Wafers is die belangrikste grondstowwe vir die vervaardiging van geïntegreerde stroombane, diskrete halfgeleiertoestelle en kragtoestelle. Meer as 90% van geïntegreerde stroombane word gemaak op hoë-suiwer, hoë kwaliteit wafers.
Wafervoorbereidingstoerusting verwys na die proses om suiwer polikristallyne silikonmateriale in silikon-enkelkristalstaafmateriaal van 'n sekere deursnee en lengte te maak, en dan die silikon-enkelkristalstaafmateriaal aan 'n reeks meganiese verwerking, chemiese behandeling en ander prosesse te onderwerp.
Toerusting wat silikonwafels of epitaksiale silikonwafers vervaardig wat aan sekere meetkundige akkuraatheid en oppervlakkwaliteitvereistes voldoen en die vereiste silikonsubstraat vir skyfievervaardiging verskaf.
Die tipiese prosesvloei vir die voorbereiding van silikonwafels met 'n deursnee van minder as 200 mm is:
Enkelkristalgroei → afkapping → buitendeursnee rol → sny → afkanting → slyp → ets → gettering → poleer → skoonmaak → epitaksie → verpakking, ens.
Die hoofprosesvloei vir die voorbereiding van silikonwafels met 'n deursnee van 300 mm is soos volg:
Enkelkristalgroei → afkapping → buitedeursnee rol → sny → afkanting → oppervlakslyp → ets → randpolering → dubbelzijdig poleer → enkelzijdig poleer → eindskoonmaak → epitaksie/gloeiing → verpakking, ens.
1.Silicon materiaal
Silikon is 'n halfgeleiermateriaal omdat dit 4 valenselektrone het en saam met ander elemente in groep IVA van die periodieke tabel is.
Die aantal valenselektrone in silikon plaas dit reg tussen 'n goeie geleier (1 valenselektron) en 'n isolator (8 valenselektrone).
Suiwer silikon kom nie in die natuur voor nie en moet onttrek en gesuiwer word om dit suiwer genoeg te maak vir vervaardiging. Dit word gewoonlik in silika (silikonoksied of SiO2) en ander silikate aangetref.
Ander vorme van SiO2 sluit in glas, kleurlose kristal, kwarts, agaat en katoog.
Die eerste materiaal wat as 'n halfgeleier gebruik is, was germanium in die 1940's en vroeë 1950's, maar dit is vinnig deur silikon vervang.
Silikon is om vier hoofredes as die belangrikste halfgeleiermateriaal gekies:
Oorvloed van silikonmateriale: Silikon is die tweede volopste element op aarde, wat verantwoordelik is vir 25% van die aardkors.
Die hoër smeltpunt van silikonmateriaal laat 'n groter prosestoleransie toe: die smeltpunt van silikon by 1412°C is baie hoër as die smeltpunt van germanium by 937°C. Die hoër smeltpunt laat silikon hoë temperatuur prosesse weerstaan.
Silikonmateriale het 'n wyer bedryfstemperatuurreeks;
Natuurlike groei van silikonoksied (SiO2): SiO2 is 'n hoë-gehalte, stabiele elektriese isolasie materiaal en dien as 'n uitstekende chemiese versperring om silikon te beskerm teen eksterne kontaminasie. Elektriese stabiliteit is belangrik om lekkasie tussen aangrensende geleiers in geïntegreerde stroombane te voorkom. Die vermoë om stabiele dun lae SiO2-materiaal te laat groei is fundamenteel vir die vervaardiging van hoëprestasie-metaaloksied-halfgeleier (MOS-FET) toestelle. SiO2 het soortgelyke meganiese eienskappe as silikon, wat hoë-temperatuur-verwerking toelaat sonder oormatige silikonwafel-verdraaiing.
2.Wafer voorbereiding
Halfgeleierwafels word uit grootmaat halfgeleiermateriaal gesny. Hierdie halfgeleiermateriaal word 'n kristalstaaf genoem, wat uit 'n groot blok polikristallyne en ongedoteerde intrinsieke materiaal gekweek word.
Om 'n polikristallyne blok in 'n groot enkelkristal te transformeer en dit die korrekte kristaloriëntasie en toepaslike hoeveelheid N-tipe of P-tipe doping te gee, word kristalgroei genoem.
Die mees algemene tegnologieë vir die vervaardiging van enkelkristal silikonblokke vir silikonwafelbereiding is die Czochralski-metode en die sonesmeltmetode.
2.1 Czochralski-metode en Czochralski-enkelkristal-oond
Die Czochralski (CZ) metode, ook bekend as die Czochralski (CZ) metode, verwys na die proses van die omskakeling van gesmelte halfgeleier-graad silikonvloeistof in soliede enkelkristal silikonblokke met die korrekte kristaloriëntasie en gedoteer in N-tipe of P- tipe.
Tans word meer as 85% van enkelkristal silikon met die Czochralski-metode gekweek.
'n Czochralski-enkelkristal-oond verwys na 'n prosestoerusting wat hoë-suiwer polisiliconmateriale tot vloeistof smelt deur in 'n geslote hoëvakuum of seldsame gas (of inerte gas) beskermingsomgewing te verhit, en dit dan herkristalliseer om enkelkristal silikonmateriale met sekere eksterne afmetings.
Die werkbeginsel van die enkelkristaloond is die fisiese proses van polikristallyne silikonmateriaal wat in 'n vloeibare toestand in enkelkristalsilikonmateriaal herkristalliseer.
Die CZ-enkelkristal-oond kan in vier dele verdeel word: oondliggaam, meganiese transmissiestelsel, verwarming- en temperatuurbeheerstelsel en gastransmissiestelsel.
Die oondliggaam sluit 'n oondholte, 'n saadkristal-as, 'n kwartskroes, 'n dopinglepel, 'n saadkristalbedekking en 'n waarnemingsvenster in.
Die oondholte is om te verseker dat die temperatuur in die oond eweredig versprei word en hitte goed kan verdryf; die saadkristal-as word gebruik om die saadkristal aan te dryf om op en af te beweeg en te draai; die onsuiwerhede wat gedoteer moet word, word in die dopinglepel geplaas;
Die saadkristalbedekking is om die saadkristal teen besoedeling te beskerm. Die meganiese transmissiestelsel word hoofsaaklik gebruik om die beweging van die saadkristal en die smeltkroes te beheer.
Om te verseker dat die silikonoplossing nie geoksideer word nie, moet die vakuumgraad in die oond baie hoog wees, gewoonlik onder 5 Torr, en die suiwerheid van die bygevoegde inerte gas moet bo 99,9999% wees.
'n Stuk enkelkristal-silikon met die verlangde kristaloriëntasie word as 'n saadkristal gebruik om 'n silikonstaaf te laat groei, en die gegroeide silikonstaaf is soos 'n replika van die saadkristal.
Die toestande by die raakvlak tussen die gesmelte silikon en die enkelkristal silikon saad kristal moet presies beheer word. Hierdie toestande verseker dat die dun laag silikon die struktuur van die saadkristal akkuraat kan herhaal en uiteindelik kan groei tot 'n groot enkelkristal silikonblok.
2.2 Sone-smeltmetode en sone-smelt-enkelkristaloond
Die float zone metode (FZ) produseer enkelkristal silikon blokke met baie lae suurstof inhoud. Die float zone metode is in die 1950's ontwikkel en kan die suiwerste enkelkristal silikon tot op datum produseer.
Die sonesmeltende enkelkristaloond verwys na 'n oond wat die beginsel van sonesmelting gebruik om 'n nou smeltsone in die polikristallyne staaf te produseer deur 'n hoë-temperatuur smal geslote area van die polikristallyne staafoondliggaam in 'n hoëvakuum of seldsame kwartsbuisgas beskerming omgewing.
'n Prosestoerusting wat 'n polikristallyne staaf of 'n oondverhittingsliggaam beweeg om die smeltsone te beweeg en dit geleidelik in 'n enkele kristalstaaf te kristalliseer.
Die kenmerk van die voorbereiding van enkelkristalstawe deur sonesmeltmetode is dat die suiwerheid van polikristallyne stawe verbeter kan word in die proses van kristallisasie in enkelkristalstawe, en die dopinggroei van staafmateriale is meer eenvormig.
Die tipes sonesmeltende enkelkristaloonde kan in twee tipes verdeel word: drywende sonesmeltende enkelkristaloonde wat staatmaak op oppervlakspanning en horisontale sonesmeltende enkelkristaloonde. In praktiese toepassings neem sonesmeltende enkelkristaloonde oor die algemeen drywende sone-smelting aan.
Die sone-smeltende enkelkristal-oond kan hoë-suiwer lae-suurstof enkelkristal silikon voorberei sonder die behoefte aan 'n smeltkroes. Dit word hoofsaaklik gebruik om 'n hoë-weerstandigheid (>20kΩ·cm) enkelkristal silikon voor te berei en sone smelt silikon te suiwer. Hierdie produkte word hoofsaaklik gebruik in die vervaardiging van diskrete kragtoestelle.
Die sone-smeltende enkelkristal-oond bestaan uit 'n oondkamer, 'n boonste as en 'n onderste as (meganiese transmissiedeel), 'n kristalstaafboorkop, 'n saadkristalboorkop, 'n verwarmingsspoel (hoëfrekwensiegenerator), gaspoorte (vakuumpoort, gasinlaat, boonste gasuitlaat), ens.
In die oondkamerstruktuur word koelwatersirkulasie gereël. Die onderkant van die boonste skag van die enkelkristal-oond is 'n kristalstaafboorkop, wat gebruik word om 'n polikristallyne staaf vas te klem; die boonste punt van die onderste skag is 'n saadkristal chuck, wat gebruik word om die saad kristal vas te klem.
'n Hoëfrekwensie kragtoevoer word aan die verwarmingsspoel voorsien, en 'n nou smeltsone word in die polikristallyne staaf gevorm wat van die onderkant af begin. Terselfdertyd roteer en daal die boonste en onderste asse, sodat die smeltsone in 'n enkele kristal gekristalliseer word.
Die voordele van die sonesmeltende enkelkristaloond is dat dit nie net die suiwerheid van die voorbereide enkelkristal kan verbeter nie, maar ook die staafdoteringgroei meer eenvormig kan maak, en die enkelkristalstaaf kan deur verskeie prosesse gesuiwer word.
Die nadele van die sonesmeltende enkelkristaloond is hoë proseskoste en klein deursnee van die voorbereide enkelkristal. Tans is die maksimum deursnee van die enkelkristal wat voorberei kan word 200 mm.
Die algehele hoogte van die sone-smeltende enkelkristaloondtoerusting is relatief hoog, en die slag van die boonste en onderste asse is relatief lank, sodat langer enkelkristalstawe gegroei kan word.
3. Waferverwerking en toerusting
Die kristalstaaf moet deur 'n reeks prosesse gaan om 'n silikonsubstraat te vorm wat aan die vereistes van halfgeleiervervaardiging voldoen, naamlik 'n wafer. Die basiese proses van verwerking is:
Tuimel, sny, sny, wafelgloeiing, afkanting, slyp, poleer, skoonmaak en verpakking, ens.
3.1 Wafer-uitgloeiing
In die proses om polikristallyne silikon en Czochralski-silikon te vervaardig, bevat enkelkristalsilikon suurstof. By 'n sekere temperatuur sal die suurstof in die enkelkristal silikon elektrone skenk, en die suurstof sal in suurstofskenkers omgeskakel word. Hierdie elektrone sal met onsuiwerhede in die silikonwafer kombineer en die weerstand van die silikonwafel beïnvloed.
Uitgloeioond: verwys na 'n oond wat die temperatuur in die oond verhoog tot 1000-1200°C in 'n waterstof- of argon-omgewing. Deur warm te hou en af te koel, word die suurstof naby die oppervlak van die gepoleerde silikonwafel vervlugtig en van sy oppervlak verwyder, wat veroorsaak dat die suurstof neerslaan en laag word.
Prosestoerusting wat mikro-defekte op die oppervlak van silikonwafels oplos, die hoeveelheid onsuiwerhede naby die oppervlak van silikonwafels verminder, defekte verminder en 'n relatief skoon area op die oppervlak van silikonwafels vorm.
Die uitgloeioond word ook 'n hoë-temperatuur-oond genoem vanweë sy hoë temperatuur. Die bedryf noem ook die silikonwafel-gloeiproses gettering.
Silikonwafel-gloeioond word verdeel in:
- Horisontale uitgloeioond;
-Vertikale uitgloeioond;
- Vinnige uitgloeioond.
Die belangrikste verskil tussen 'n horisontale uitgloeioond en 'n vertikale uitgloeioond is die uitlegrigting van die reaksiekamer.
Die reaksiekamer van die horisontale uitgloeioond is horisontaal gestruktureer, en 'n bondel silikonwafels kan terselfdertyd in die reaksiekamer van die uitgloeioond gelaai word vir uitgloeiing. Die uitgloeiingstyd is gewoonlik 20 tot 30 minute, maar die reaksiekamer benodig 'n langer verhittingstyd om die temperatuur te bereik wat deur die uitgloeiproses vereis word.
Die proses van die vertikale uitgloeioond neem ook die metode aan om 'n bondel silikonwafels gelyktydig in die reaksiekamer van die uitgloeioond te laai vir uitgloeibehandeling. Die reaksiekamer het 'n vertikale struktuuruitleg, wat dit moontlik maak dat die silikonskyfies in 'n horisontale toestand in 'n kwartsboot geplaas kan word.
Terselfdertyd, aangesien die kwartsboot as 'n geheel in die reaksiekamer kan draai, is die uitgloeitemperatuur van die reaksiekamer eenvormig, die temperatuurverspreiding op die silikonwafel is eenvormig, en dit het uitstekende uitgloei-uniformiteitskenmerke. Die proseskoste van die vertikale uitgloeioond is egter hoër as dié van die horisontale uitgloeioond.
Die vinnige uitgloei-oond gebruik 'n halogeen-wolframlamp om die silikonwafel direk te verhit, wat vinnige verhitting of verkoeling in 'n wye reeks van 1 tot 250°C/s kan bereik. Die verhittings- of afkoeltempo is vinniger as dié van 'n tradisionele uitgloeioond. Dit neem net 'n paar sekondes om die reaksiekamertemperatuur tot bo 1100°C te verhit.
—————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera kan verskafgrafiet dele,sagte/rigiede vilt,silikonkarbiedonderdele, CVD silikonkarbiedonderdele, enSiC/TaC-bedekte delemet volle halfgeleier proses in 30 dae.
As jy belangstel in die bogenoemde halfgeleierprodukte, moet asseblief nie huiwer om ons die eerste keer te kontak nie.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Postyd: Aug-26-2024