Téhnologi Semikonduktor sareng Peralatan (2/7)- Persiapan sareng Ngolah Wafer

Wafer mangrupikeun bahan baku utama pikeun ngahasilkeun sirkuit terpadu, alat semikonduktor diskrit sareng alat listrik. Langkung ti 90% sirkuit terpadu didamel dina wafer kualitas luhur anu murni.

Alat-alat préparasi wafer nujul kana prosés nyieun bahan silikon polycrystalline murni kana silikon bahan rod kristal tunggal tina diaméter jeung panjang nu tangtu, lajeng subjecting nu silikon bahan rod kristal tunggal kana runtuyan processing mékanis, perlakuan kimiawi jeung prosés lianna.

Alat-alat anu ngahasilkeun wafer silikon atanapi wafer silikon epitaxial anu nyumponan akurasi geometri sareng syarat kualitas permukaan sareng nyayogikeun substrat silikon anu diperyogikeun pikeun manufaktur chip.

Alur prosés has pikeun nyiapkeun wafer silikon kalayan diaméter kirang ti 200 mm nyaéta:
Tumuwuh kristal tunggal → truncation → diaméterna luar rolling → slicing → chamfering → grinding → etching → gettering → polishing → beberesih → epitaxy → bungkusan, jsb.

Aliran prosés utama pikeun nyiapkeun wafer silikon kalayan diaméter 300 mm nyaéta kieu:
Tumuwuh kristal tunggal → truncation → rolling diaméterna luar → slicing → chamfering → grinding permukaan → etching → polishing ujung → polishing dua kali sided → polishing single-sided → beberesih ahir → epitaxy / annealing → bungkusan, jsb.

1.bahan silikon

Silikon mangrupa bahan semikonduktor sabab mibanda 4 éléktron valénsi sarta aya dina golongan IVA tabel periodik babarengan jeung unsur séjén.

Jumlah éléktron valénsi dina silikon nempatkeun eta katuhu antara konduktor alus (1 éléktron valénsi) jeung insulator (8 éléktron valénsi).

Silikon murni henteu kapendak di alam sareng kedah diekstrak sareng dimurnikeun supados cukup murni pikeun manufaktur. Biasana aya dina silika (silikon oksida atanapi SiO2) sareng silikat sanésna.

Bentuk séjén SiO2 kaasup kaca, kristal teu warnaan, kuarsa, agate jeung panon ucing.

Bahan mimiti dipaké salaku semikonduktor nyaéta germanium dina 1940s sarta mimiti 1950s, tapi ieu gancang diganti ku silikon.

Silicon dipilih salaku bahan semikonduktor utama pikeun opat alesan utama:

Kelimpahan Bahan Silikon: Silikon nyaéta unsur kadua panglobana di Bumi, ngitung 25% tina kerak Bumi.

Titik lebur bahan silikon anu langkung luhur ngamungkinkeun kasabaran prosés anu langkung ageung: titik lebur silikon dina 1412°C jauh leuwih luhur batan titik lebur germanium dina 937°C. Titik lebur anu langkung luhur ngamungkinkeun silikon nahan prosés suhu luhur.

Bahan silikon ngagaduhan rentang suhu operasi anu langkung lega;

Tumuwuh alami silikon oksida (SiO2): SiO2 mangrupakeun kualitas luhur, bahan insulating listrik stabil sarta tindakan minangka hiji panghalang kimiawi alus teuing ngajaga silikon tina kontaminasi éksternal. Stabilitas listrik penting pikeun nyegah bocor antara konduktor anu padeukeut dina sirkuit terpadu. Kamampuhan pikeun tumuwuh lapisan ipis stabil tina bahan SiO2 mangrupakeun dasar pikeun pabrik-kinerja tinggi logam-oksida semikonduktor (MOS-FET) alat. SiO2 gaduh sipat mékanis anu sami sareng silikon, ngamungkinkeun pamrosésan suhu luhur tanpa wafer silikon anu kaleuleuwihan.
 
2. Persiapan wafer

Wafer semikonduktor dipotong tina bahan semikonduktor bulk. Bahan semikonduktor ieu disebut rod kristal, nu tumuwuh tina blok badag polycrystalline sarta bahan intrinsik undoped.

Transforming blok polycrystalline kana kristal tunggal badag tur mere eta orientasi kristal bener jeung jumlah luyu N-tipe atawa P-tipe doping disebut pertumbuhan kristal.

Téknologi anu paling umum pikeun ngahasilkeun ingot silikon kristal tunggal pikeun persiapan wafer silikon nyaéta metode Czochralski sareng metode lebur zona.

2.1 Métode Czochralski jeung Czochralski tungku kristal tunggal

Métode Czochralski (CZ), ogé katelah métode Czochralski (CZ), nujul kana prosés ngarobah cair silikon kelas semikonduktor cair kana ingot silikon kristal tunggal padet kalayan orientasi kristal anu leres sareng doped kana tipe-N atanapi P- ngetik.

Ayeuna, langkung ti 85% tina silikon kristal tunggal dipelak nganggo metode Czochralski.

Tungku kristal tunggal Czochralski ngarujuk kana alat prosés anu ngalebur bahan polysilicon kalayan kemurnian tinggi kana cairan ku cara dipanaskeun dina vakum tinggi anu ditutup atanapi lingkungan panyalindungan gas langka (atanapi gas inert), teras ngarecrystallize aranjeunna pikeun ngabentuk bahan silikon kristal tunggal sareng éksternal anu tangtu. dimensi.

Prinsip kerja tina tungku kristal tunggal nyaéta prosés fisik bahan silikon polycrystalline recrystallizing kana bahan silikon kristal tunggal dina kaayaan cair.

Tungku kristal tunggal CZ tiasa dibagi jadi opat bagian: awak tungku, sistem transmisi mékanis, sistem pemanasan sareng kontrol suhu, sareng sistem transmisi gas.

Awak tungku ngawengku rohangan tungku, sumbu kristal cikal, crucible kuarsa, sendok doping, panutup kristal cikal, sarta jandela observasi.

Rongga tungku nyaéta pikeun mastikeun yén suhu dina tungku disebarkeun merata sareng tiasa ngaleungitkeun panas ogé; aci kristal cikal dipaké pikeun ngajalankeun kristal cikal pikeun mindahkeun luhur jeung ka handap tur muterkeun; najis nu kudu doped disimpen dina sendok doping;

Panutup kristal cikal pikeun ngajaga kristal cikal tina kontaminasi. Sistem transmisi mékanis utamana dipaké pikeun ngadalikeun gerakan kristal cikal jeung crucible.

Dina raraga pikeun mastikeun yén leyuran silikon teu dioksidasi, darajat vakum dina tungku anu diperlukeun pikeun jadi kacida luhurna, umumna handap 5 Torr, sarta purity tina gas inert ditambahkeun kudu luhur 99,9999%.

Parahu wafer Parabot Difusi 

Sapotong silikon kristal tunggal sareng orientasi kristal anu dipikahoyong dianggo salaku kristal siki pikeun tumuwuh ingot silikon, sareng ingot silikon anu tumbuh sapertos réplika kristal siki.

Kaayaan dina panganteur antara silikon molten jeung kristal tunggal kristal cikal silikon perlu dikawasa persis. Kaayaan ieu mastikeun yén lapisan ipis silikon bisa akurat ngayakeun réplikasi struktur kristal cikal sarta ahirna tumuwuh jadi ingot silikon kristal tunggal badag.

2.2 Métode lebur Zona jeung Zona lebur Tungku Kristal Tunggal

Metode zona ngambang (FZ) ngahasilkeun ingot silikon kristal tunggal kalayan eusi oksigén anu rendah pisan. Metode zona ngambang dikembangkeun dina taun 1950-an sareng tiasa ngahasilkeun silikon kristal tunggal anu paling murni dugi ka ayeuna.

Zona lebur tungku kristal tunggal nujul kana tungku anu ngagunakeun prinsip lebur zona pikeun ngahasilkeun zona lebur sempit dina rod polycrystalline ngaliwatan wewengkon katutup sempit suhu luhur awak tungku rod polycrystalline dina vakum tinggi atawa gas tube quartz langka. lingkungan panyalindungan.

Alat prosés anu ngagerakkeun rod polycrystalline atanapi awak pemanasan tungku pikeun mindahkeun zona lebur sareng laun-laun ngakristalkeun kana batang kristal tunggal.

Ciri tina Nyiapkeun rod kristal tunggal ku metoda zone lebur nyaéta yén purity of polycrystalline rod bisa ningkat dina prosés kristalisasi kana rod kristal tunggal, sarta pertumbuhan doping bahan rod leuwih seragam.
Jinis zone lebur tungku kristal tunggal bisa dibagi jadi dua jenis: ngambang zone lebur tungku kristal tunggal nu ngandelkeun tegangan permukaan jeung zone horizontal lebur tungku kristal tunggal. Dina aplikasi praktis, zone lebur tungku kristal tunggal umumna ngadopsi ngambang zone lebur.

The zone lebur tungku kristal tunggal bisa nyiapkeun-purity tinggi low-oksigén silikon kristal tunggal tanpa merlukeun crucible a. Ieu utamana dipaké pikeun nyiapkeun tinggi-resistivity (> 20kΩ · cm) silikon kristal tunggal jeung purify zone lebur silikon. Produk ieu utamana dipaké dina pabrik alat kakuatan diskrit.

 

Parahu wafer Peralatan Oksidasi

 

Zona lebur tungku kristal tunggal diwangun ku chamber tungku, hiji aci luhur jeung aci handap (bagian transmisi mékanis), a cuk rod kristal, a cuk kristal cikal, a coil pemanasan (generator frekuensi tinggi), palabuhan gas (port vakum, inlet gas, outlet gas luhur), jsb.

Dina struktur chamber tungku, sirkulasi cai cooling diatur. Tungtung handap aci luhur tungku kristal tunggal mangrupakeun cuk rod kristal, nu dipaké pikeun clamp rod polycrystalline; tungtung luhur aci handap mangrupakeun cuk kristal cikal, nu dipaké pikeun clamp kristal cikal.

Pasokan listrik frékuénsi luhur disayogikeun ka coil pemanasan, sareng zona lebur sempit kabentuk dina rod polycrystalline mimitian ti tungtung handap. Dina waktos anu sami, sumbu luhur sareng handap puteran sareng turun, supados zona lebur dikristalkeun kana kristal tunggal.

Kaunggulan tina zone lebur tungku kristal tunggal téh nya éta teu ngan bisa ningkatkeun purity tina kristal tunggal disusun, tapi ogé nyieun rod doping tumuwuhna leuwih seragam, sarta rod kristal tunggal bisa dimurnikeun ngaliwatan sababaraha prosés.

Kalemahan zona lebur tungku kristal tunggal nyaéta biaya prosés anu luhur sareng diaméter leutik tina kristal tunggal anu disiapkeun. Ayeuna, diaméter maksimum kristal tunggal anu tiasa disiapkeun nyaéta 200mm.
Jangkungna sakabéh zona lebur parabot tungku kristal tunggal relatif tinggi, sarta stroke tina sumbu luhur jeung handap relatif panjang, jadi panjang rod kristal tunggal bisa tumuwuh.

 

 
3. Wafer processing jeung alat

Batang kristal kedah ngalangkungan sababaraha prosés pikeun ngabentuk substrat silikon anu nyumponan sarat manufaktur semikonduktor, nyaéta wafer. Prosés dasar ngolah nyaéta:
Tumbling, motong, slicing, wafer annealing, chamfering, grinding, polishing, beberesih sarta bungkusan, jsb.

3.1 Wafer Annealing

Dina prosés manufaktur polycrystalline silikon jeung silikon Czochralski, silikon kristal tunggal ngandung oksigén. Dina suhu nu tangtu, oksigén dina silikon kristal tunggal bakal nyumbang éléktron, sarta oksigén bakal dirobah jadi donor oksigén. Éléktron ieu bakal ngagabung sareng pangotor dina wafer silikon sareng mangaruhan résistivitas wafer silikon.

Tungku Annealing: ngarujuk kana tungku anu naékkeun suhu dina tungku ka 1000-1200 ° C dina lingkungan hidrogén atanapi argon. Ku tetep haneut tur cooling, oksigén deukeut beungeut wafer silikon digosok ieu volatilized sarta dipiceun tina beungeut cai, ngabalukarkeun oksigén ka endapanana sarta lapisan.

Alat-alat prosés anu ngabubarkeun cacad mikro dina permukaan wafer silikon, ngirangan jumlah najis caket permukaan wafer silikon, ngirangan cacad, sareng ngabentuk daérah anu bersih dina permukaan wafer silikon.

Tungku annealing disebut ogé tungku suhu luhur kusabab suhuna anu luhur. Industri ogé nyauran prosés annealing wafer silikon gettering.

Silicon wafer annealing tungku dibagi kana:

- tungku annealing horizontal;
- tungku annealing nangtung;
- tungku annealing gancang.

Beda utama antara tungku annealing horizontal sareng tungku annealing nangtung nyaéta arah perenah kamar réaksi.

The chamber réaksi tina tungku annealing horizontal ieu horisontal terstruktur, sarta angkatan wafers silikon bisa dimuat kana chamber réaksi tina tungku annealing pikeun annealing dina waktos anu sareng. Waktos annealing biasana 20 dugi ka 30 menit, tapi kamar réaksi peryogi waktos pemanasan anu langkung panjang pikeun ngahontal suhu anu diperyogikeun ku prosés annealing.

Prosés tungku annealing nangtung ogé adopts metoda sakaligus loading bets wafers silikon kana chamber réaksi tungku annealing pikeun perlakuan annealing. The chamber réaksi boga perenah struktur nangtung, anu ngamungkinkeun wafers silikon bisa disimpen dina parahu quartz dina kaayaan horizontal.

Dina waktu nu sarua, saprak parahu quartz bisa muterkeun sakabéhna di chamber réaksi, suhu annealing sahiji chamber réaksi téh seragam, sebaran suhu dina wafer silikon téh seragam, sarta mibanda ciri uniformity annealing alus teuing. Sanajan kitu, biaya prosés tungku annealing nangtung leuwih luhur batan tungku annealing horizontal.

The tungku annealing gancang ngagunakeun lampu tungsten halogén langsung panas wafer silikon, nu bisa ngahontal pemanasan gancang atawa cooling dina rentang lega 1 nepi ka 250 ° C / s. Laju pemanasan atanapi pendinginan langkung gancang tibatan tungku anil tradisional. Ngan butuh sababaraha detik pikeun memanaskeun suhu kamar réaksi ka luhur 1100°C.

 

———————————————————————————————————————————————— ——

Semicera tiasa nyayogikeunbagian grafit,lemes / karasa kaku,bagian silikon carbide, Bagian karbida silikon CVD, jeungSiC / TaC bagian coatedkalawan prosés semikonduktor pinuh dina 30 poé.

Upami anjeun resep kana produk semikonduktor di luhur, punten ulah ragu ngahubungan kami dina munggaran waktu.

 

Telepon: +86-13373889683

WhatsApp: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com


waktos pos: Aug-26-2024