Les hòsties són les principals matèries primeres per a la producció de circuits integrats, dispositius semiconductors discrets i dispositius de potència. Més del 90% dels circuits integrats es fan amb hòsties d'alta puresa i alta qualitat.
L'equip de preparació d'hòsties es refereix al procés de fabricació de materials de silici policristalí pur en materials de vareta de silici únic d'un diàmetre i longitud determinats, i després sotmetre els materials de vareta de silici a una sèrie de processaments mecànics, tractament químic i altres processos.
Equips que fabriquen hòsties de silici o hòsties epitaxials de silici que compleixen determinats requisits de precisió geomètrica i qualitat superficial i proporcionen el substrat de silici necessari per a la fabricació de xips.
El flux de procés típic per preparar hòsties de silici amb un diàmetre inferior a 200 mm és:
Creixement d'un sol cristall → truncat → laminació de diàmetre exterior → tall → xamfranat → mòlta → gravat → encaixat → polit → neteja → epitàxia → embalatge, etc.
El principal flux de procés per preparar hòsties de silici amb un diàmetre de 300 mm és el següent:
Creixement d'un sol cristall → truncat → laminació de diàmetre exterior → tallat → xamfranat → rectificat de superfícies → gravat → polit de vores → polit de doble cara → polit d'una sola cara → neteja final → epitàxia/recuit → embalatge, etc.
1.Material de silicona
El silici és un material semiconductor perquè té 4 electrons de valència i es troba al grup IVA de la taula periòdica juntament amb altres elements.
El nombre d'electrons de valència del silici el situa just entre un bon conductor (1 electró de valència) i un aïllant (8 electrons de valència).
El silici pur no es troba a la natura i s'ha d'extreure i purificar per fer-lo prou pur per a la seva fabricació. Normalment es troba en sílice (òxid de silici o SiO2) i altres silicats.
Altres formes de SiO2 inclouen el vidre, el cristall incolor, el quars, l'àgata i l'ull de gat.
El primer material utilitzat com a semiconductor va ser el germani a la dècada de 1940 i principis de 1950, però ràpidament va ser substituït pel silici.
El silici va ser escollit com a material semiconductor principal per quatre motius principals:
Abundància de materials de silici: El silici és el segon element més abundant a la Terra, ja que representa el 25% de l'escorça terrestre.
El punt de fusió més alt del material de silici permet una tolerància més àmplia al procés: el punt de fusió del silici a 1412 °C és molt superior al punt de fusió del germani a 937 °C. El punt de fusió més alt permet que el silici suporti processos d'alta temperatura.
Els materials de silici tenen un rang de temperatures de funcionament més ampli;
Creixement natural de l'òxid de silici (SiO2): SiO2 és un material aïllant elèctric estable i d'alta qualitat i actua com una excel·lent barrera química per protegir el silici de la contaminació externa. L'estabilitat elèctrica és important per evitar fuites entre conductors adjacents en circuits integrats. La capacitat de fer créixer capes fines estables de material de SiO2 és fonamental per a la fabricació de dispositius de semiconductors d'òxid metàl·lic d'alt rendiment (MOS-FET). SiO2 té propietats mecàniques similars al silici, permetent un processament a alta temperatura sense deformació excessiva de les hòsties de silici.
2.Preparació d'hòsties
Les hòsties de semiconductors es tallen de materials semiconductors a granel. Aquest material semiconductor s'anomena vareta de cristall, que es cultiva a partir d'un gran bloc de material intrínsec policristalí i no dopat.
Transformar un bloc policristalí en un gran cristall únic i donar-li l'orientació correcta del cristall i la quantitat adequada de dopatge de tipus N o P s'anomena creixement cristal·lí.
Les tecnologies més habituals per a la producció de lingots de silici monocristal per a la preparació d'hòsties de silici són el mètode Czochralski i el mètode de fusió de zones.
2.1 Mètode Czochralski i forn d'un sol cristall Czochralski
El mètode Czochralski (CZ), també conegut com a mètode Czochralski (CZ), es refereix al procés de conversió de líquid de silici de grau semiconductor fos en lingots de silici d'un sol cristall sòlid amb l'orientació correcta del cristall i dopats en tipus N o P- tipus.
Actualment, més del 85% del silici monocristall es cultiva mitjançant el mètode Czochralski.
Un forn de cristall simple Czochralski es refereix a un equip de procés que fon els materials de polisilici d'alta puresa en líquid escalfant-se en un entorn de protecció tancat de buit elevat o gas rar (o gas inert) i després els recristal·litza per formar materials de silici monocristal·lí amb certs externs. dimensions.
El principi de funcionament del forn d'un sol cristall és el procés físic del material de silici policristalí que es recristal·litza en material de silici d'un sol cristall en estat líquid.
El forn d'un sol cristall CZ es pot dividir en quatre parts: cos del forn, sistema de transmissió mecànica, sistema de calefacció i control de temperatura i sistema de transmissió de gas.
El cos del forn inclou una cavitat del forn, un eix de cristall de llavors, un gresol de quars, una cullera de dopatge, una coberta de cristall de llavors i una finestra d'observació.
La cavitat del forn és per garantir que la temperatura al forn es distribueixi uniformement i pugui dissipar bé la calor; l'eix de cristall de llavors s'utilitza per impulsar el cristall de llavors per moure's cap amunt i cap avall i girar; les impureses que cal dopar es col·loquen a la cullera de dopatge;
La coberta de cristall de llavors és per protegir el cristall de llavors de la contaminació. El sistema de transmissió mecànica s'utilitza principalment per controlar el moviment del cristall de llavors i el gresol.
Per garantir que la solució de silici no s'oxidi, cal que el grau de buit al forn sigui molt alt, generalment per sota de 5 Torr, i la puresa del gas inert afegit ha de ser superior al 99,9999%.
Una peça de silici d'un sol cristall amb l'orientació desitjada del cristall s'utilitza com a cristall de llavors per fer créixer un lingot de silici, i el lingot de silici crescut és com una rèplica del cristall de llavors.
Les condicions a la interfície entre el silici fos i el cristall de llavor de silici monocristal s'han de controlar amb precisió. Aquestes condicions asseguren que la capa fina de silici pugui replicar amb precisió l'estructura del cristall de llavors i, finalment, es converteixi en un gran lingot de silici d'un sol cristall.
2.2 Mètode de fusió de zones i forn d'un cristall de fusió de zones
El mètode de la zona flotant (FZ) produeix lingots de silici de cristall únic amb molt baix contingut d'oxigen. El mètode de la zona flotant es va desenvolupar a la dècada de 1950 i pot produir el silici monocristall més pur fins ara.
El forn d'un sol cristall de fusió de zona es refereix a un forn que utilitza el principi de fusió de zones per produir una zona de fusió estreta a la vareta policristalina a través d'una àrea tancada estreta d'alta temperatura del cos del forn de vareta policristalina en un buit elevat o un gas de tub de quars rar. medi ambient de protecció.
Equip de procés que mou una vareta policristalina o un cos d'escalfament del forn per moure la zona de fusió i cristal·litzar-la gradualment en una vareta d'un sol cristall.
La característica de preparar varetes de cristall únic mitjançant el mètode de fusió de zones és que la puresa de les barres policristalines es pot millorar en el procés de cristal·lització en varetes de cristall únic i el creixement del dopatge dels materials de la vareta és més uniforme.
Els tipus de forns d'un sol cristall de fusió de zones es poden dividir en dos tipus: els forns de fusió de cristall únic de zona flotant que es basen en la tensió superficial i els forns de fusió de la zona horitzontal d'un cristall. En aplicacions pràctiques, els forns d'un sol cristall de fusió de zones generalment adopten la fusió de zona flotant.
El forn d'un sol cristall de fusió de zones pot preparar silici monocristal de gran puresa i baix oxigen sense necessitat d'un gresol. S'utilitza principalment per preparar silici monocristal d'alta resistivitat (>20kΩ·cm) i purificar silici de fusió de zones. Aquests productes s'utilitzen principalment en la fabricació de dispositius de potència discreta.
El forn d'un sol cristall de fusió de zones consta d'una cambra de forn, un eix superior i un eix inferior (part de transmissió mecànica), un mandril de vareta de cristall, un mandril de cristall de llavors, una bobina de calefacció (generador d'alta freqüència), ports de gas (port de buit, entrada de gas, sortida de gas superior), etc.
A l'estructura de la cambra del forn, s'organitza la circulació d'aigua de refrigeració. L'extrem inferior de l'eix superior del forn d'un sol cristall és un mandril de vareta de cristall, que s'utilitza per subjectar una vareta policristalina; l'extrem superior de l'eix inferior és un mandril de cristall de llavors, que s'utilitza per subjectar el cristall de llavors.
Es subministra una font d'alimentació d'alta freqüència a la bobina de calefacció i es forma una zona de fusió estreta a la vareta policristalina a partir de l'extrem inferior. Al mateix temps, els eixos superior i inferior giren i baixen, de manera que la zona de fusió es cristal·litza en un sol cristall.
Els avantatges del forn d'un sol cristall de fusió de zones són que no només pot millorar la puresa de l'únic cristall preparat, sinó que també pot fer que el creixement de dopatge de la vareta sigui més uniforme i que la vareta d'un sol cristall es pot purificar mitjançant múltiples processos.
Els desavantatges del forn d'un sol cristall de fusió de zones són els alts costos del procés i el petit diàmetre del monocristall preparat. Actualment, el diàmetre màxim del monocristall que es pot preparar és de 200 mm.
L'alçada total de l'equip de forn d'un sol cristall de fusió de la zona és relativament alta i la carrera dels eixos superior i inferior és relativament llarga, de manera que es poden cultivar barres de cristall únic més llargues.
3. Equips i processament d'hòsties
La vareta de cristall ha de passar per una sèrie de processos per formar un substrat de silici que compleixi els requisits de la fabricació de semiconductors, és a dir, una hòstia. El procés bàsic de processament és:
Golpeig, tall, tall, recuit d'hòsties, xamfranat, mòlta, poliment, neteja i embalatge, etc.
3.1 Recuit d'hòsties
En el procés de fabricació de silici policristalí i silici Czochralski, el silici monocristal·lí conté oxigen. A una temperatura determinada, l'oxigen del silici monocristall donarà electrons i l'oxigen es convertirà en donants d'oxigen. Aquests electrons es combinaran amb les impureses de l'hòstia de silici i afectaran la resistivitat de l'hòstia de silici.
Forn de recuit: es refereix a un forn que augmenta la temperatura del forn a 1000-1200 °C en un entorn d'hidrogen o argó. En mantenir-se calent i refredat, l'oxigen a prop de la superfície de l'hòstia de silici polida es volatilitza i s'elimina de la seva superfície, fent que l'oxigen precipiti i s'aposi.
Equips de procés que dissol microdefectes a la superfície de les hòsties de silici, redueix la quantitat d'impureses a prop de la superfície de les hòsties de silici, redueix els defectes i forma una àrea relativament neta a la superfície de les hòsties de silici.
El forn de recuit també s'anomena forn d'alta temperatura a causa de la seva alta temperatura. La indústria també anomena gettering al procés de recuit d'hòsties de silici.
El forn de recuit d'hòsties de silici es divideix en:
-Forn de recuit horitzontal;
-Forn de recuit vertical;
-Forn de recuit ràpid.
La principal diferència entre un forn de recuit horitzontal i un forn de recuit vertical és la direcció de disposició de la cambra de reacció.
La cambra de reacció del forn de recuit horitzontal està estructurada horitzontalment i es pot carregar un lot d'hòsties de silici a la cambra de reacció del forn de recuit per al recuit al mateix temps. El temps de recuit sol ser de 20 a 30 minuts, però la cambra de reacció necessita un temps d'escalfament més llarg per assolir la temperatura requerida pel procés de recuit.
El procés del forn de recuit vertical també adopta el mètode de càrrega simultània d'un lot d'hòsties de silici a la cambra de reacció del forn de recuit per al tractament de recuit. La cambra de reacció té un disseny d'estructura vertical, que permet col·locar les hòsties de silici en un vaixell de quars en estat horitzontal.
Al mateix temps, com que el vaixell de quars pot girar en conjunt a la cambra de reacció, la temperatura de recuit de la cambra de reacció és uniforme, la distribució de la temperatura a l'hòstia de silici és uniforme i té unes excel·lents característiques d'uniformitat de recuit. Tanmateix, el cost del procés del forn de recuit vertical és superior al del forn de recuit horitzontal.
El forn de recuit ràpid utilitza una làmpada halògena de tungstè per escalfar directament la hòstia de silici, que pot aconseguir un escalfament o refredament ràpid en un ampli rang d'1 a 250 °C/s. La velocitat d'escalfament o refrigeració és més ràpida que la d'un forn de recuit tradicional. Només calen uns segons per escalfar la temperatura de la cambra de reacció per sobre dels 1100 °C.
———————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera pot proporcionarpeces de grafit,feltre suau/rígid,peces de carbur de silici, Peces de carbur de silici CVD, iPeces recobertes de SiC/TaCamb procés complet de semiconductors en 30 dies.
Si esteu interessats en els productes semiconductors anteriors, si us plau, no dubteu a posar-vos en contacte amb nosaltres per primera vegada.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Hora de publicació: 26-agost-2024