As obleas son as principais materias primas para a produción de circuítos integrados, dispositivos semicondutores discretos e dispositivos de potencia. Máis do 90% dos circuítos integrados están feitos en obleas de alta pureza e alta calidade.
O equipo de preparación de obleas refírese ao proceso de transformación de materiais de silicio policristalino puro en materiais de varilla de cristal único de silicio dun determinado diámetro e lonxitude e, a continuación, someter os materiais de varilla de cristal único de silicio a unha serie de procesamentos mecánicos, tratamento químico e outros procesos.
Equipos que fabrican obleas de silicio ou obleas de silicio epitaxiais que cumpren certos requisitos de precisión xeométrica e calidade de superficie e proporcionan o substrato de silicio necesario para a fabricación de chips.
O fluxo de proceso típico para preparar obleas de silicio cun diámetro inferior a 200 mm é:
Crecemento de cristal único → truncado → laminación de diámetro exterior → cortado → achaflanado → moenda → gravado → fusión → pulido → limpeza → epitaxia → envasado, etc.
O fluxo principal do proceso para preparar obleas de silicio cun diámetro de 300 mm é o seguinte:
Crecemento de cristal único → truncado → laminación de diámetro exterior → corte → achaflanado → rectificado superficial → gravado → pulido de bordos → pulido por dúas caras → pulido dunha soa cara → limpeza final → epitaxia/recocido → envasado, etc.
1.Material de silicona
O silicio é un material semicondutor porque ten 4 electróns de valencia e está no grupo IVA da táboa periódica xunto con outros elementos.
O número de electróns de valencia no silicio sitúao xusto entre un bo condutor (1 electrón de valencia) e un illante (8 electróns de valencia).
O silicio puro non se atopa na natureza e debe ser extraído e purificado para facelo o suficientemente puro para a súa fabricación. Adoita atoparse en sílice (óxido de silicio ou SiO2) e outros silicatos.
Outras formas de SiO2 inclúen vidro, cristal incoloro, cuarzo, ágata e ollo de gato.
O primeiro material utilizado como semicondutor foi o xermanio nos anos 40 e principios dos 50, pero rapidamente foi substituído polo silicio.
O silicio foi elixido como o principal material semicondutor por catro razóns principais:
Abundancia de materiais de silicio: O silicio é o segundo elemento máis abundante na Terra, representando o 25% da codia terrestre.
O punto de fusión máis alto do material de silicio permite unha maior tolerancia ao proceso: o punto de fusión do silicio a 1412 °C é moito maior que o punto de fusión do xermanio a 937 °C. O punto de fusión máis alto permite que o silicio resista procesos de alta temperatura.
Os materiais de silicio teñen un rango de temperatura de funcionamento máis amplo;
Crecemento natural de óxido de silicio (SiO2): SiO2 é un material illante eléctrico estable de alta calidade e actúa como unha excelente barreira química para protexer o silicio da contaminación externa. A estabilidade eléctrica é importante para evitar fugas entre condutores adxacentes en circuítos integrados. A capacidade de cultivar capas finas estables de material SiO2 é fundamental para a fabricación de dispositivos de semicondutores de óxido metálico de alto rendemento (MOS-FET). SiO2 ten propiedades mecánicas similares ao silicio, permitindo o procesamento a alta temperatura sen deformación excesiva da oblea de silicio.
2.Preparación de obleas
As obleas de semicondutores son cortadas a partir de materiais semicondutores a granel. Este material semicondutor chámase varilla de cristal, que se cultiva a partir dun gran bloque de material intrínseco policristalino e non dopado.
Transformar un bloque policristalino nun único cristal grande e darlle a orientación correcta do cristal e a cantidade adecuada de dopaxe tipo N ou tipo P chámase crecemento cristalino.
As tecnoloxías máis comúns para producir lingotes de silicio monocristalino para a preparación de obleas de silicio son o método Czochralski e o método de fusión por zonas.
2.1 Método Czochralski e forno de cristal único Czochralski
O método Czochralski (CZ), tamén coñecido como método Czochralski (CZ), refírese ao proceso de conversión de líquido de silicio fundido de calidade semicondutor en lingotes de silicio monocristalino sólido coa orientación correcta do cristal e dopados en tipo N ou P- tipo.
Actualmente, máis do 85% do silicio monocristalino cultívase mediante o método Czochralski.
Un forno de cristal único de Czochralski refírese a un equipo de proceso que funde materiais de polisilicio de alta pureza en líquido quentándose nun ambiente pechado de alto baleiro ou de gas raro (ou gas inerte) e despois os recristaliza para formar materiais de silicio monocristal con certos elementos externos. dimensións.
O principio de funcionamento do forno monocristalino é o proceso físico de recristalización do material de silicio policristalino en material de silicio monocristalino en estado líquido.
O forno de cristal único CZ pódese dividir en catro partes: corpo do forno, sistema de transmisión mecánica, sistema de calefacción e control de temperatura e sistema de transmisión de gas.
O corpo do forno inclúe unha cavidade do forno, un eixe de cristal de semente, un crisol de cuarzo, unha culler de dopaxe, unha tapa de cristal de semente e unha ventá de observación.
A cavidade do forno é para garantir que a temperatura no forno se distribúa uniformemente e poida disipar ben a calor; o eixe de cristal de semente úsase para impulsar o cristal de semente para moverse cara arriba e abaixo e xirar; as impurezas que hai que dopar colócanse na culler de dopaxe;
A cuberta de cristal de semente é para protexer o cristal de semente da contaminación. O sistema de transmisión mecánica úsase principalmente para controlar o movemento do cristal de semente e do crisol.
Para garantir que a solución de silicio non se oxide, é necesario que o grao de baleiro no forno sexa moi alto, xeralmente inferior a 5 Torr, e a pureza do gas inerte engadido debe ser superior ao 99,9999%.
Unha peza de silicio monocristal coa orientación de cristal desexada úsase como cristal de semente para cultivar un lingote de silicio, e o lingote de silicio cultivado é como unha réplica do cristal de semente.
As condicións na interface entre o silicio fundido e o cristal de semente de silicio monocristalino deben controlarse con precisión. Estas condicións garanten que a fina capa de silicio pode replicar con precisión a estrutura do cristal de semente e, finalmente, crecer nun gran lingote de silicio monocristal.
2.2 Método de fusión de zonas e forno de cristal único de fusión de zonas
O método de zona flotante (FZ) produce lingotes de silicio monocristalino cun contido de osíxeno moi baixo. O método da zona flotante foi desenvolvido na década de 1950 e pode producir o silicio monocristal máis puro ata a data.
O forno de cristal único de fusión de zonas refírese a un forno que utiliza o principio de fusión de zonas para producir unha zona de fusión estreita na varilla policristalina a través dunha área pechada estreita de alta temperatura do corpo do forno de varilla policristalina nun baleiro alto ou un gas de tubo de cuarzo raro. ambiente de protección.
Un equipo de proceso que move unha varilla policristalina ou un corpo de quecemento do forno para mover a zona de fusión e cristalizala gradualmente nunha única varilla de cristal.
A característica da preparación de varillas de cristal único mediante o método de fusión de zonas é que a pureza das varillas policristalinas pode mellorarse no proceso de cristalización en varillas de cristal único e o crecemento dopaxe dos materiais de varilla é máis uniforme.
Os tipos de fornos de cristal único de fusión de zona pódense dividir en dous tipos: fornos de cristal único de fusión de zona flotante que dependen da tensión superficial e fornos de fusión de cristal único de zona horizontal. En aplicacións prácticas, os fornos monocristais de fusión de zonas xeralmente adoptan a fusión de zona flotante.
O forno monocristal de fusión de zonas pode preparar silicio monocristal de alta pureza e baixo contido de osíxeno sen necesidade de crisol. Utilízase principalmente para preparar silicio monocristal de alta resistividade (>20kΩ·cm) e purificar o silicio de fusión da zona. Estes produtos utilízanse principalmente na fabricación de dispositivos de enerxía discreta.
O forno de fusión de cristal único consta dunha cámara de forno, un eixe superior e un eixe inferior (parte de transmisión mecánica), un portabrocas de varilla de cristal, un portabrocas de cristal de semente, unha bobina de calefacción (xerador de alta frecuencia), portos de gas (porta de baleiro, entrada de gas, saída de gas superior), etc.
Na estrutura da cámara do forno, a circulación de auga de refrixeración está disposta. O extremo inferior do eixe superior do forno de cristal único é un portabrocas de varilla de cristal, que se usa para suxeitar unha varilla policristalina; o extremo superior do eixe inferior é un portabrocas de cristal de semente, que se usa para suxeitar o cristal de semente.
Unha fonte de alimentación de alta frecuencia é subministrada á bobina de calefacción, e unha zona de fusión estreita fórmase na varilla policristalina a partir do extremo inferior. Ao mesmo tempo, os eixes superior e inferior xiran e descenden, de xeito que a zona de fusión se cristaliza nun só cristal.
As vantaxes do forno de cristal único de fusión de zonas son que non só pode mellorar a pureza do cristal único preparado, senón que tamén fai que o crecemento do dopado da vara sexa máis uniforme e que a vara de cristal único pódese purificar mediante múltiples procesos.
As desvantaxes do forno monocristal de fusión de zonas son os altos custos do proceso e o pequeno diámetro do monocristal preparado. Actualmente, o diámetro máximo do monocristal que se pode preparar é de 200 mm.
A altura total do equipamento do forno de cristal único de fusión da zona é relativamente alta e a carreira dos eixes superior e inferior é relativamente longa, polo que se poden cultivar varas de cristal único máis longas.
3. Procesado e equipamento de obleas
A barra de cristal necesita pasar por unha serie de procesos para formar un substrato de silicio que cumpra os requisitos da fabricación de semicondutores, é dicir, unha oblea. O proceso básico de procesamento é:
Golpeado, corte, rebanado, recocido de obleas, achaflanado, esmerilado, pulido, limpeza e envasado, etc.
3.1 Recocido de obleas
No proceso de fabricación de silicio policristalino e silicio Czochralski, o silicio monocristalino contén osíxeno. A certa temperatura, o osíxeno do silicio monocristalino doará electróns e o osíxeno converterase en doadores de osíxeno. Estes electróns combinaranse con impurezas na oblea de silicio e afectarán a resistividade da oblea de silicio.
Forno de recocido: refírese a un forno que eleva a temperatura do forno a 1000-1200 °C nun ambiente de hidróxeno ou argón. Ao manterse quente e arrefriado, o osíxeno preto da superficie da oblea de silicio pulida volatilízase e elimínase da súa superficie, facendo que o osíxeno precipite e forme capas.
Equipos de proceso que disolven microdefectos na superficie das obleas de silicio, reducen a cantidade de impurezas preto da superficie das obleas de silicio, reducen os defectos e forman unha zona relativamente limpa na superficie das obleas de silicio.
O forno de recocido tamén se chama forno de alta temperatura pola súa alta temperatura. A industria tamén denomina gettering ao proceso de recocido de obleas de silicio.
O forno de recocido de obleas de silicio divídese en:
-Forno de recocido horizontal;
-Forno de recocido vertical;
-Forno de recocido rápido.
A principal diferenza entre un forno de recocido horizontal e un forno de recocido vertical é a dirección de disposición da cámara de reacción.
A cámara de reacción do forno de recocido horizontal está estruturada horizontalmente e un lote de obleas de silicio pódese cargar na cámara de reacción do forno de recocido ao mesmo tempo. O tempo de recocido adoita ser de 20 a 30 minutos, pero a cámara de reacción necesita un tempo de quecemento máis longo para alcanzar a temperatura requirida polo proceso de recocido.
O proceso do forno de recocido vertical tamén adopta o método de cargar simultaneamente un lote de obleas de silicio na cámara de reacción do forno de recocido para o tratamento de recocido. A cámara de reacción ten unha estrutura vertical, o que permite colocar as obleas de silicio nun barco de cuarzo en estado horizontal.
Ao mesmo tempo, dado que o barco de cuarzo pode xirar como un todo na cámara de reacción, a temperatura de recocido da cámara de reacción é uniforme, a distribución de temperatura na oblea de silicio é uniforme e ten excelentes características de uniformidade de recocido. Non obstante, o custo do proceso do forno de recocido vertical é maior que o do forno de recocido horizontal.
O forno de recocido rápido usa unha lámpada halóxena de tungsteno para quentar directamente a oblea de silicio, que pode conseguir un quecemento ou arrefriamento rápido nun amplo rango de 1 a 250 °C/s. A velocidade de quecemento ou arrefriamento é máis rápida que a dun forno de recocido tradicional. Só leva uns segundos quentar a temperatura da cámara de reacción por encima dos 1100 °C.
———————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera pode proporcionarpezas de grafito,feltro suave/ríxido,pezas de carburo de silicio, Pezas de carburo de silicio CVD, ePezas recubertas de SiC/TaCcon proceso de semicondutores completo en 30 días.
Se estás interesado nos produtos de semicondutores anteriores, por favor, non dubide en contactar connosco a primeira vez.
Teléfono: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Hora de publicación: 26-ago-2024