Wafere er de viktigste råvarene for produksjon av integrerte kretser, diskrete halvlederenheter og kraftenheter. Mer enn 90 % av integrerte kretser er laget på høyrente, høykvalitets wafere.
Waferforberedelsesutstyr refererer til prosessen med å lage rene polykrystallinske silisiummaterialer til silisiumenkrystallstavmaterialer med en viss diameter og lengde, og deretter utsette silisiumenkrystallstavmaterialene for en rekke mekaniske prosesser, kjemisk behandling og andre prosesser.
Utstyr som produserer silisiumskiver eller epitaksiale silisiumskiver som oppfyller visse krav til geometrisk nøyaktighet og overflatekvalitet og gir det nødvendige silisiumsubstratet for brikkeproduksjon.
Den typiske prosessflyten for fremstilling av silisiumskiver med en diameter på mindre enn 200 mm er:
Enkeltkrystallvekst → trunkering → ytre diameter rulling → skjæring → avfasing → sliping → etsing → gettering → polering → rengjøring → epitaksi → emballasje, etc.
Hovedprosessflyten for fremstilling av silisiumskiver med en diameter på 300 mm er som følger:
Enkeltkrystallvekst → trunkering → ytre diameter rulling → skjæring → avfasing → overflatesliping → etsing → kantpolering → dobbeltsidig polering → ensidig polering → sluttrengjøring → epitaksi/gløding → emballasje, etc.
1.Silisiummateriale
Silisium er et halvledermateriale fordi det har 4 valenselektroner og er i gruppe IVA i det periodiske system sammen med andre grunnstoffer.
Antall valenselektroner i silisium plasserer det midt mellom en god leder (1 valenselektron) og en isolator (8 valenselektroner).
Rent silisium finnes ikke i naturen og må utvinnes og renses for å gjøre det rent nok for produksjon. Det finnes vanligvis i silika (silisiumoksid eller SiO2) og andre silikater.
Andre former for SiO2 inkluderer glass, fargeløs krystall, kvarts, agat og katteøye.
Det første materialet som ble brukt som halvleder var germanium på 1940-tallet og begynnelsen av 1950-tallet, men det ble raskt erstattet av silisium.
Silisium ble valgt som hovedhalvledermateriale av fire hovedgrunner:
Overflod av silisiummaterialer: Silisium er det nest mest tallrike grunnstoffet på jorden, og står for 25 % av jordskorpen.
Det høyere smeltepunktet til silisiummateriale tillater en bredere prosesstoleranse: smeltepunktet for silisium ved 1412°C er mye høyere enn smeltepunktet til germanium ved 937°C. Det høyere smeltepunktet gjør at silisium tåler prosesser ved høye temperaturer.
Silisiummaterialer har et bredere driftstemperaturområde;
Naturlig vekst av silisiumoksid (SiO2): SiO2 er et høykvalitets, stabilt elektrisk isolasjonsmateriale og fungerer som en utmerket kjemisk barriere for å beskytte silisium mot ekstern forurensning. Elektrisk stabilitet er viktig for å unngå lekkasje mellom tilstøtende ledere i integrerte kretser. Evnen til å dyrke stabile tynne lag av SiO2-materiale er grunnleggende for produksjon av høyytelses metalloksyd-halvlederenheter (MOS-FET). SiO2 har lignende mekaniske egenskaper som silisium, og tillater høytemperaturbehandling uten overdreven vridning av silisiumwafer.
2.Vaffelforberedelse
Halvlederskiver kuttes fra bulkhalvledermaterialer. Dette halvledermaterialet kalles en krystallstav, som er dyrket fra en stor blokk av polykrystallinsk og udopet egenmateriale.
Å transformere en polykrystallinsk blokk til en stor enkeltkrystall og gi den riktig krystallorientering og passende mengde N-type eller P-type doping kalles krystallvekst.
De vanligste teknologiene for å produsere enkrystall silisiumblokker for fremstilling av silisiumwafer er Czochralski-metoden og sonesmeltemetoden.
2.1 Czochralski-metoden og Czochralski-enkrystallovn
Czochralski (CZ)-metoden, også kjent som Czochralski (CZ)-metoden, refererer til prosessen med å konvertere smeltet silisiumvæske av halvlederkvalitet til solide enkrystall silisiumbarrer med riktig krystallorientering og dopet til N-type eller P- type.
For tiden dyrkes mer enn 85 % av enkrystall silisium ved hjelp av Czochralski-metoden.
En Czochralski enkrystallovn refererer til et prosessutstyr som smelter polysilisiummaterialer med høy renhet til væske ved oppvarming i et lukket høyvakuum eller sjeldne gass (eller inertgass) beskyttelsesmiljø, og deretter omkrystalliserer dem for å danne enkeltkrystall silisiummaterialer med visse eksterne dimensjoner.
Arbeidsprinsippet til enkrystallovnen er den fysiske prosessen med polykrystallinsk silisiummateriale som rekrystalliseres til enkeltkrystall silisiummateriale i flytende tilstand.
CZ enkrystallovnen kan deles inn i fire deler: ovnskropp, mekanisk overføringssystem, varme- og temperaturkontrollsystem og gassoverføringssystem.
Ovnslegemet inkluderer et ovnshulrom, en frøkrystallakse, en kvartsdigel, en dopingskje, et frøkrystalldeksel og et observasjonsvindu.
Ovnshulrommet skal sikre at temperaturen i ovnen er jevnt fordelt og kan spre varmen godt; frøkrystallakselen brukes til å drive frøkrystallen til å bevege seg opp og ned og rotere; urenhetene som må dopes legges i dopingskjeen;
Frøkrystalldekselet skal beskytte frøkrystallen mot forurensning. Det mekaniske overføringssystemet brukes hovedsakelig til å kontrollere bevegelsen til frøkrystallen og digelen.
For å sikre at silisiumløsningen ikke oksideres, kreves det at vakuumgraden i ovnen er meget høy, vanligvis under 5 Torr, og renheten til den tilsatte inerte gassen må være over 99,9999 %.
Et stykke enkrystall silisium med ønsket krystallorientering brukes som en frøkrystall for å dyrke en silisiumbarre, og den dyrkede silisiumbarren er som en kopi av frøkrystallen.
Forholdene ved grensesnittet mellom det smeltede silisiumet og enkeltkrystall silisiumfrøkrystallen må kontrolleres nøyaktig. Disse forholdene sikrer at det tynne laget av silisium nøyaktig kan gjenskape strukturen til frøkrystallen og til slutt vokse til en stor enkeltkrystall silisiumblokk.
2.2 Sonesmeltemetode og sonesmelteenkeltkrystallovn
Float zone-metoden (FZ) produserer enkrystall silisiumblokker med svært lavt oksygeninnhold. Float zone-metoden ble utviklet på 1950-tallet og kan produsere det reneste enkrystall silisiumet til dags dato.
Sonesmeltende enkrystallovn refererer til en ovn som bruker prinsippet om sonesmelting for å produsere en smal smeltesone i den polykrystallinske staven gjennom et smalt lukket område med høy temperatur av den polykrystallinske stavovnskroppen i et høyt vakuum eller sjelden kvartsrørgass vernemiljø.
Et prosessutstyr som beveger en polykrystallinsk stav eller et ovnsvarmelegeme for å flytte smeltesonen og gradvis krystallisere den til en enkelt krystallstav.
Karakteristikken ved fremstilling av enkeltkrystallstaver ved sonesmeltemetode er at renheten til polykrystallinske stenger kan forbedres i prosessen med krystallisering til enkeltkrystallstaver, og dopingveksten av stavmaterialer er mer jevn.
Typene av sonesmeltende enkrystallovner kan deles inn i to typer: flytende sonesmeltende enkeltkrystallovner som er avhengige av overflatespenning og horisontalsonesmeltende enkrystallovner. I praktiske anvendelser bruker sonesmeltende enkeltkrystallovner vanligvis flytende sonesmelting.
Sonesmeltende enkeltkrystallovnen kan fremstille enkeltkrystallsilisium med høy renhet og lavt oksygen uten behov for en digel. Den brukes hovedsakelig til å fremstille høyresistivitet (>20kΩ·cm) enkeltkrystallsilisium og rense sonesmeltende silisium. Disse produktene brukes hovedsakelig til produksjon av diskrete kraftenheter.
Sonesmeltende enkeltkrystallovn består av et ovnskammer, en øvre aksel og en nedre aksel (mekanisk overføringsdel), en krystallstangchuck, en frøkrystallchuck, en varmespole (høyfrekvensgenerator), gassporter (vakuumport, gassinntak, øvre gassuttak), etc.
I ovnskammerstrukturen er kjølevannsirkulasjon arrangert. Den nedre enden av den øvre akselen til enkeltkrystallovnen er en krystallstangchuck, som brukes til å klemme en polykrystallinsk stang; den øvre enden av den nedre akselen er en frøkrystallchuck, som brukes til å klemme frøkrystallen.
En høyfrekvent strømforsyning tilføres varmespolen, og en smal smeltesone dannes i den polykrystallinske stangen fra den nedre enden. Samtidig roterer de øvre og nedre aksene og synker, slik at smeltesonen krystalliseres til en enkelt krystall.
Fordelene med den sonesmeltende enkrystallovnen er at den ikke bare kan forbedre renheten til den forberedte enkeltkrystallen, men også gjøre stavdopingveksten mer jevn, og enkeltkrystallstangen kan renses gjennom flere prosesser.
Ulempene med den sonesmeltende enkeltkrystallovnen er høye prosesskostnader og liten diameter på den fremstilte enkeltkrystallen. For øyeblikket er den maksimale diameteren til enkeltkrystallen som kan prepareres 200 mm.
Den totale høyden på sonens smeltende enkeltkrystallovnsutstyr er relativt høy, og slaget til de øvre og nedre aksene er relativt langt, slik at lengre enkeltkrystallstenger kan dyrkes.
3. Waferbehandling og utstyr
Krystallstaven må gjennom en rekke prosesser for å danne et silisiumsubstrat som oppfyller kravene til halvlederproduksjon, nemlig en wafer. Den grunnleggende prosessen med behandling er:
Trommeling, skjæring, skjæring, wafergløding, fasing, sliping, polering, rengjøring og pakking, etc.
3.1 Wafer-gløding
I prosessen med å produsere polykrystallinsk silisium og Czochralski silisium, inneholder enkeltkrystall silisium oksygen. Ved en viss temperatur vil oksygenet i enkrystallsilisiumet donere elektroner, og oksygenet vil bli omdannet til oksygengivere. Disse elektronene vil kombineres med urenheter i silisiumplaten og påvirke resistiviteten til silisiumplaten.
Glødeovn: refererer til en ovn som hever temperaturen i ovnen til 1000-1200°C i et hydrogen- eller argonmiljø. Ved å holde seg varm og avkjølende blir oksygenet nær overflaten av den polerte silisiumplaten fordampet og fjernet fra overflaten, noe som får oksygenet til å utfelles og lag.
Prosessutstyr som løser opp mikrodefekter på overflaten av silisiumskiver, reduserer mengden urenheter nær overflaten av silisiumskiver, reduserer defekter og danner et relativt rent område på overflaten av silisiumskiver.
Glødeovnen kalles også en høytemperaturovn på grunn av dens høye temperatur. Industrien kaller også silisiumwafer-glødingsprosessen for gettering.
Silisiumwafer glødeovn er delt inn i:
- Horisontal glødeovn;
-Vertikal glødeovn;
-Rask glødeovn.
Hovedforskjellen mellom en horisontal annealing ovn og en vertikal annealing ovn er layoutretningen til reaksjonskammeret.
Reaksjonskammeret til den horisontale glødeovnen er horisontalt strukturert, og et parti med silisiumskiver kan lastes inn i reaksjonskammeret til glødeovnen for gløding samtidig. Glødetiden er vanligvis 20 til 30 minutter, men reaksjonskammeret trenger lengre oppvarmingstid for å nå temperaturen som kreves av glødeprosessen.
Prosessen med den vertikale glødeovnen tar også i bruk metoden for samtidig å laste en sats av silisiumskiver inn i reaksjonskammeret til glødeovnen for glødingsbehandling. Reaksjonskammeret har en vertikal strukturlayout, som gjør at silisiumskivene kan plasseres i en kvartsbåt i horisontal tilstand.
Samtidig, siden kvartsbåten kan rotere som en helhet i reaksjonskammeret, er utglødningstemperaturen til reaksjonskammeret ensartet, temperaturfordelingen på silisiumplaten er jevn, og den har utmerkede utglødningsuniformitetsegenskaper. Imidlertid er prosesskostnadene for den vertikale glødeovnen høyere enn for den horisontale glødeovnen.
Hurtigglødningsovnen bruker en halogenwolframlampe for å varme silisiumplaten direkte, som kan oppnå rask oppvarming eller avkjøling i et bredt område på 1 til 250°C/s. Oppvarmings- eller avkjølingshastigheten er raskere enn for en tradisjonell glødeovn. Det tar bare noen få sekunder å varme opp reaksjonskammertemperaturen til over 1100°C.
————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera kan gigrafitt deler,myk/stiv filt,silisiumkarbiddeler, CVD silisiumkarbiddeler, ogSiC/TaC-belagte delermed full halvlederprosess på 30 dager.
Hvis du er interessert i de ovennevnte halvlederproduktene, ikke nøl med å kontakte oss første gang.
Tlf.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Innleggstid: 26. august 2024