Вафлите са основните суровини за производството на интегрални схеми, дискретни полупроводникови устройства и силови устройства. Повече от 90% от интегралните схеми са направени върху пластини с висока чистота и високо качество.
Оборудването за приготвяне на вафли се отнася до процеса на производство на чисти поликристални силициеви материали в силициеви монокристални пръчковидни материали с определен диаметър и дължина и след това подлагане на силициевите монокристални пръчковидни материали на серия от механична обработка, химическа обработка и други процеси.
Оборудване, което произвежда силициеви пластини или епитаксиални силициеви пластини, които отговарят на определени изисквания за геометрична точност и качество на повърхността и осигуряват необходимия силициев субстрат за производство на чипове.
Типичният поток на процеса за приготвяне на силициеви пластини с диаметър по-малък от 200 mm е:
Растеж на единичен кристал → отрязване → валцуване с външен диаметър → нарязване → скосяване → шлайфане → ецване → гетериране → полиране → почистване → епитаксия → опаковане и др.
Основният технологичен поток за приготвяне на силициеви пластини с диаметър 300 mm е както следва:
Растеж на единичен кристал → отрязване → валцуване с външен диаметър → нарязване → скосяване → повърхностно шлайфане → ецване → полиране на ръбове → двустранно полиране → едностранно полиране → окончателно почистване → епитаксия/отгряване → опаковане и др.
1.Силиконов материал
Силицият е полупроводников материал, тъй като има 4 валентни електрона и е в група IVA на периодичната таблица заедно с други елементи.
Броят на валентните електрони в силиция го поставя точно между добър проводник (1 валентен електрон) и изолатор (8 валентни електрона).
Чистият силиций не се среща в природата и трябва да бъде извлечен и пречистен, за да стане достатъчно чист за производство. Обикновено се намира в силициев диоксид (силициев оксид или SiO2) и други силикати.
Други форми на SiO2 включват стъкло, безцветен кристал, кварц, ахат и котешко око.
Първият материал, използван като полупроводник, е германий през 40-те и началото на 50-те години на миналия век, но бързо е заменен от силиций.
Силицият е избран като основен полупроводников материал поради четири основни причини:
Изобилие от силициеви материали: Силицият е вторият най-разпространен елемент на Земята, представляващ 25% от земната кора.
По-високата точка на топене на силициевия материал позволява по-широк толеранс на процеса: точката на топене на силиция при 1412°C е много по-висока от точката на топене на германия при 937°C. По-високата точка на топене позволява на силиция да издържа на процеси с висока температура.
Силициевите материали имат по-широк работен температурен диапазон;
Естествен растеж на силициев оксид (SiO2): SiO2 е висококачествен, стабилен електроизолационен материал и действа като отлична химическа бариера за защита на силиция от външно замърсяване. Електрическата стабилност е важна, за да се избегне изтичане между съседни проводници в интегралните схеми. Способността да се отглеждат стабилни тънки слоеве от SiO2 материал е фундаментална за производството на високоефективни металооксидни полупроводникови (MOS-FET) устройства. SiO2 има сходни механични свойства със силиция, което позволява високотемпературна обработка без прекомерно изкривяване на силициевата пластина.
2.Приготвяне на вафла
Полупроводниковите пластини се изрязват от обемни полупроводникови материали. Този полупроводников материал се нарича кристална пръчка, която се отглежда от голям блок от поликристален и нелегиран присъщ материал.
Трансформирането на поликристален блок в голям монокристал и придаването му на правилната кристална ориентация и подходящо количество N-тип или P-тип допинг се нарича растеж на кристали.
Най-разпространените технологии за производство на монокристални силициеви блокове за приготвяне на силициеви пластини са методът на Чохралски и методът на зоново топене.
2.1 Метод на Чохралски и монокристална пещ на Чохралски
Методът на Czochralski (CZ), известен също като метод на Czochralski (CZ), се отнася до процеса на превръщане на разтопен течен силиций от полупроводников клас в твърди монокристални силициеви слитъци с правилна кристална ориентация и легирани в N-тип или P- тип.
Понастоящем повече от 85% от монокристалния силиций се отглежда по метода на Чохралски.
Единична кристална пещ на Чохралски се отнася до технологично оборудване, което топи полисилициеви материали с висока чистота в течност чрез нагряване в затворена защитна среда с висок вакуум или редки газове (или инертен газ) и след това ги прекристализира, за да образуват монокристални силициеви материали с определени външни размери.
Принципът на работа на монокристалната пещ е физическият процес на прекристализация на поликристален силициев материал в монокристален силициев материал в течно състояние.
Монокристалната пещ CZ може да бъде разделена на четири части: тяло на пещта, система за механично предаване, система за отопление и контрол на температурата и система за пренос на газ.
Корпусът на пещта включва кухина на пещта, ос на зародишен кристал, кварцов тигел, лъжица за допинг, капак на зародишен кристал и прозорец за наблюдение.
Кухината на пещта трябва да гарантира, че температурата в пещта е равномерно разпределена и може да разсейва топлината добре; валът на зародишния кристал се използва за задвижване на зародишния кристал, за да се движи нагоре и надолу и да се върти; примесите, които трябва да бъдат легирани, се поставят в лъжицата за допинг;
Капакът на зародишния кристал е за защита на зародишния кристал от замърсяване. Механичната трансмисионна система се използва главно за управление на движението на зародишния кристал и тигела.
За да се гарантира, че силициевият разтвор не се окислява, се изисква степента на вакуум в пещта да бъде много висока, обикновено под 5 Torr, а чистотата на добавения инертен газ трябва да бъде над 99,9999%.
Парче монокристален силиций с желаната кристална ориентация се използва като зародишен кристал за отглеждане на силициев слитък, а порасналият силициев слитък е като реплика на зародишния кристал.
Условията на границата между разтопения силиций и монокристалния силициев зародишен кристал трябва да бъдат прецизно контролирани. Тези условия гарантират, че тънкият слой силиций може точно да възпроизведе структурата на зародишния кристал и в крайна сметка да прерасне в голям монокристален силициев слитък.
2.2 Метод на зоново топене и монокристална пещ за зоново топене
Методът на флоатната зона (FZ) произвежда монокристални силициеви блокове с много ниско съдържание на кислород. Методът на плаващата зона е разработен през 50-те години на миналия век и може да произведе най-чистия монокристален силиций до момента.
Пещта за зонално топене на единичен кристал се отнася до пещ, която използва принципа на зоново топене, за да произведе тясна зона на топене в поликристалния прът през високотемпературна тясна затворена зона на тялото на поликристалния прът на пещта във висок вакуум или газ от рядка кварцова тръба защитна среда.
Процесно оборудване, което движи поликристален прът или нагревателно тяло на пещ, за да премести зоната на топене и постепенно да го кристализира в единичен кристален прът.
Характеристиката на приготвянето на монокристални пръчки чрез метода на зоново топене е, че чистотата на поликристалните пръчки може да бъде подобрена в процеса на кристализация в монокристални пръчки и растежът на допинга на материалите на пръчките е по-равномерен.
Видовете монокристални пещи за топене на зони могат да бъдат разделени на два типа: пещи за топене на монокристали с плаваща зона, които разчитат на повърхностно напрежение, и пещи за монокристали с хоризонтална зона. В практическите приложения пещите за зоново топене на единични кристали обикновено приемат топене с плаваща зона.
Пещта за зонално топене на единични кристали може да приготви монокристален силиций с висока чистота и ниско съдържание на кислород без необходимост от тигел. Използва се главно за приготвяне на монокристален силиций с високо съпротивление (>20kΩ·cm) и пречистване на силиций за зоново топене. Тези продукти се използват главно в производството на устройства с дискретно захранване.
Пещта за зоново топене на монокристал се състои от камера на пещта, горен вал и долен вал (механична трансмисионна част), патронник за кристален прът, патронник за зародишен кристал, нагревателна намотка (високочестотен генератор), газови портове (вакуумен порт, вход за газ, горен изход за газ) и др.
В структурата на камерата на пещта е организирана циркулация на охлаждащата вода. Долният край на горния вал на монокристалната пещ е патронник за кристален прът, който се използва за затягане на поликристален прът; горният край на долния вал е патронник на зародишния кристал, който се използва за затягане на зародишния кристал.
Към нагревателната намотка се подава високочестотно захранване и в поликристалния прът се образува тясна зона на топене, започваща от долния край. В същото време горната и долната ос се въртят и се спускат, така че зоната на топене се кристализира в единичен кристал.
Предимствата на пещта за зоново топене на монокристал са, че тя може не само да подобри чистотата на подготвения монокристал, но също така да направи растежа на допинга на пръта по-равномерен и монокристалният прът може да бъде пречистен чрез множество процеси.
Недостатъците на пещта за зоново топене на монокристал са високата цена на процеса и малкият диаметър на подготвения монокристал. Понастоящем максималният диаметър на монокристала, който може да бъде приготвен, е 200 mm.
Общата височина на оборудването на пещта за монокристално топене в зоната е относително висока, а ходът на горната и долната ос е относително дълъг, така че могат да се отглеждат по-дълги монокристални пръти.
3. Обработка и оборудване за вафли
Кристалният прът трябва да премине през серия от процеси, за да образува силициев субстрат, който отговаря на изискванията за производство на полупроводници, а именно пластина. Основният процес на обработка е:
Преобръщане, рязане, нарязване, отгряване на вафли, скосяване, шлайфане, полиране, почистване и опаковане и др.
3.1 Отгряване на вафли
В процеса на производство на поликристален силиций и силиций на Чохралски, монокристалният силиций съдържа кислород. При определена температура кислородът в монокристалния силиций ще отдава електрони и кислородът ще се превръща в донори на кислород. Тези електрони ще се комбинират с примеси в силиконовата пластина и ще повлияят на съпротивлението на силиконовата пластина.
Пещ за отгряване: отнася се до пещ, която повишава температурата в пещта до 1000-1200°C във водородна или аргонова среда. Чрез поддържане на топлина и охлаждане, кислородът близо до повърхността на полираната силициева пластина се изпарява и отстранява от нейната повърхност, което води до утаяване и наслояване на кислорода.
Оборудване за обработка, което разтваря микродефектите по повърхността на силиконовите пластини, намалява количеството примеси в близост до повърхността на силициевите пластини, намалява дефектите и образува относително чиста зона върху повърхността на силициевите пластини.
Пещта за отгряване се нарича още високотемпературна пещ поради високата си температура. Индустрията също така нарича процеса на отгряване на силициеви пластини гетеринг.
Пещта за отгряване на силиконова пластина е разделена на:
-Хоризонтална пещ за отгряване;
-Вертикална пещ за отгряване;
- Пещ за бързо отгряване.
Основната разлика между хоризонтална пещ за отгряване и вертикална пещ за отгряване е посоката на разположение на реакционната камера.
Реакционната камера на хоризонталната пещ за отгряване е хоризонтално структурирана и партида от силициеви пластини може да бъде заредена в реакционната камера на пещта за отгряване за едновременно отгряване. Времето за отгряване обикновено е 20 до 30 минути, но реакционната камера се нуждае от по-дълго време за нагряване, за да достигне температурата, необходима за процеса на отгряване.
Процесът на вертикалната пещ за отгряване също възприема метода за едновременно зареждане на партида от силициеви пластини в реакционната камера на пещта за отгряване за обработка чрез отгряване. Реакционната камера има вертикално структурно разположение, което позволява силициевите пластини да бъдат поставени в кварцова лодка в хоризонтално състояние.
В същото време, тъй като кварцовата лодка може да се върти като цяло в реакционната камера, температурата на отгряване на реакционната камера е еднаква, разпределението на температурата върху силициевата пластина е еднакво и има отлични характеристики на равномерност на отгряване. Въпреки това, цената на процеса на вертикалната пещ за отгряване е по-висока от тази на хоризонталната пещ за отгряване.
Пещта за бързо отгряване използва халогенна волфрамова лампа за директно нагряване на силиконовата пластина, което може да постигне бързо нагряване или охлаждане в широк диапазон от 1 до 250°C/s. Скоростта на нагряване или охлаждане е по-бърза от тази на традиционната пещ за отгряване. Необходими са само няколко секунди, за да се загрее температурата на реакционната камера до над 1100°C.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera може да осигуриграфитни части,мек/твърд филц,части от силициев карбид, CVD части от силициев карбид, иЧасти с покритие от SiC/TaCс пълен полупроводников процес за 30 дни.
Ако се интересувате от горните полупроводникови продукти, моля, не се колебайте да се свържете с нас за първи път.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Време на публикуване: 26 август 2024 г