Doštičky sú hlavnými surovinami na výrobu integrovaných obvodov, diskrétnych polovodičových súčiastok a výkonových zariadení. Viac ako 90 % integrovaných obvodov je vyrobených na vysoko čistých a kvalitných doštičkách.
Zariadenie na prípravu plátkov sa vzťahuje na proces výroby čistých polykryštalických kremíkových materiálov na kremíkové monokryštálové tyčové materiály s určitým priemerom a dĺžkou a potom podrobenie kremíkových monokryštálových tyčiniek sérii mechanického spracovania, chemického spracovania a iných procesov.
Zariadenia na výrobu kremíkových plátkov alebo epitaxných kremíkových plátkov, ktoré spĺňajú určité požiadavky na geometrickú presnosť a kvalitu povrchu a poskytujú požadovaný kremíkový substrát na výrobu čipov.
Typický postup na prípravu kremíkových plátkov s priemerom menším ako 200 mm je:
Rast monokryštálov → skracovanie → valcovanie vonkajšieho priemeru → krájanie → skosenie → brúsenie → leptanie → getrovanie → leštenie → čistenie → epitaxia → balenie atď.
Hlavný postup prípravy kremíkových doštičiek s priemerom 300 mm je nasledovný:
Rast monokryštálov → skracovanie → valcovanie vonkajšieho priemeru → krájanie → skosenie → brúsenie povrchu → leptanie → leštenie hrán → obojstranné leštenie → jednostranné leštenie → finálne čistenie → epitaxia/žíhanie → balenie atď.
1.Silikónový materiál
Kremík je polovodičový materiál, pretože má 4 valenčné elektróny a je v skupine IVA periodickej tabuľky spolu s ďalšími prvkami.
Počet valenčných elektrónov v kremíku ho umiestňuje priamo medzi dobrý vodič (1 valenčný elektrón) a izolátor (8 valenčných elektrónov).
Čistý kremík sa v prírode nenachádza a musí sa extrahovať a čistiť, aby bol dostatočne čistý na výrobu. Zvyčajne sa nachádza v oxide kremičitom (oxid kremičitý alebo SiO2) a iných kremičitanoch.
Medzi ďalšie formy SiO2 patrí sklo, bezfarebný kryštál, kremeň, achát a mačacie oko.
Prvým materiálom používaným ako polovodič bolo germánium v 40. a začiatkom 50. rokov 20. storočia, no rýchlo ho nahradil kremík.
Kremík bol vybraný ako hlavný polovodičový materiál zo štyroch hlavných dôvodov:
Množstvo kremíkových materiálov: Kremík je druhým najrozšírenejším prvkom na Zemi, tvorí 25 % zemskej kôry.
Vyšší bod topenia kremíkového materiálu umožňuje širšiu toleranciu procesu: teplota topenia kremíka pri 1412 °C je oveľa vyššia ako teplota topenia germánia pri 937 °C. Vyššia teplota topenia umožňuje kremíku odolávať vysokoteplotným procesom.
Silikónové materiály majú širší rozsah prevádzkových teplôt;
Prirodzený rast oxidu kremičitého (SiO2): SiO2 je vysoko kvalitný, stabilný elektroizolačný materiál a pôsobí ako vynikajúca chemická bariéra na ochranu kremíka pred vonkajšou kontamináciou. Elektrická stabilita je dôležitá, aby sa zabránilo úniku medzi susednými vodičmi v integrovaných obvodoch. Schopnosť pestovať stabilné tenké vrstvy materiálu SiO2 je základom pre výrobu vysokovýkonných polovodičových súčiastok na báze oxidu kovu (MOS-FET). SiO2 má podobné mechanické vlastnosti ako kremík, čo umožňuje vysokoteplotné spracovanie bez nadmerného deformovania kremíkových plátkov.
2. Príprava oblátky
Polovodičové doštičky sú rezané z objemových polovodičových materiálov. Tento polovodičový materiál sa nazýva kryštálová tyč, ktorá je vypestovaná z veľkého bloku polykryštalického a nedopovaného vnútorného materiálu.
Transformácia polykryštalického bloku na veľký monokryštál a poskytnutie správnej orientácie kryštálu a primeraného množstva dopingu typu N alebo P sa nazýva rast kryštálov.
Najbežnejšie technológie výroby monokryštálových kremíkových ingotov na prípravu kremíkových plátkov sú Czochralského metóda a metóda zónového tavenia.
2.1 Czochralského metóda a Czochralského monokryštálová pec
Czochralského (CZ) metóda, tiež známa ako Czochralského (CZ) metóda, sa týka procesu premeny roztavenej polovodičovej kremíkovej kvapaliny na pevné monokryštalické kremíkové ingoty so správnou orientáciou kryštálov a dopované na N-typ alebo P- typu.
V súčasnosti sa viac ako 85 % monokryštálového kremíka pestuje Czochralského metódou.
Czochralského monokryštálová pec sa vzťahuje na procesné zariadenie, ktoré taví vysoko čisté polysilikónové materiály na kvapalinu zahrievaním v uzavretom vysokom vákuu alebo ochrannom prostredí vzácneho plynu (alebo inertného plynu) a potom ich rekryštalizuje za vzniku monokryštálových kremíkových materiálov s určitými vonkajšími rozmery.
Princíp činnosti monokryštálovej pece je fyzikálny proces rekryštalizácie polykryštalického kremíkového materiálu na monokryštálový kremíkový materiál v kvapalnom stave.
Jednokryštálovú pec CZ možno rozdeliť do štyroch častí: teleso pece, systém mechanického prenosu, systém riadenia vykurovania a teploty a systém prenosu plynu.
Teleso pece obsahuje dutinu pece, os zárodočného kryštálu, kremenný téglik, dopingovú lyžicu, kryt zárodočného kryštálu a pozorovacie okienko.
Dutina pece má zabezpečiť, aby bola teplota v peci rovnomerne rozložená a mohla dobre odvádzať teplo; hriadeľ zárodočného kryštálu sa používa na pohon zárodočného kryštálu, aby sa pohyboval hore a dole a otáčal sa; nečistoty, ktoré je potrebné dopovať, sa umiestnia do dopingovej lyžice;
Kryt zárodočného kryštálu má chrániť zárodočný kryštál pred kontamináciou. Mechanický prevodový systém sa používa hlavne na riadenie pohybu zárodočného kryštálu a téglika.
Aby sa zabezpečilo, že kremíkový roztok nebude oxidovaný, je potrebné, aby bol stupeň vákua v peci veľmi vysoký, všeobecne pod 5 Torr, a čistota pridaného inertného plynu musí byť vyššia ako 99,9999 %.
Kúsok monokryštálového kremíka s požadovanou orientáciou kryštálu sa používa ako zárodočný kryštál na pestovanie kremíkového ingotu a vypestovaný kremíkový ingot je ako replika zárodočného kryštálu.
Podmienky na rozhraní medzi roztaveným kremíkom a očkovacím kryštálom monokryštálu kremíka musia byť presne kontrolované. Tieto podmienky zaisťujú, že tenká vrstva kremíka môže presne replikovať štruktúru zárodočného kryštálu a nakoniec vyrásť do veľkého monokryštálového kremíkového ingotu.
2.2 Spôsob zónového tavenia a jednokryštálová pec zónového tavenia
Metóda plavenej zóny (FZ) produkuje monokryštálové kremíkové ingoty s veľmi nízkym obsahom kyslíka. Metóda float zone bola vyvinutá v 50-tych rokoch minulého storočia a môže produkovať doteraz najčistejší monokryštálový kremík.
Zónová taviaca monokryštálová pec sa týka pece, ktorá využíva princíp zónového tavenia na vytvorenie úzkej taviacej zóny v polykryštalickej tyči cez vysokoteplotnú úzku uzavretú oblasť telesa polykryštalickej tyčovej pece vo vysokom vákuu alebo vo vzácnom kremennom rúrkovom plyne. ochrany životného prostredia.
Procesné zariadenie, ktoré pohybuje polykryštalickou tyčou alebo vykurovacím telesom pece, aby sa posunula zóna tavenia a postupne sa kryštalizovala do jednej kryštálovej tyče.
Charakteristickým znakom prípravy monokryštálových tyčiniek metódou zónového tavenia je, že čistota polykryštalických tyčiniek sa môže zlepšiť v procese kryštalizácie na tyčinky monokryštálov a rast dotovania tyčiniek je rovnomernejší.
Typy zónových taviacich monokryštálových pecí možno rozdeliť do dvoch typov: plávajúce zónové taviace monokryštálové pece, ktoré sa spoliehajú na povrchové napätie a horizontálne zónové taviace monokryštálové pece. V praktických aplikáciách zónové taviace monokryštálové pece vo všeobecnosti využívajú plávajúce zónové tavenie.
Zónová taviaca monokryštálová pec môže pripraviť vysoko čistý monokryštálový kremík s nízkym obsahom kyslíka bez potreby téglika. Používa sa hlavne na prípravu monokryštálového kremíka s vysokým odporom (>20 kΩ·cm) a na čistenie kremíka zónového tavenia. Tieto produkty sa používajú hlavne pri výrobe diskrétnych energetických zariadení.
Zónová taviaca monokryštálová pec pozostáva z pece, horného hriadeľa a spodného hriadeľa (mechanická prevodová časť), skľučovadla kryštálovej tyče, skľučovadla očkovacích kryštálov, vykurovacej špirály (vysokofrekvenčný generátor), plynových otvorov (vákuový port, prívod plynu, horný výstup plynu) atď.
V konštrukcii komory pece je usporiadaná cirkulácia chladiacej vody. Spodný koniec horného hriadeľa monokryštálovej pece je skľučovadlo kryštálovej tyče, ktoré sa používa na upnutie polykryštalickej tyče; horný koniec spodného hriadeľa je skľučovadlo očkovacieho kryštálu, ktoré sa používa na upnutie očkovacieho kryštálu.
Do vykurovacej špirály sa privádza vysokofrekvenčné napájanie a v polykryštalickej tyči sa vytvára úzka taviaca zóna začínajúca od spodného konca. Súčasne sa horná a dolná os otáčajú a klesajú, takže zóna topenia je kryštalizovaná do jedného kryštálu.
Výhody zónovej taviacej monokryštálovej pece spočívajú v tom, že môže nielen zlepšiť čistotu pripraveného monokryštálu, ale tiež zvýšiť rovnomernosť rastu tyčiniek a monokryštálovú tyčinku možno čistiť viacerými procesmi.
Nevýhody zónovej taviacej monokryštálovej pece sú vysoké výrobné náklady a malý priemer pripraveného monokryštálu. V súčasnosti je maximálny priemer monokryštálu, ktorý je možné pripraviť, 200 mm.
Celková výška zariadenia zónovej taviacej monokryštálovej pece je relatívne vysoká a zdvih hornej a dolnej osi je relatívne dlhý, takže možno pestovať dlhšie monokryštálové tyče.
3. Spracovanie a vybavenie plátkov
Krištáľová tyč musí prejsť sériou procesov na vytvorenie kremíkového substrátu, ktorý spĺňa požiadavky na výrobu polovodičov, konkrétne doštičky. Základný proces spracovania je:
Otáčanie, rezanie, krájanie, žíhanie plátkov, zrážanie hrán, brúsenie, leštenie, čistenie a balenie atď.
3.1 Žíhanie plátkov
V procese výroby polykryštalického kremíka a Czochralského kremíka obsahuje monokryštálový kremík kyslík. Pri určitej teplote bude kyslík v monokryštálovom kremíku darovať elektróny a kyslík sa premení na donory kyslíka. Tieto elektróny sa spoja s nečistotami v kremíkovej doštičke a ovplyvnia merný odpor kremíkovej doštičky.
Žíhacia pec: označuje pec, ktorá zvyšuje teplotu v peci na 1000-1200°C v prostredí vodíka alebo argónu. Udržiavaním tepla a chladením sa kyslík v blízkosti povrchu lešteného kremíkového plátku odparuje a odstraňuje z jeho povrchu, čo spôsobuje zrážanie a vrstvenie kyslíka.
Procesné zariadenie, ktoré rozpúšťa mikrodefekty na povrchu kremíkových plátkov, znižuje množstvo nečistôt v blízkosti povrchu kremíkových plátkov, znižuje defekty a vytvára relatívne čistú oblasť na povrchu kremíkových plátkov.
Žíhacia pec sa pre svoju vysokú teplotu nazýva aj vysokoteplotná pec. Priemysel tiež nazýva proces žíhania kremíkových plátkov gettering.
Pec na žíhanie kremíkových plátkov sa delí na:
-Horizontálna žíhacia pec;
-Vertikálna žíhacia pec;
-Pec na rýchle žíhanie.
Hlavným rozdielom medzi horizontálnou žíhacou pecou a vertikálnou žíhacou pecou je smer usporiadania reakčnej komory.
Reakčná komora horizontálnej žíhacej pece je horizontálne štruktúrovaná a do reakčnej komory žíhacej pece je možné súčasne vložiť dávku kremíkových plátkov na žíhanie. Doba žíhania je zvyčajne 20 až 30 minút, ale reakčná komora potrebuje dlhší čas zahrievania, aby dosiahla teplotu požadovanú procesom žíhania.
Proces vertikálnej žíhacej pece tiež využíva metódu súčasného vkladania dávky kremíkových plátkov do reakčnej komory žíhacej pece na spracovanie žíhaním. Reakčná komora má vertikálnu štruktúru, ktorá umožňuje umiestnenie kremíkových plátkov do kremenného člna v horizontálnom stave.
Súčasne, keďže sa kremenný čln môže v reakčnej komore otáčať ako celok, teplota žíhania v reakčnej komore je rovnomerná, rozloženie teploty na kremíkovej doske je rovnomerné a má vynikajúce charakteristiky rovnomernosti žíhania. Avšak výrobné náklady vertikálnej žíhacej pece sú vyššie ako náklady horizontálnej žíhacej pece.
Rýchla žíhacia pec využíva halogénovú volfrámovú lampu na priame zahrievanie kremíkového plátku, čím je možné dosiahnuť rýchle zahriatie alebo ochladenie v širokom rozsahu 1 až 250 °C/s. Rýchlosť ohrevu alebo chladenia je rýchlejšia ako pri tradičnej žíhacej peci. Zahriatie teploty reakčnej komory nad 1100 °C trvá len niekoľko sekúnd.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera môže poskytnúťgrafitové časti,mäkká/tuhá plsť,diely z karbidu kremíka, CVD diely z karbidu kremíka, aDiely potiahnuté SiC/TaCs úplným polovodičovým procesom za 30 dní.
Ak máte záujem o vyššie uvedené polovodičové produkty, prosím, neváhajte nás kontaktovať prvýkrát.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Čas odoslania: 26. augusta 2024