Rezine so glavne surovine za proizvodnjo integriranih vezij, diskretnih polprevodniških naprav in napajalnih naprav. Več kot 90 % integriranih vezij je izdelanih na visokokakovostnih rezinah visoke čistosti.
Oprema za pripravo rezin se nanaša na postopek izdelave čistih polikristalnih silicijevih materialov v silicijeve monokristalne paličaste materiale določenega premera in dolžine in nato izpostavljanje silicijevih monokristalnih paličastih materialov vrsti mehanske obdelave, kemične obdelave in drugih postopkov.
Oprema, ki izdeluje silicijeve rezine ali epitaksialne silicijeve rezine, ki izpolnjujejo določene zahteve glede geometrijske natančnosti in kakovosti površine ter zagotavlja zahtevano silicijevo podlago za proizvodnjo čipov.
Tipičen potek postopka za pripravo silicijevih rezin s premerom manj kot 200 mm je:
Rast monokristala → prirezovanje → valjanje zunanjega premera → rezanje → posnemanje → brušenje → jedkanje → pridobivanje → poliranje → čiščenje → epitaksija → pakiranje itd.
Glavni procesni tok za pripravo silicijevih rezin s premerom 300 mm je naslednji:
Rast monokristala → prirezovanje → valjanje zunanjega premera → rezanje → posnemanje → površinsko brušenje → jedkanje → poliranje robov → dvostransko poliranje → enostransko poliranje → končno čiščenje → epitaksija/žarjenje → pakiranje itd.
1. Silikonski material
Silicij je polprevodniški material, ker ima 4 valenčne elektrone in je skupaj z drugimi elementi v skupini IVA periodnega sistema.
Število valenčnih elektronov v siliciju ga uvršča med dober prevodnik (1 valenčni elektron) in izolator (8 valenčnih elektronov).
Čistega silicija ni v naravi in ga je treba ekstrahirati in prečistiti, da postane dovolj čist za proizvodnjo. Običajno ga najdemo v kremenu (silicijev oksid ali SiO2) in drugih silikatih.
Druge oblike SiO2 vključujejo steklo, brezbarven kristal, kremen, ahat in mačje oko.
Prvi material, uporabljen kot polprevodnik, je bil germanij v štiridesetih in zgodnjih petdesetih letih 20. stoletja, vendar ga je hitro nadomestil silicij.
Silicij je bil izbran kot glavni polprevodniški material iz štirih glavnih razlogov:
Obilje silicijevih materialov: Silicij je drugi najpogostejši element na Zemlji, saj predstavlja 25 % zemeljske skorje.
Višje tališče silicijevega materiala omogoča širšo toleranco postopka: tališče silicija pri 1412 °C je veliko višje od tališča germanija pri 937 °C. Višje tališče omogoča siliciju, da prenese visokotemperaturne procese.
Silikonski materiali imajo širši razpon delovnih temperatur;
Naravna rast silicijevega oksida (SiO2): SiO2 je visokokakovosten, stabilen električni izolacijski material in deluje kot odlična kemična pregrada za zaščito silicija pred zunanjim onesnaženjem. Električna stabilnost je pomembna, da preprečimo uhajanje med sosednjimi vodniki v integriranih vezjih. Sposobnost rasti stabilnih tankih plasti materiala SiO2 je temeljnega pomena za izdelavo visoko zmogljivih naprav s kovinskim oksidom polprevodnikov (MOS-FET). SiO2 ima podobne mehanske lastnosti kot silicij, kar omogoča visokotemperaturno obdelavo brez pretiranega zvijanja silicijeve rezine.
2.Priprava oblatov
Polprevodniške rezine so izrezane iz masivnega polprevodniškega materiala. Ta polprevodniški material se imenuje kristalna palica, ki je zrasla iz velikega bloka polikristalnega in nedopiranega notranjega materiala.
Preoblikovanje polikristalnega bloka v velik monokristal in mu dajanje pravilne orientacije kristala ter ustrezne količine dopinga tipa N ali P se imenuje rast kristala.
Najpogostejši tehnologiji za izdelavo monokristalnih silicijevih ingotov za pripravo silicijevih rezin sta metoda Czochralski in metoda conskega taljenja.
2.1 Metoda Czochralskega in monokristalna peč Czochralskega
Metoda Czochralski (CZ), znana tudi kot metoda Czochralski (CZ), se nanaša na postopek pretvorbe staljene polprevodniške tekočine iz silicija v trdne enokristalne silicijeve ingote s pravilno kristalno orientacijo in dopirane v N-tip ali P- vrsto.
Trenutno je več kot 85 % monokristalnega silicija pridelanega po metodi Czochralskega.
Monokristalna peč Czochralski se nanaša na procesno opremo, ki tali polisilicijeve materiale visoke čistosti v tekočino s segrevanjem v zaprtem zaščitnem okolju z visokim vakuumom ali redkim plinom (ali inertnim plinom) in jih nato rekristalizira, da tvorijo monokristalne silicijeve materiale z določenimi zunanjimi dimenzije.
Načelo delovanja monokristalne peči je fizični proces rekristalizacije polikristalnega silicijevega materiala v monokristalni silicijev material v tekočem stanju.
Monokristalno peč CZ lahko razdelimo na štiri dele: telo peči, sistem mehanskega prenosa, sistem za ogrevanje in nadzor temperature ter sistem za prenos plina.
Telo peči vključuje votlino peči, os začetnega kristala, kremenčev lonček, žlico za dopiranje, pokrov začetnega kristala in opazovalno okence.
Votlina peči mora zagotoviti, da je temperatura v peči enakomerno porazdeljena in lahko dobro odvaja toploto; gred začetnega kristala se uporablja za pogon začetnega kristala, da se premika gor in dol ter vrti; nečistoče, ki jih je treba dopirati, se dajo v žlico za dopiranje;
Pokrov kristalnega semena je namenjen zaščiti kristalnega semena pred kontaminacijo. Mehanski prenosni sistem se v glavnem uporablja za krmiljenje gibanja zarodnega kristala in lončka.
Da bi zagotovili, da raztopina silicija ne oksidira, mora biti stopnja vakuuma v peči zelo visoka, na splošno pod 5 Torr, čistost dodanega inertnega plina pa mora biti nad 99,9999 %.
Kos monokristalnega silicija z želeno orientacijo kristala se uporabi kot zarodni kristal za gojenje silicijevega ingota, gojeni silicijev ingot pa je kot replika zarodnega kristala.
Pogoje na vmesniku med staljenim silicijem in monokristalnim silicijevim kristalom je treba natančno nadzorovati. Ti pogoji zagotavljajo, da lahko tanka plast silicija natančno posnema strukturo zarodnega kristala in sčasoma zraste v velik monokristalni silicijev ingot.
2.2 Metoda conskega taljenja in peč za consko taljenje monokristalov
Metoda lebdeče cone (FZ) proizvaja ingote monokristalnega silicija z zelo nizko vsebnostjo kisika. Metoda plavajoče cone je bila razvita v petdesetih letih prejšnjega stoletja in lahko proizvede najčistejši monokristalni silicij do sedaj.
Peč za consko taljenje monokristalov se nanaša na peč, ki uporablja načelo conskega taljenja za proizvodnjo ozkega talilnega območja v polikristalni palici skozi visokotemperaturno ozko zaprto območje telesa polikristalne paličaste peči v visokem vakuumu ali plinu iz redke kvarčne cevi zaščitno okolje.
Procesna oprema, ki premika polikristalno palico ali grelno telo peči, da premakne talilno cono in jo postopoma kristalizira v eno kristalno palico.
Značilnost priprave monokristalnih palic z metodo conskega taljenja je, da se lahko čistost polikristalnih palic izboljša v procesu kristalizacije v monokristalne palice, rast dopinga paličnih materialov pa je bolj enakomerna.
Vrste conskih talilnih monokristalnih peči lahko razdelimo na dve vrsti: lebdeče conske talilne monokristalne peči, ki temeljijo na površinski napetosti, in vodoravne conske talilne monokristalne peči. V praktičnih aplikacijah peči za consko taljenje monokristalov na splošno uporabljajo taljenje s plavajočo cono.
Peč za consko taljenje monokristalov lahko pripravi enokristalni silicij visoke čistosti z nizko vsebnostjo kisika brez potrebe po lončku. Uporablja se predvsem za pripravo monokristalnega silicija z visoko upornostjo (> 20 kΩ·cm) in čiščenje conskega talilnega silicija. Ti izdelki se večinoma uporabljajo pri izdelavi naprav z ločenim napajanjem.
Peč za consko taljenje monokristalov je sestavljena iz komore peči, zgornje gredi in spodnje gredi (del mehanskega prenosa), vpenjalne glave kristalne palice, vpenjalne glave kristala, grelne tuljave (visokofrekvenčni generator), plinskih odprtin (vakuumska odprtina, dovod plina, zgornji izhod plina) itd.
V strukturi kuriščne komore je urejeno kroženje hladilne vode. Spodnji konec zgornje gredi monokristalne peči je vpenjalna glava za kristalno palico, ki se uporablja za vpenjanje polikristalne palice; zgornji konec spodnje gredi je vpenjalna glava, ki se uporablja za vpenjanje kristala.
Grelna tuljava se napaja z visokofrekvenčnim napajanjem in v polikristalni palici se oblikuje ozko talilno območje, ki se začne od spodnjega konca. Hkrati se zgornja in spodnja os vrtita in spuščata, tako da se talilna cona kristalizira v en kristal.
Prednosti peči za consko taljenje monokristalov so, da lahko ne samo izboljša čistost pripravljenega monokristala, ampak tudi naredi rast dopinga palice bolj enotno, palico monokristala pa je mogoče očistiti z več postopki.
Slabosti conske talilne monokristalne peči so visoki stroški postopka in majhen premer pripravljenega monokristala. Trenutno je največji premer monokristala, ki ga je mogoče pripraviti, 200 mm.
Celotna višina opreme peči za consko taljenje monokristalov je relativno visoka, hod zgornje in spodnje osi pa je relativno dolg, tako da je mogoče gojiti daljše monokristalne palice.
3. Obdelava rezin in oprema
Kristalna palica mora iti skozi vrsto procesov, da se oblikuje silicijev substrat, ki ustreza zahtevam proizvodnje polprevodnikov, namreč rezina. Osnovni postopek obdelave je:
Vrtenje, rezanje, rezanje, žarjenje rezin, posnemanje, brušenje, poliranje, čiščenje in pakiranje itd.
3.1 Žarjenje rezin
V procesu izdelave polikristalnega silicija in silicija Czochralski monokristalni silicij vsebuje kisik. Pri določeni temperaturi bo kisik v monokristalnem siliciju oddajal elektrone, kisik pa se bo pretvoril v donorje kisika. Ti elektroni se bodo združili z nečistočami v silicijevi rezini in vplivali na upornost silicijeve rezine.
Peč za žarjenje: se nanaša na peč, ki dvigne temperaturo v peči na 1000–1200 °C v okolju vodika ali argona. Z ohranjanjem toplega in ohlajanjem se kisik blizu površine polirane silicijeve rezine izhlapi in odstrani z njene površine, kar povzroči obarjanje kisika in plast.
Procesna oprema, ki raztopi mikro defekte na površini silicijevih rezin, zmanjša količino nečistoč blizu površine silicijevih rezin, zmanjša napake in tvori relativno čisto območje na površini silicijevih rezin.
Žarilno peč zaradi visoke temperature imenujemo tudi visokotemperaturna peč. Industrija postopek žarjenja silicijevih rezin imenuje tudi gettering.
Peč za žarjenje silicijevih rezin je razdeljena na:
- Horizontalna žarilna peč;
-Vertikalna žarilna peč;
- Peč za hitro žarjenje.
Glavna razlika med horizontalno žarilno pečjo in vertikalno žarilno pečjo je smer postavitve reakcijske komore.
Reakcijska komora horizontalne žarilne peči je vodoravno strukturirana in serijo silicijevih rezin je mogoče naložiti v reakcijsko komoro žarilne peči za sočasno žarjenje. Čas žarjenja je običajno 20 do 30 minut, vendar reakcijska komora potrebuje daljši čas segrevanja, da doseže temperaturo, ki jo zahteva postopek žarjenja.
Postopek vertikalne žarilne peči uporablja tudi metodo hkratnega nalaganja serije silicijevih rezin v reakcijsko komoro žarilne peči za obdelavo z žarjenjem. Reakcijska komora ima navpično strukturo, ki omogoča namestitev silicijevih rezin v kvarčni čoln v vodoravnem stanju.
Ker se lahko kremenčev čoln vrti kot celota v reakcijski komori, je temperatura žarjenja reakcijske komore enakomerna, porazdelitev temperature na silicijevi rezini je enakomerna in ima odlične karakteristike enakomernosti žarjenja. Vendar pa so stroški postopka vertikalne žarilne peči višji od stroškov horizontalne žarilne peči.
Peč za hitro žarjenje uporablja halogensko volframovo žarnico za neposredno segrevanje silicijeve rezine, ki lahko doseže hitro segrevanje ali ohlajanje v širokem območju od 1 do 250 °C/s. Hitrost segrevanja ali hlajenja je hitrejša kot pri tradicionalni žarilni peči. Traja le nekaj sekund, da se temperatura reakcijske komore segreje nad 1100 °C.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera lahko zagotovigrafitnih delov,mehka/trda klobučevina,deli iz silicijevega karbida, CVD deli iz silicijevega karbida, inDeli, prevlečeni s SiC/TaCs polnim polprevodniškim postopkom v 30 dneh.
Če vas zanimajo zgornji polprevodniški izdelki, prosimo, ne oklevajte in nas kontaktirajte prvič.
Tel.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Čas objave: 26. avgusta 2024