Пластины являются основным сырьем для производства интегральных схем, дискретных полупроводниковых приборов и силовых устройств. Более 90% интегральных схем изготавливаются на чистых высококачественных пластинах.
Оборудование для подготовки пластин относится к процессу изготовления чистых поликристаллических кремниевых материалов в кремниевые монокристаллические стержневые материалы определенного диаметра и длины, а затем подверганию кремниевых монокристаллических стержневых материалов серии механической обработки, химической обработки и других процессов.
Оборудование, которое производит кремниевые пластины или эпитаксиальные кремниевые пластины, отвечающие определенным требованиям к геометрической точности и качеству поверхности, а также обеспечивает необходимую кремниевую подложку для производства чипов.
Типичная технологическая схема изготовления кремниевых пластин диаметром менее 200 мм выглядит следующим образом:
Рост монокристаллов → усечение → прокатка по наружному диаметру → нарезка → снятие фасок → шлифование → травление → геттерирование → полировка → очистка → эпитаксия → упаковка и т. д.
Основная технологическая схема изготовления кремниевых пластин диаметром 300 мм выглядит следующим образом:
Выращивание монокристаллов → усечение → прокатка по наружному диаметру → нарезка → снятие фасок → шлифовка поверхности → травление → полировка кромок → двухсторонняя полировка → односторонняя полировка → окончательная очистка → эпитаксия/отжиг → упаковка и т. д.
1. Кремниевый материал
Кремний является полупроводниковым материалом, поскольку он имеет 4 валентных электрона и находится в группе IVA таблицы Менделеева вместе с другими элементами.
Количество валентных электронов в кремнии ставит его между хорошим проводником (1 валентный электрон) и изолятором (8 валентных электронов).
Чистый кремний не встречается в природе, и его необходимо экстрагировать и очищать, чтобы сделать его достаточно чистым для производства. Обычно он содержится в кремнеземе (оксиде кремния или SiO2) и других силикатах.
Другие формы SiO2 включают стекло, бесцветный кристалл, кварц, агат и кошачий глаз.
Первым материалом, использованным в качестве полупроводника, был германий в 1940-х и начале 1950-х годов, но его быстро заменил кремний.
Кремний был выбран в качестве основного полупроводникового материала по четырем основным причинам:
Обилие кремниевых материалов: Кремний — второй по распространенности элемент на Земле, на его долю приходится 25% земной коры.
Более высокая температура плавления кремниевого материала обеспечивает более широкий технологический допуск.: температура плавления кремния при 1412°С значительно выше, чем температура плавления германия при 937°С. Более высокая температура плавления позволяет кремнию выдерживать высокотемпературные процессы.
Кремниевые материалы имеют более широкий диапазон рабочих температур.;
Естественный рост оксида кремния (SiO2): SiO2 является высококачественным, стабильным электроизоляционным материалом и действует как превосходный химический барьер для защиты кремния от внешнего загрязнения. Электрическая стабильность важна для предотвращения утечек между соседними проводниками в интегральных схемах. Способность выращивать стабильные тонкие слои материала SiO2 имеет основополагающее значение для производства высокопроизводительных металлооксидно-полупроводниковых устройств (MOS-FET). SiO2 имеет механические свойства, аналогичные кремнию, что позволяет осуществлять высокотемпературную обработку без чрезмерного коробления кремниевых пластин.
2.Приготовление вафель
Полупроводниковые пластины вырезаются из объемных полупроводниковых материалов. Этот полупроводниковый материал называется кристаллическим стержнем, который выращивается из большого блока поликристаллического и нелегированного внутреннего материала.
Преобразование поликристаллического блока в большой монокристалл и придание ему правильной ориентации кристалла и соответствующего количества легирования N-типа или P-типа называется ростом кристалла.
Наиболее распространенными технологиями получения слитков монокристаллического кремния для изготовления кремниевых пластин являются метод Чохральского и метод зонной плавки.
2.1 Метод Чохральского и монокристаллическая печь Чохральского
Метод Чохральского (CZ), также известный как метод Чохральского (CZ), относится к процессу преобразования расплавленной кремниевой жидкости полупроводникового качества в твердые слитки монокристаллического кремния с правильной кристаллической ориентацией и легированием в N-тип или P-тип. тип.
В настоящее время более 85% монокристаллического кремния выращивается методом Чохральского.
Монокристаллическая печь Чохральского относится к технологическому оборудованию, которое плавит поликремниевые материалы высокой чистоты в жидкость путем нагрева в закрытом высоком вакууме или среде защиты от инертного газа (или инертного газа), а затем рекристаллизует их с образованием монокристаллических кремниевых материалов с определенными внешними свойствами. размеры.
Принцип работы печи для монокристалла заключается в физическом процессе рекристаллизации поликристаллического кремниевого материала в монокристаллический кремниевый материал в жидком состоянии.
Монокристаллическую печь CZ можно разделить на четыре части: корпус печи, систему механической трансмиссии, систему нагрева и контроля температуры и систему транспортировки газа.
Корпус печи включает полость печи, ось затравочного кристалла, кварцевый тигель, легирующую ложку, крышку затравочного кристалла и смотровое окно.
Полость печи должна обеспечивать равномерное распределение температуры в печи и хороший отвод тепла; вал затравочного кристалла используется для перемещения затравочного кристалла вверх и вниз и вращения; в ложку для допинга помещают примеси, которые необходимо допировать;
Крышка затравочного кристалла предназначена для защиты затравочного кристалла от загрязнения. Система механической передачи в основном используется для управления движением затравочного кристалла и тигля.
Чтобы гарантировать, что раствор кремния не окисляется, степень вакуума в печи должна быть очень высокой, обычно ниже 5 Торр, а чистота добавляемого инертного газа должна быть выше 99,9999%.
Кусок монокристаллического кремния с желаемой кристаллической ориентацией используется в качестве затравочного кристалла для выращивания слитка кремния, а выращенный слиток кремния подобен точной копии затравочного кристалла.
Условия на границе раздела между расплавленным кремнием и затравочным кристаллом монокристалла кремния необходимо точно контролировать. Эти условия гарантируют, что тонкий слой кремния сможет точно воспроизвести структуру затравочного кристалла и в конечном итоге вырасти в большой слиток монокристаллического кремния.
2.2 Метод зонной плавки и монокристаллическая печь зонной плавки
Метод флоат-зоны (FZ) позволяет получать слитки монокристаллического кремния с очень низким содержанием кислорода. Метод флоат-зоны был разработан в 1950-х годах и позволяет производить самый чистый на сегодняшний день монокристаллический кремний.
Монокристаллическая печь зонной плавки относится к печи, в которой используется принцип зонной плавки для создания узкой зоны плавления в поликристаллическом стержне через высокотемпературную узкую закрытую область корпуса печи из поликристаллического стержня в высоком вакууме или газе из редкой кварцевой трубки. среда защиты.
Технологическое оборудование, которое перемещает поликристаллический стержень или нагревательный элемент печи для перемещения зоны плавления и постепенной кристаллизации ее в монокристаллический стержень.
Особенностью получения монокристаллических стержней методом зонной плавки является то, что в процессе кристаллизации в монокристаллические стержни можно повысить чистоту поликристаллических стержней, а легирующий рост материалов стержней происходит более равномерно.
Типы печей зонной плавки монокристаллов можно разделить на два типа: печи плавки монокристаллов с плавающей зоной, основанные на поверхностном натяжении, и печи плавки монокристаллов с горизонтальной зоной. В практических применениях монокристаллические печи зонной плавки обычно используют плавку в плавающей зоне.
Печь зонной плавки монокристалла позволяет получать монокристаллический кремний высокой чистоты с низким содержанием кислорода без необходимости использования тигля. Он в основном используется для получения монокристаллического кремния с высоким удельным сопротивлением (> 20 кОм·см) и очистки зонного плавления кремния. Данная продукция в основном используется при производстве устройств дискретного питания.
Печь зонной плавки монокристалла состоит из печной камеры, верхнего и нижнего валов (механическая передаточная часть), патрона кристаллического стержня, патрона затравочного кристалла, нагревательного змеевика (высокочастотного генератора), газовых каналов (вакуумного порта, вход газа, верхний выход газа) и т. д.
В конструкции топочной камеры организована циркуляция охлаждающей воды. Нижний конец верхней шахты монокристаллической печи представляет собой патрон для кристаллического стержня, который используется для зажима поликристаллического стержня; верхний конец нижнего вала представляет собой патрон для затравочных кристаллов, который используется для зажима затравочных кристаллов.
На нагревательную спираль подается высокочастотный источник питания, и в поликристаллическом стержне формируется узкая зона плавления, начиная с нижнего конца. При этом верхняя и нижняя оси вращаются и опускаются, так что зона плавления кристаллизуется в монокристалл.
Преимущества печи зонной плавки монокристалла заключаются в том, что она может не только улучшить чистоту подготовленного монокристалла, но также сделать рост легирования стержня более равномерным, а монокристаллический стержень можно очистить с помощью нескольких процессов.
Недостатками печи зонной плавки монокристалла являются высокая стоимость процесса и малый диаметр получаемого монокристалла. В настоящее время максимальный диаметр монокристалла, который можно получить, составляет 200 мм.
Общая высота оборудования печи для зонной плавки монокристалла относительно высока, а ход верхней и нижней осей относительно длинный, поэтому можно выращивать более длинные монокристаллические стержни.
3. Обработка пластин и оборудование
Кристаллический стержень должен пройти ряд процессов, чтобы сформировать кремниевую подложку, отвечающую требованиям производства полупроводников, а именно пластину. Основной процесс обработки:
Галтовка, резка, нарезка, отжиг пластин, снятие фасок, шлифование, полировка, очистка и упаковка и т. д.
3.1 Отжиг пластин
В процессе производства поликристаллического кремния и кремния Чохральского монокристаллический кремний содержит кислород. При определенной температуре кислород в монокристаллическом кремнии будет отдавать электроны, и кислород будет превращаться в доноры кислорода. Эти электроны объединяются с примесями в кремниевой пластине и влияют на удельное сопротивление кремниевой пластины.
Печь отжига: относится к печи, которая повышает температуру в печи до 1000-1200°C в среде водорода или аргона. Поддерживая тепло и охлаждение, кислород вблизи поверхности полированной кремниевой пластины улетучивается и удаляется с ее поверхности, вызывая осаждение кислорода и образование слоев.
Технологическое оборудование, растворяющее микродефекты на поверхности кремниевых пластин, уменьшает количество примесей вблизи поверхности кремниевых пластин, уменьшает дефекты и формирует относительно чистую зону на поверхности кремниевых пластин.
Печь отжига также называют высокотемпературной печью из-за ее высокой температуры. В промышленности также называют процесс отжига кремниевых пластин геттерированием.
Печь для отжига кремниевых пластин подразделяется на:
-Горизонтальная печь отжига;
-Вертикальная печь отжига;
-Печь быстрого отжига.
Основное различие между горизонтальной печью отжига и вертикальной печью отжига заключается в направлении расположения реакционной камеры.
Реакционная камера горизонтальной печи отжига имеет горизонтальную конструкцию, и в реакционную камеру печи отжига можно одновременно загрузить партию кремниевых пластин для отжига. Время отжига обычно составляет от 20 до 30 минут, но реакционной камере требуется более длительное время нагрева, чтобы достичь температуры, необходимой для процесса отжига.
В процессе вертикальной печи отжига также используется метод одновременной загрузки партии кремниевых пластин в реакционную камеру печи отжига для обработки отжигом. Реакционная камера имеет вертикальную компоновку конструкции, что позволяет размещать кремниевые пластины в кварцевой лодочке в горизонтальном состоянии.
В то же время, поскольку кварцевая лодочка может вращаться в реакционной камере целиком, температура отжига в реакционной камере является однородной, распределение температуры на кремниевой пластине является равномерным, и она имеет превосходные характеристики однородности отжига. Однако стоимость процесса вертикальной печи отжига выше, чем стоимость процесса горизонтальной печи отжига.
В печи быстрого отжига используется галогенная вольфрамовая лампа для непосредственного нагрева кремниевой пластины, что обеспечивает быстрый нагрев или охлаждение в широком диапазоне от 1 до 250°C/с. Скорость нагрева или охлаждения выше, чем в традиционной печи отжига. Нагрев реакционной камеры до температуры выше 1100°C занимает всего несколько секунд.
————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera может предоставитьграфитовые детали,мягкий/жесткий фетр,детали из карбида кремния, Детали из карбида кремния CVD, иДетали с покрытием SiC/TaCс полным полупроводниковым процессом за 30 дней.
Если вы заинтересованы в вышеуказанных полупроводниковых продуктах, Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам в первый раз.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Время публикации: 26 августа 2024 г.