Wafers zijn de belangrijkste grondstoffen voor de productie van geïntegreerde schakelingen, discrete halfgeleiderapparaten en stroomapparaten. Meer dan 90% van de geïntegreerde schakelingen wordt gemaakt op zeer zuivere wafers van hoge kwaliteit.
Wafervoorbereidingsapparatuur verwijst naar het proces waarbij zuivere polykristallijne siliciummaterialen worden gemaakt tot silicium-eenkristalstaafmaterialen met een bepaalde diameter en lengte, en vervolgens de silicium-eenkristalstaafmaterialen onderwerpen aan een reeks mechanische verwerking, chemische behandeling en andere processen.
Apparatuur die siliciumwafels of epitaxiale siliciumwafels vervaardigt die voldoen aan bepaalde eisen op het gebied van geometrische nauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit en die het vereiste siliciumsubstraat levert voor de productie van chips.
De typische processtroom voor het bereiden van siliciumwafels met een diameter van minder dan 200 mm is:
Eenkristalgroei → afknotting → buitendiameter rollen → snijden → afschuinen → slijpen → etsen → getteren → polijsten → reinigen → epitaxie → verpakking, enz.
De belangrijkste processtroom voor het vervaardigen van siliciumwafels met een diameter van 300 mm is als volgt:
Eenkristalgroei → afknotting → buitendiameter rollen → snijden → afschuinen → vlakslijpen → etsen → randpolijsten → dubbelzijdig polijsten → enkelzijdig polijsten → eindreiniging → epitaxie/gloeien → verpakking, enz.
1.Siliconenmateriaal
Silicium is een halfgeleidermateriaal omdat het vier valentie-elektronen heeft en zich samen met andere elementen in groep IVA van het periodiek systeem bevindt.
Het aantal valentie-elektronen in silicium plaatst het precies tussen een goede geleider (1 valentie-elektron) en een isolator (8 valentie-elektronen).
Zuiver silicium komt niet in de natuur voor en moet worden geëxtraheerd en gezuiverd om het zuiver genoeg te maken voor productie. Het wordt meestal aangetroffen in silica (siliciumoxide of SiO2) en andere silicaten.
Andere vormen van SiO2 zijn glas, kleurloos kristal, kwarts, agaat en kattenoog.
Het eerste materiaal dat als halfgeleider werd gebruikt, was germanium in de jaren veertig en begin jaren vijftig, maar het werd snel vervangen door silicium.
Silicium werd om vier belangrijke redenen gekozen als het belangrijkste halfgeleidermateriaal:
Overvloed aan siliciummaterialen: Silicium is het op een na meest voorkomende element op aarde, goed voor 25% van de aardkorst.
Het hogere smeltpunt van siliciummateriaal maakt een grotere procestolerantie mogelijk: het smeltpunt van silicium bij 1412°C is veel hoger dan het smeltpunt van germanium bij 937°C. Door het hogere smeltpunt is silicium bestand tegen processen bij hoge temperaturen.
Siliciummaterialen hebben een breder bedrijfstemperatuurbereik;
Natuurlijke groei van siliciumoxide (SiO2): SiO2 is een hoogwaardig, stabiel elektrisch isolatiemateriaal en fungeert als een uitstekende chemische barrière om silicium te beschermen tegen vervuiling van buitenaf. Elektrische stabiliteit is belangrijk om lekkage tussen aangrenzende geleiders in geïntegreerde schakelingen te voorkomen. Het vermogen om stabiele dunne lagen SiO2-materiaal te laten groeien is van fundamenteel belang voor de vervaardiging van hoogwaardige metaaloxide-halfgeleiderapparaten (MOS-FET). SiO2 heeft vergelijkbare mechanische eigenschappen als silicium, waardoor verwerking bij hoge temperaturen mogelijk is zonder overmatige kromtrekking van de siliciumwafel.
2. Wafervoorbereiding
Halfgeleiderwafels worden gesneden uit bulk halfgeleidermaterialen. Dit halfgeleidermateriaal wordt een kristalstaaf genoemd, die is gegroeid uit een groot blok polykristallijn en ongedoteerd intrinsiek materiaal.
Het transformeren van een polykristallijn blok in een groot enkel kristal en het de juiste kristaloriëntatie en de juiste hoeveelheid N-type of P-type dotering geven, wordt kristalgroei genoemd.
De meest gebruikelijke technologieën voor het produceren van monokristallijne siliciumstaven voor de bereiding van siliciumwafels zijn de Czochralski-methode en de zone-smeltmethode.
2.1 Czochralski-methode en Czochralski-eenkristaloven
De Czochralski (CZ)-methode, ook bekend als de Czochralski (CZ)-methode, verwijst naar het proces waarbij gesmolten siliciumvloeistof van halfgeleiderkwaliteit wordt omgezet in vaste monokristallijne siliciumstaven met de juiste kristaloriëntatie en gedoteerd in N-type of P- type.
Momenteel wordt meer dan 85% van het monokristallijne silicium gekweekt met behulp van de Czochralski-methode.
Een Czochralski-eenkristaloven verwijst naar een procesapparatuur die zeer zuivere polysiliciummaterialen in vloeistof smelt door verwarming in een gesloten hoogvacuüm of beschermingsomgeving voor edelgas (of inert gas), en deze vervolgens herkristalliseert om monokristallijne siliciummaterialen te vormen met bepaalde externe eigenschappen. afmetingen.
Het werkingsprincipe van de eenkristaloven is het fysieke proces waarbij polykristallijn siliciummateriaal herkristalliseert tot monokristallijn siliciummateriaal in vloeibare toestand.
De eenkristaloven van CZ kan in vier delen worden verdeeld: ovenlichaam, mechanisch transmissiesysteem, verwarmings- en temperatuurregelsysteem en gastransmissiesysteem.
Het ovenlichaam omvat een ovenholte, een entkristalas, een kwartskroes, een doteringslepel, een entkristaldeksel en een observatievenster.
De ovenholte moet ervoor zorgen dat de temperatuur in de oven gelijkmatig verdeeld wordt en de warmte goed kan afvoeren; de zaadkristalschacht wordt gebruikt om het zaadkristal op en neer te laten bewegen en te roteren; de onzuiverheden die gedoteerd moeten worden, worden in de dopinglepel gedaan;
Het zaadkristaldeksel is bedoeld om het zaadkristal te beschermen tegen besmetting. Het mechanische transmissiesysteem wordt voornamelijk gebruikt om de beweging van het zaadkristal en de smeltkroes te regelen.
Om ervoor te zorgen dat de siliciumoplossing niet wordt geoxideerd, moet de vacuümgraad in de oven zeer hoog zijn, in het algemeen lager dan 5 Torr, en moet de zuiverheid van het toegevoegde inerte gas hoger zijn dan 99,9999%.
Een stuk monokristallijn silicium met de gewenste kristaloriëntatie wordt gebruikt als kiemkristal om een siliciumstaaf te laten groeien, en de gegroeide siliciumstaaf is als een replica van het kiemkristal.
De omstandigheden op het grensvlak tussen het gesmolten silicium en het monokristallijne siliciumzaadkristal moeten nauwkeurig worden gecontroleerd. Deze omstandigheden zorgen ervoor dat de dunne laag silicium de structuur van het kiemkristal nauwkeurig kan repliceren en uiteindelijk kan uitgroeien tot een grote siliciumstaaf met één kristal.
2.2 Zonesmeltmethode en zonesmeltoven met één kristal
De vlotterzonemethode (FZ) produceert monokristallijne siliciumstaven met een zeer laag zuurstofgehalte. De floatzone-methode is ontwikkeld in de jaren vijftig en kan het zuiverste monokristallijne silicium tot nu toe produceren.
De zone-smeltende eenkristaloven verwijst naar een oven die het principe van zone-smelten gebruikt om een smalle smeltzone in de polykristallijne staaf te produceren via een smal gesloten gebied op hoge temperatuur van het polykristallijne staafovenlichaam in een hoogvacuüm of zeldzaam kwartsbuisgas bescherming omgeving.
Een procesapparatuur die een polykristallijne staaf of een verwarmingslichaam van een oven beweegt om de smeltzone te verplaatsen en deze geleidelijk te kristalliseren tot een enkele kristalstaaf.
Het kenmerk van het bereiden van monokristallijne staven met behulp van de zone-smeltmethode is dat de zuiverheid van polykristallijne staven kan worden verbeterd tijdens het kristallisatieproces tot monokristallijne staven, en dat de doteringsgroei van staafmaterialen uniformer is.
De typen monokristallijne smeltovens kunnen in twee typen worden verdeeld: smeltende monokristallijne ovens met drijvende zone die afhankelijk zijn van oppervlaktespanning en horizontale zone smeltende monokristallijne ovens. In praktische toepassingen gebruiken zone-smeltovens met één kristal in het algemeen het smelten in drijvende zones.
De zonesmeltende eenkristaloven kan hoogzuiver, zuurstofarm eenkristalsilicium bereiden zonder dat een smeltkroes nodig is. Het wordt voornamelijk gebruikt voor het bereiden van monokristallijn silicium met hoge weerstand (>20kΩ·cm) en voor het zuiveren van zone-smeltend silicium. Deze producten worden voornamelijk gebruikt bij de vervaardiging van discrete stroomapparaten.
De zone-smeltende eenkristaloven bestaat uit een ovenkamer, een bovenste as en een onderste as (mechanisch transmissiedeel), een kristallen staafklem, een zaadkristalklem, een verwarmingsspiraal (hoogfrequente generator), gaspoorten (vacuümpoort, gasinlaat, bovenste gasuitlaat), etc.
In de structuur van de ovenkamer is koelwatercirculatie geregeld. Het onderste uiteinde van de bovenste schacht van de eenkristaloven is een kristallen staafklem, die wordt gebruikt om een polykristallijne staaf vast te klemmen; het bovenste uiteinde van de onderste as is een zaadkristalhouder, die wordt gebruikt om het zaadkristal vast te klemmen.
Een hoogfrequente voeding wordt aan de verwarmingsspiraal geleverd en er wordt een smalle smeltzone gevormd in de polykristallijne staaf, beginnend vanaf het onderste uiteinde. Tegelijkertijd roteren en dalen de bovenste en onderste assen, zodat de smeltzone wordt gekristalliseerd tot een enkel kristal.
De voordelen van de zone-smeltende eenkristaloven zijn dat deze niet alleen de zuiverheid van het bereide eenkristal kan verbeteren, maar ook de staafdoteringsgroei uniformer kan maken en dat de eenkristalstaaf door meerdere processen kan worden gezuiverd.
De nadelen van de zonesmeltende eenkristaloven zijn de hoge proceskosten en de kleine diameter van het bereide eenkristal. Momenteel is de maximale diameter van het monokristal dat kan worden vervaardigd 200 mm.
De totale hoogte van de zone-smeltoven met eenkristaloven is relatief hoog, en de slag van de bovenste en onderste assen is relatief lang, zodat langere monokristallijne staven kunnen worden gekweekt.
3. Waferverwerking en apparatuur
De kristallen staaf moet een reeks processen ondergaan om een siliciumsubstraat te vormen dat voldoet aan de eisen van de halfgeleiderproductie, namelijk een wafer. Het basisverwerkingsproces is:
Tuimelen, snijden, snijden, wafergloeien, afschuinen, slijpen, polijsten, reinigen en verpakken, enz.
3.1 Wafergloeien
Tijdens het productieproces van polykristallijn silicium en Czochralski-silicium bevat monokristallijn silicium zuurstof. Bij een bepaalde temperatuur zal de zuurstof in het monokristallijne silicium elektronen doneren en zal de zuurstof worden omgezet in zuurstofdonoren. Deze elektronen zullen zich combineren met onzuiverheden in de siliciumwafel en de soortelijke weerstand van de siliciumwafel beïnvloeden.
Gloeioven: verwijst naar een oven die de temperatuur in de oven verhoogt tot 1000-1200°C in een waterstof- of argonomgeving. Door warm te blijven en af te koelen, wordt de zuurstof nabij het oppervlak van de gepolijste siliciumwafel vervluchtigd en van het oppervlak verwijderd, waardoor de zuurstof neerslaat en een laag vormt.
Procesapparatuur die microdefecten op het oppervlak van siliciumwafels oplost, de hoeveelheid onzuiverheden nabij het oppervlak van siliciumwafels vermindert, defecten vermindert en een relatief schoon gebied op het oppervlak van siliciumwafels vormt.
De gloeioven wordt vanwege de hoge temperatuur ook wel een hogetemperatuuroven genoemd. De industrie noemt het siliciumwafelgloeiproces ook wel 'gettering'.
Siliciumwafel-gloeioven is onderverdeeld in:
-Horizontale gloeioven;
-Verticale gloeioven;
-Snelle gloeioven.
Het belangrijkste verschil tussen een horizontale gloeioven en een verticale gloeioven is de lay-outrichting van de reactiekamer.
De reactiekamer van de horizontale gloeioven is horizontaal gestructureerd en een partij siliciumwafels kan in de reactiekamer van de gloeioven worden geladen om tegelijkertijd te worden uitgegloeid. De gloeitijd bedraagt gewoonlijk 20 tot 30 minuten, maar de reactiekamer heeft een langere verwarmingstijd nodig om de temperatuur te bereiken die vereist is voor het gloeiproces.
Het proces van de verticale gloeioven maakt ook gebruik van de methode van het gelijktijdig laden van een batch siliciumwafels in de reactiekamer van de gloeioven voor een gloeibehandeling. De reactiekamer heeft een verticale structuurindeling, waardoor de siliciumwafels in een horizontale toestand in een kwartsboot kunnen worden geplaatst.
Omdat de kwartsboot als geheel in de reactiekamer kan roteren, is tegelijkertijd de gloeitemperatuur van de reactiekamer uniform, is de temperatuurverdeling op de siliciumwafel uniform en heeft deze uitstekende gloei-uniformiteitskenmerken. De proceskosten van de verticale gloeioven zijn echter hoger dan die van de horizontale gloeioven.
De snelgloeioven maakt gebruik van een halogeenwolfraamlamp om de siliciumwafel direct te verwarmen, waardoor snelle verwarming of koeling kan worden bereikt in een breed bereik van 1 tot 250 °C/s. De verwarmings- of afkoelsnelheid is sneller dan die van een traditionele gloeioven. Het duurt slechts enkele seconden om de temperatuur van de reactiekamer tot boven 1100°C te verwarmen.
————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera kan dit biedengrafiet onderdelen,zacht/stijf vilt,onderdelen van siliciumcarbide, CVD siliciumcarbide onderdelen, EnOnderdelen met SiC/TaC-coatingmet volledig halfgeleiderproces in 30 dagen.
Als u geïnteresseerd bent in de bovengenoemde halfgeleiderproducten, Aarzel dan niet om de eerste keer contact met ons op te nemen.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Posttijd: 26 augustus 2024