžio dujose. apsaugos aplinka.
Proceso įranga, kuri judina polikristalinį strypą arba krosnies kaitinimo korpusą, kad judėtų lydymosi zona ir palaipsniui kristalizuojasi į monokristalinį strypą.
Vienkristalinių strypų paruošimo zoninio lydymo metodu ypatybė yra ta, kad polikristalinių strypų grynumas gali būti pagerintas kristalizacijos į monokristalinius strypus procese, o strypų medžiagų legiravimo augimas yra vienodesnis.
Vienkristalinių zonų lydymo krosnių tipus galima suskirstyti į du tipus: plūduriuojančios zonos lydymo monokristalų krosnis, kurios priklauso nuo paviršiaus įtempimo, ir horizontalios zonos lydymo monokristalų krosnis. Praktikoje zoninio lydymo monokristalinės krosnys paprastai naudoja plūduriuojančią zoną.
Zonos lydymosi monokristalinė krosnis gali paruošti didelio grynumo mažai deguonies turintį monokristalinį silicį, nereikalaujant tiglio. Jis daugiausia naudojamas didelės varžos (> 20 kΩ · cm) monokristaliniam siliciui paruošti ir zonoje tirpstančio silicio valymui. Šie gaminiai daugiausia naudojami atskiros galios prietaisų gamyboje.
Zonos lydymosi monokristalinė krosnis susideda iš krosnies kameros, viršutinio veleno ir apatinio veleno (mechaninės pavaros dalies), krištolinio strypo griebtuvo, sėklinio kristalo griebtuvo, kaitinimo ritės (aukšto dažnio generatoriaus), dujų prievadų (vakuuminio angos, dujų įleidimo anga, viršutinė dujų išleidimo anga) ir kt.
Krosnies kameros konstrukcijoje įrengta aušinimo vandens cirkuliacija. Vienkristalinės krosnies viršutinio veleno apatinis galas yra krištolinio strypo griebtuvas, naudojamas polikristaliniam strypui suspausti; apatinio veleno viršutinis galas yra sėklinio kristalo griebtuvas, naudojamas sėklų kristalui suspausti.
Į šildymo gyvatuką tiekiamas aukšto dažnio maitinimas, o polikristaliniame strype nuo apatinio galo suformuojama siaura lydymosi zona. Tuo pačiu metu viršutinė ir apatinė ašys sukasi ir leidžiasi žemyn, todėl lydymosi zona kristalizuojasi į vieną kristalą.
Zonos lydymosi monokristalinės krosnies pranašumai yra tai, kad ji gali ne tik pagerinti paruošto monokristalo grynumą, bet ir padaryti vienodesnį lazdelės dopingo augimą, o monokristalinį strypą galima išvalyti keliais procesais.
Vienkristalinės zoninės lydymo krosnies trūkumai yra didelės proceso sąnaudos ir mažas paruošto monokristalo skersmuo. Šiuo metu didžiausias vieno kristalo, kurį galima paruošti, skersmuo yra 200 mm.
Bendras zonos lydymo monokristalinės krosnies įrangos aukštis yra gana didelis, o viršutinės ir apatinės ašių eiga yra gana ilga, todėl galima auginti ilgesnius monokristalinius strypus.
3. Vaflių apdorojimas ir įranga
Krištolinis strypas turi atlikti daugybę procesų, kad susidarytų silicio substratas, atitinkantis puslaidininkių gamybos reikalavimus, būtent plokštelė. Pagrindinis apdorojimo procesas yra toks:
Vartymas, pjaustymas, pjaustymas, plokštelių atkaitinimas, nuožulnumas, šlifavimas, poliravimas, valymas ir pakavimas ir kt.
3.1 Vaflių atkaitinimas
Polikristalinio silicio ir Czochralski silicio gamybos procese monokristaliniame silicyje yra deguonies. Tam tikroje temperatūroje monokristaliniame silicyje esantis deguonis atiduos elektronus, o deguonis bus paverstas deguonies donorais. Šie elektronai susijungs su silicio plokštelėje esančiomis priemaišomis ir paveiks silicio plokštelės varžą.
Atkaitinimo krosnis: reiškia krosnį, kuri pakelia temperatūrą krosnyje iki 1000-1200°C vandenilio arba argono aplinkoje. Šildant ir vėsinant, deguonis šalia poliruoto silicio plokštelės paviršiaus išgaruoja ir pašalinamas nuo jo paviršiaus, todėl deguonis nusėda ir sluoksniuojasi.
Proceso įranga, kuri ištirpdo silicio plokštelių paviršiaus mikrodefektus, sumažina priemaišų kiekį prie silicio plokštelių paviršiaus, mažina defektus, suformuoja santykinai švarų plotą silicio plokštelių paviršiuje.
Atkaitinimo krosnis taip pat vadinama aukštos temperatūros krosnimi dėl savo aukštos temperatūros. Pramonė taip pat vadina silicio plokštelių atkaitinimo procesą gettering.
Silicio plokštelių atkaitinimo krosnis skirstoma į:
-Horizontali atkaitinimo krosnis;
-Vertikali atkaitinimo krosnis;
- Greito atkaitinimo krosnis.
Pagrindinis skirtumas tarp horizontalios atkaitinimo krosnies ir vertikalios atkaitinimo krosnies yra reakcijos kameros išdėstymo kryptis.
Horizontalios atkaitinimo krosnies reakcijos kamera yra horizontalios struktūros, o į atkaitinimo krosnies reakcijos kamerą vienu metu galima įkelti silicio plokštelių partiją atkaitinimui. Atkaitinimo laikas paprastai yra 20–30 minučių, tačiau reakcijos kamerai reikia ilgesnio kaitinimo laiko, kad būtų pasiekta atkaitinimo procesui reikalinga temperatūra.
Vertikalios atkaitinimo krosnies procese taip pat naudojamas būdas vienu metu įkelti silicio plokštelių partiją į atkaitinimo krosnies reakcijos kamerą atkaitinimui apdoroti. Reakcijos kamera turi vertikalios struktūros išdėstymą, leidžiantį silicio plokšteles dėti į kvarcinę valtį horizontaliai.
Tuo pačiu metu, kadangi kvarcinė valtis gali suktis kaip visuma reakcijos kameroje, reakcijos kameros atkaitinimo temperatūra yra vienoda, temperatūros pasiskirstymas ant silicio plokštelės yra vienodas ir pasižymi puikiomis atkaitinimo vienodumo charakteristikomis. Tačiau vertikalios atkaitinimo krosnies proceso sąnaudos yra didesnės nei horizontalios atkaitinimo krosnies.
Greitojo atkaitinimo krosnyje naudojama halogeninė volframo lempa, skirta tiesiogiai šildyti silicio plokštelę, kuri gali greitai įkaisti arba atvėsinti plačiame diapazone nuo 1 iki 250 °C/s. Šildymo arba aušinimo greitis yra greitesnis nei tradicinėje atkaitinimo krosnyje. Reakcijos kameros temperatūrai pašildyti iki aukštesnės nei 1100°C užtrunka vos kelias sekundes.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera gali suteiktigrafito dalys,minkštas / standus veltinis,silicio karbido dalys, CVD silicio karbido dalys, irSiC/TaC dengtos dalyssu visu puslaidininkio procesu per 30 dienų.
Jei jus domina pirmiau minėti puslaidininkiniai gaminiai, nedvejodami susisiekite su mumis pirmą kartą.
Tel.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Paskelbimo laikas: 2024-08-26