Пластиналар интегралдық схемаларды, дискретті жартылай өткізгіш құрылғыларды және күштік құрылғыларды өндіруге арналған негізгі шикізат болып табылады. Интегралдық схемалардың 90%-дан астамы жоғары таза, жоғары сапалы пластинкаларда жасалған.
Вафельді дайындауға арналған жабдық дегеніміз таза поликристалды кремний материалдарын белгілі бір диаметрі мен ұзындығы кремний бір кристалды өзекшеге айналдыру, содан кейін кремний монокристалды өзекше материалдарын бірқатар механикалық өңдеу, химиялық өңдеу және басқа процестерге ұшырату процесін білдіреді.
Белгілі бір геометриялық дәлдік пен бет сапасына қойылатын талаптарды қанағаттандыратын және чиптерді өндіру үшін қажетті кремний субстратын қамтамасыз ететін кремний пластинасын немесе эпитаксиалды кремний пластинасын өндіретін жабдық.
Диаметрі 200 мм-ден аз кремний пластинкаларын дайындаудың әдеттегі технологиялық ағыны:
Бір кристалды өсу → кесу → сыртқы диаметрі илемдеу → кесу → фаскалау → тегістеу → ою → алу → жылтырату → тазалау → эпитакси → орау, т.б.
Диаметрі 300 мм кремний пластинкаларын дайындаудың негізгі технологиялық ағыны келесідей:
Бір кристалды өсу → кесу → сыртқы диаметрлі илемдеу → кесу → фаскаларды кесу → бетті тегістеу → ою → жиекті жылтырату → екі жақты жылтырату → бір жақты жылтырату → соңғы тазалау → эпитаксия/жылтырату → орау, т.б.
1.Кремний материалы
Кремний жартылай өткізгіш материал болып табылады, өйткені оның 4 валенттік электроны бар және басқа элементтермен бірге периодтық жүйенің IVA тобында.
Кремнийдегі валенттік электрондардың саны оны жақсы өткізгіш (1 валенттік электрон) мен оқшаулағыштың (8 валенттік электрон) арасына орналастырады.
Таза кремний табиғатта кездеспейді және оны өндіруге жеткілікті таза ету үшін оны алу және тазарту керек. Ол әдетте кремний диоксиді (кремний оксиді немесе SiO2) және басқа силикаттарда кездеседі.
SiO2 басқа түрлеріне шыны, түссіз кристал, кварц, агат және мысық көзі жатады.
Жартылай өткізгіш ретінде қолданылған алғашқы материал 1940 және 1950 жылдардың басында германий болды, бірақ ол тез арада кремнийге ауыстырылды.
Негізгі жартылай өткізгіш материал ретінде кремний төрт негізгі себеп бойынша таңдалды:
Кремний материалдарының көптігі: Кремний - жер бетіндегі ең көп таралған екінші элемент, жер қыртысының 25% құрайды.
Кремний материалының жоғары балқу температурасы процеске кеңірек төзімділікке мүмкіндік береді: кремнийдің 1412°С балқу температурасы германийдің 937°С балқу температурасынан әлдеқайда жоғары. Жоғары балқу температурасы кремнийге жоғары температуралық процестерге төтеп беруге мүмкіндік береді.
Кремний материалдарының жұмыс температурасының кеңірек диапазоны бар;
Кремний оксидінің табиғи өсуі (SiO2): SiO2 - жоғары сапалы, тұрақты электр оқшаулағыш материал және кремнийді сыртқы ластанудан қорғау үшін тамаша химиялық тосқауыл ретінде әрекет етеді. Интегралды схемалардағы іргелес өткізгіштер арасындағы ағып кетуді болдырмау үшін электрлік тұрақтылық маңызды. SiO2 материалының тұрақты жұқа қабаттарын өсіру мүмкіндігі жоғары өнімді металл оксиді жартылай өткізгіш (MOS-FET) құрылғыларын өндіру үшін негіз болып табылады. SiO2 кремнийге ұқсас механикалық қасиеттерге ие, бұл кремний пластинасын шамадан тыс деформациясыз жоғары температурада өңдеуге мүмкіндік береді.
2. Вафельді дайындау
Жартылай өткізгіш пластиналар сусымалы жартылай өткізгіш материалдардан кесіледі. Бұл жартылай өткізгіш материалды кристалды таяқша деп атайды, ол поликристалды және қоспасыз ішкі материалдың үлкен блогынан өсіріледі.
Поликристалды блокты үлкен монокристалға айналдырып, оған дұрыс кристалдық бағдар және N-типті немесе Р-типті қоспалаудың сәйкес мөлшерін беру кристалдық өсу деп аталады.
Кремний пластинасын дайындауға арналған монокристалды кремний құймаларын алудың ең кең тараған технологиялары - Чохральский әдісі және аймақтық балқыту әдісі.
2.1 Чохральский әдісі және Чохральский монокристалды пеші
Czochralski (CZ) әдісі, сондай-ақ Czochralski (CZ) әдісі ретінде белгілі, балқытылған жартылай өткізгіштегі кремний сұйықтығын дұрыс кристалдық бағдары бар қатты монокристалды кремний құймаларына түрлендіру процесін білдіреді және N-типті немесе P- түрі.
Қазіргі уақытта монокристалды кремнийдің 85%-дан астамы Чохральский әдісімен өсіріледі.
Цочральский монокристалды пеші жабық жоғары вакуумда немесе сирек газды (немесе инертті газды) қорғау ортасында қыздыру арқылы тазалығы жоғары полисилицийлі материалдарды сұйықтыққа ерітетін, содан кейін белгілі бір сыртқы қасиеттері бар монокристалды кремний материалдарын қалыптастыру үшін оларды қайта кристалдандыратын технологиялық жабдықты білдіреді. өлшемдері.
Монокристалды пештің жұмыс принципі поликристалды кремний материалының сұйық күйде монокристалды кремний материалына қайта кристалдануының физикалық процесі.
CZ монокристалды пешін төрт бөлікке бөлуге болады: пеш корпусы, механикалық беріліс жүйесі, жылыту және температураны бақылау жүйесі және газ тасымалдау жүйесі.
Пештің корпусына пештің қуысы, тұқымдық кристалдық ось, кварц тигель, легирлеуші қасық, тұқым кристалының қақпағы және бақылау терезесі кіреді.
Пештің қуысы пештегі температураның біркелкі таралуын қамтамасыз етеді және жылуды жақсы тарата алады; тұқым кристалының білігі тұқым кристалын жоғары және төмен жылжыту және айналу үшін жылжыту үшін қолданылады; допингті қажет ететін қоспалар допинг қасыққа салынады;
Тұқымдық кристалды жабу тұқым кристалын ластанудан қорғауға арналған. Механикалық беріліс жүйесі негізінен тұқымдық кристалдың және тигельдің қозғалысын басқару үшін қолданылады.
Кремний ерітіндісінің тотықпауын қамтамасыз ету үшін пештегі вакуумдық дәрежесі өте жоғары болуы керек, әдетте 5 Торр-дан төмен және қосылған инертті газдың тазалығы 99,9999% жоғары болуы керек.
Кремний құймасын өсіру үшін тұқымдық кристал ретінде қажетті кристалдық бағдары бар монокристалды кремнийдің бір бөлігі пайдаланылады, ал өсірілген кремний құймасы тұқымдық кристалдың көшірмесі сияқты.
Балқытылған кремний мен монокристалды кремний тұқымының кристалы арасындағы интерфейстегі жағдайларды дәл бақылау қажет. Бұл шарттар кремнийдің жұқа қабаты тұқымдық кристалдың құрылымын дәл қайталай алатынын және ақырында үлкен бір кристалды кремний құймасына айналуын қамтамасыз етеді.
2.2 Аймақтық балқыту әдісі және аймақтық балқыту монокристалды пеші
Қалқымалы аймақ әдісі (FZ) құрамында оттегі өте төмен монокристалды кремний құймаларын шығарады. Қалқымалы аймақ әдісі 1950 жылдары жасалған және бүгінгі күнге дейін ең таза монокристалды кремнийді шығара алады.
Аймақтық балқыту монокристалды пеші жоғары вакуумда немесе сирек кварцты құбырлы газда поликристалды өзекше корпусының жоғары температуралы тар жабық аймағы арқылы поликристалды өзекшеде тар балқу аймағын алу үшін аймақтық балқыту принципін қолданатын пешті білдіреді. қоршаған ортаны қорғау.
Балқу аймағын жылжыту және оны бір кристалды өзекшеге біртіндеп кристалдану үшін поликристалды стерженьді немесе пештің қыздырғыш корпусын жылжытатын технологиялық жабдық.
Аймақтық балқыту әдісімен монокристалды өзекшелерді дайындаудың сипаттамасы мынада: поликристалды өзекшелердің тазалығын монокристалды өзектерге кристалдану процесінде жақсартуға болады, ал өзек материалдарының легирленген өсуі біркелкі болады.
Аймақтық балқыту монокристалды пештерінің түрлерін екі түрге бөлуге болады: беттік керілуге сүйенетін қалқымалы аймақтық монокристалды балқыту пештері және көлденең аймақтық монокристалды балқыту пештері. Практикалық қолданбаларда аймақтық балқыту монокристалды пештер әдетте қалқымалы аймақты балқытуды қолданады.
Аймақтық балқыту монокристалды пеші тигельді қажет етпей-ақ жоғары тазалығы төмен оттегі бар монокристалды кремнийді дайындай алады. Ол негізінен жоғары кедергісі бар (>20кОм·см) монокристалды кремнийді дайындау және балқыту аймағының кремнийін тазарту үшін қолданылады. Бұл өнімдер негізінен дискретті қуатты құрылғыларды өндіруде қолданылады.
Аймақтық балқыту монокристалды пеші пеш камерасынан, жоғарғы біліктен және төменгі біліктен (механикалық беріліс бөлігі), кристалды өзекшеден, тұқымдық кристалды патроннан, қыздырғыш катушкадан (жоғары жиілікті генератор), газ порттарынан (вакуумдық порт, газ кірісі, жоғарғы газ шығысы) т.б.
Пеш камерасының құрылымында салқындатқыш судың айналымы ұйымдастырылған. Монокристалды пештің жоғарғы білігінің төменгі ұшы поликристалды стерженьді қысу үшін қолданылатын кристалды өзекше болып табылады; төменгі біліктің үстіңгі шеті - тұқымдық кристалды қысу үшін қолданылатын тұқымдық кристалды патрон.
Жылыту катушкасына жоғары жиілікті қуат көзі беріледі, ал поликристалды өзекшеде төменгі ұшынан бастап тар балқу аймағы қалыптасады. Сонымен бірге жоғарғы және төменгі осьтер айналады және төмендейді, осылайша балқу аймағы бір кристалға кристалданады.
Аймақтық балқыту монокристалды пешінің артықшылығы мынада: ол дайындалған монокристалдың тазалығын жақсартып қана қоймай, сонымен қатар штанганың легирленген өсуін біркелкі етеді және монокристалды өзекше бірнеше процестер арқылы тазартылуы мүмкін.
Аймақтық балқыту монокристалды пешінің кемшіліктері технологиялық шығындардың жоғары болуы және дайындалған монокристалдың кіші диаметрі болып табылады. Қазіргі уақытта дайындауға болатын монокристалдың максималды диаметрі 200 мм.
Аймақтық балқыту монокристалды пеш жабдығының жалпы биіктігі салыстырмалы түрде жоғары, ал жоғарғы және төменгі осьтердің жүрісі салыстырмалы түрде ұзақ, сондықтан ұзағырақ монокристалды өзекшелерді өсіруге болады.
3. Вафельді өңдеу және жабдықтар
Жартылай өткізгіш өндірісінің талаптарына сәйкес келетін кремний субстратын, атап айтқанда пластинаны қалыптастыру үшін кристалды өзекше бірқатар процестерден өтуі керек. Өңдеудің негізгі процесі:
Төңкеру, кесу, кесу, вафельді күйдіру, фаскаларды кесу, тегістеу, жылтырату, тазалау және орау және т.б.
3.1 Вафельді күйдіру
Поликристалды кремний мен Чохральский кремнийін өндіру процесінде монокристалды кремнийде оттегі бар. Белгілі бір температурада монокристалды кремнийдегі оттегі электрондарды береді, ал оттегі оттегі донорларына айналады. Бұл электрондар кремний пластинкасындағы қоспалармен қосылып, кремний пластинкасының кедергісіне әсер етеді.
Күйдіру пеші: пештегі температураны сутегі немесе аргон ортасында 1000-1200°С дейін көтеретін пешті айтады. Жылыту және салқындату арқылы жылтыратылған кремний пластинкасының бетіне жақын оттегі ұшады және оның бетінен жойылады, бұл оттегінің тұнбаға түсуіне және қабаттасуына әкеледі.
Кремний пластинасының бетіндегі микро ақауларды ерітетін, кремний пластинкасының бетіндегі қоспалардың мөлшерін азайтатын, ақауларды азайтатын және кремний пластинасының бетінде салыстырмалы түрде таза аумақты құрайтын технологиялық жабдық.
Күйдіретін пешті жоғары температураға байланысты жоғары температуралы пеш деп те атайды. Өнеркәсіп сонымен қатар кремний пластинасын жасыту процесін алу деп атайды.
Кремний пластинасын жасыту пеші бөлінеді:
-Көлденең күйдіру пеші;
-Тік күйдіру пеші;
-Жылдам күйдіру пеші.
Көлденең күйдіру пешінің тік күйдіру пешінен негізгі айырмашылығы - реакция камерасының орналасу бағыты.
Көлденең күйдіру пешінің реакциялық камерасы көлденең құрылымдалған және кремний пластиналар партиясын бір уақытта күйдіру үшін күйдіру пешінің реакциялық камерасына жүктеуге болады. Жасыту уақыты әдетте 20-30 минутты құрайды, бірақ жасыту процесі талап ететін температураға жету үшін реакция камерасына ұзағырақ қыздыру уақыты қажет.
Тік күйдіру пешінің процесі сонымен қатар кремний пластинкаларының партиясын күйдіру пешінің реакциялық камерасына күйдіру өңдеу үшін жүктеу әдісін де қабылдайды. Реакция камерасында кремний пластинкаларын кварцтық қайыққа көлденең күйде орналастыруға мүмкіндік беретін тік құрылым схемасы бар.
Сонымен бірге кварцтық қайық реакция камерасында тұтастай айнала алатындықтан, реакциялық камераның жасыту температурасы біркелкі, кремний пластинасында температураның таралуы біркелкі және ол тамаша күйдірудің біркелкі сипаттамаларына ие. Дегенмен, тік күйдіру пешінің технологиялық құны көлденең күйдіру пешіне қарағанда жоғары.
Жылдам күйдіретін пеш кремний пластинасын тікелей қыздыру үшін галогендік вольфрам шамын пайдаланады, ол 1-ден 250°C/с кең диапазонында жылдам қыздыруға немесе салқындатуға қол жеткізе алады. Жылыту немесе салқындату жылдамдығы дәстүрлі күйдіру пешіне қарағанда жылдамырақ. Реакция камерасының температурасын 1100°C-тан жоғары қыздыру үшін бар болғаны бірнеше секунд қажет.
————————————————————————————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera қамтамасыз ете аладыграфит бөліктері,жұмсақ/қатты киіз,кремний карбиді бөліктері, CVD кремний карбиді бөліктері, жәнеSiC/TaC қапталған бөлшектер30 күн ішінде толық жартылай өткізгіш процесімен.
Егер сізді жоғарыда аталған жартылай өткізгіш өнімдер қызықтырса, бірінші рет бізге хабарласудан тартынбаңыз.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Жіберу уақыты: 26 тамыз 2024 ж