Waferak zirkuitu integratuak, gailu erdieroale diskretuak eta potentzia-gailuak ekoizteko lehengai nagusiak dira. Zirkuitu integratuen % 90 baino gehiago purutasun handiko eta kalitate handiko obleekin egiten dira.
Obleak prestatzeko ekipamenduak silizio polikristalino purua materialak diametro eta luzera jakin bateko siliziozko kristal bakarreko hagaxka materialetan bihurtzeko prozesuari egiten dio erreferentzia, eta, ondoren, siliziozko kristal bakarreko hagaxken materialak prozesatu mekaniko, tratamendu kimiko eta beste prozesu batzuetara jasaten ditu.
Zehaztasun geometriko eta gainazaleko kalitate-baldintza batzuk betetzen dituzten siliziozko obleak edo silizio epitaxialak fabrikatzen dituzten ekipoak eta txipak fabrikatzeko beharrezko silizio-substratua eskaintzen dutenak.
200 mm-tik beherako diametroa duten siliziozko obleak prestatzeko prozesu-fluxu tipikoa hau da:
Kristal bakarreko hazkuntza → moztu → kanpoko diametroa ijezketa → xerra → xafla → artezketa → akuaforte → gettering → leuntzea → garbiketa → epitaxia → ontziratzea, etab.
300 mm-ko diametroa duten siliziozko obleak prestatzeko prozesu-fluxu nagusia honako hau da:
Kristal bakarreko hazkuntza → mozketa → kanpoko diametroa ijezketa → xerra → txaflaketa → gainazaleko artezketa → akuaforte → ertz leuntzea → alde biko leunketa → alde bakarreko leunketa → azken garbiketa → epitaxia/recocido → ontziratzea, etab.
1.Silikozko materiala
Silizioa material erdieroalea da, 4 balentzia-elektroi dituelako eta taula periodikoaren IVA taldean dagoelako beste elementu batzuekin batera.
Silizioko balentzia-elektroi kopuruak eroale on baten (balentzia-elektroi 1) eta isolatzaile baten (8 balentzia-elektroi) artean kokatzen du.
Silizio hutsa ez da naturan aurkitzen eta erauzi eta araztu egin behar da fabrikatzeko nahikoa purua izan dadin. Normalean silizean (silizio oxidoan edo SiO2) eta beste silikato batzuetan aurkitzen da.
Beste SiO2 forma batzuk beira, kolorerik gabeko kristala, kuartzoa, agata eta katu begia dira.
Erdieroale gisa erabilitako lehen materiala germanioa izan zen 1940ko hamarkadan eta 1950eko hamarkadaren hasieran, baina azkar ordezkatu zuen silizioak.
Silizioa material erdieroale nagusi gisa aukeratu zen lau arrazoi nagusiengatik:
Siliziozko materialen ugaritasuna: Silizioa Lurreko bigarren elementurik ugariena da, lurrazalaren % 25 hartzen baitu.
Silizio materialaren urtze-puntu altuagoak prozesurako tolerantzia zabalagoa ahalbidetzen du: silizioaren urtze-puntua 1412 °C-tan germanioaren urtze-puntua baino askoz handiagoa da 937 °C-tan. Urtze-puntu altuagoak silizioari tenperatura altuko prozesuei eusten die.
Siliziozko materialek funtzionamendu-tenperatura-tarte zabalagoa dute;
Silizio oxidoaren (SiO2) hazkunde naturala: SiO2 kalitate handiko material elektriko isolatzaile egonkorra da eta hesi kimiko bikain gisa jokatzen du silizioa kanpoko kutsaduratik babesteko. Egonkortasun elektrikoa garrantzitsua da zirkuitu integratuetan ondoko eroaleen arteko ihesak saihesteko. SiO2 materialaren geruza fin egonkorrak hazteko gaitasuna oinarrizkoa da errendimendu handiko metal-oxidozko erdieroaleak (MOS-FET) gailuak fabrikatzeko. SiO2-k silizioaren antzeko propietate mekanikoak ditu, tenperatura altuko prozesatzea ahalbidetzen duena siliziozko obleen gehiegizko deformaziorik gabe.
2.Ostia prestatzea
Erdieroaleen obleak material erdieroale solteetatik mozten dira. Material erdieroale honi kristalezko haga deitzen zaio, eta berezko material polikristalino eta dopatu gabeko bloke handi batetik hazten dena.
Bloke polikristalino bat kristal bakar handi batean eraldatzeari eta kristalen orientazio zuzena eta N motako edo P motako doping kopuru egokia emateari kristalen hazkundea deitzen zaio.
Siliziozko obleak prestatzeko kristal bakarreko siliziozko lingoteak ekoizteko teknologia ohikoenak Czochralski metodoa eta zona urtzeko metodoa dira.
2.1 Czochralski metodoa eta Czochralski kristal bakarreko labea
Czochralski (CZ) metodoa, Czochralski (CZ) metodoa izenez ere ezagutzen dena, erdieroale urtutako silizio-likidoa kristal bakarreko silizio-lingote solido bihurtzeko prozesuari egiten dio erreferentzia, kristalaren orientazio zuzenarekin eta N motako edo P-tan dopatuta. mota.
Gaur egun, kristal bakarreko silizioaren % 85 baino gehiago Czochralski metodoa erabiliz hazten da.
Czochralski kristal bakarreko labea purutasun handiko polisiliziozko materialak likido batean urtzen dituen prozesu-ekipo bati deritzo, huts handiko edo gas arraroak (edo gas geldoak) babesteko ingurune itxi batean berotuz, eta, ondoren, kristal bakarreko siliziozko materialak osatzeko kanpoko zenbaitekin. dimentsioak.
Kristal bakarreko labearen funtzionamendu-printzipioa silizio-material polikristalinoaren prozesu fisikoa da kristal bakarreko silizio-materiala egoera likidoan birkristaltzeko.
CZ kristal bakarreko labea lau zatitan bana daiteke: labearen gorputza, transmisio mekanikoko sistema, berokuntza eta tenperatura kontrolatzeko sistema eta gasa garraiatzeko sistema.
Labearen gorputzak labearen barrunbe bat, hazi kristalezko ardatza, kuartzozko arragoa, doping koilara bat, hazi kristalezko estalkia eta behaketa leiho bat ditu.
Labearen barrunbea labeko tenperatura uniformeki banatuta dagoela eta beroa ondo xahutu dezakeela ziurtatzeko da; haziaren kristalaren ardatza haziaren kristala gora eta behera mugitzeko eta biratzeko erabiltzen da; dopatu behar diren ezpurutasunak dopatzeko koilara jartzen dira;
Hazien kristalaren estalkia haziaren kristala kutsaduratik babesteko da. Transmisio mekanikoko sistema batez ere hazi-kristalaren eta arragoaren mugimendua kontrolatzeko erabiltzen da.
Silizio-disoluzioa oxidatzen ez dela ziurtatzeko, labean huts-gradua oso altua izan behar da, oro har 5 Torr-aren azpitik, eta gehitutako gas geldoaren purutasuna % 99,9999tik gorakoa izan behar da.
Kristal bakarreko siliziozko pieza bat nahi den kristalaren orientazioa duen hazi-kristal gisa erabiltzen da siliziozko lingote bat hazteko, eta hazitako silizio-ingotea hazi-kristalaren erreplika bat bezalakoa da.
Silizio urtuaren eta kristal bakarreko silizio hazi-kristalaren arteko interfazeko baldintzak zehatz-mehatz kontrolatu behar dira. Baldintza hauek ziurtatzen dute siliziozko geruza meheak hazi-kristalaren egitura zehaztasunez errepika dezakeela eta, azkenean, kristal bakarreko silizio-lingote handi batean hazten dela.
2.2 Zona urtzeko metodoa eta zona urtzeko kristal bakarreko labea
Float zone metodoak (FZ) kristal bakarreko siliziozko lingoteak ekoizten ditu oso oxigeno-eduki txikiarekin. Float zone metodoa 1950eko hamarkadan garatu zen eta orain arteko silizio kristal bakarreko garbiena ekoitzi dezake.
Kristal bakarreko urtze-labeak zona urtze-printzipioa erabiltzen duen labeari egiten dio erreferentzia haga polikristalinoan urtze-eremu estu bat ekoizteko, hagaxka polikristalinoaren gorputz-labearen gorputz-tenperatura estu itxi batean, huts handiko edo kuartzozko hodi gas arraro batean. babes ingurunea.
Haga polikristalino bat edo labea berotzeko gorputz bat mugitzen duen prozesu-ekipo bat, urtze-eremua mugitzeko eta pixkanaka kristal bakarreko hagatxo batean kristalizatzeko.
Zona urtzeko metodoaren bidez kristal bakarreko hagaxkak prestatzearen ezaugarria da hagaxka polikristalinoen purutasuna kristal bakarreko hagaxketan kristalizazio prozesuan hobetu daitekeela eta hagaxka materialen dopa hazkuntza uniformeagoa dela.
Kristal bakarreko urtze-labe motak bi motatan bana daitezke: azalera-tentsioan oinarritzen diren kristal bakarreko urtze-labe flotagarriak eta kristal bakarreko urtze-labe horizontalak. Aplikazio praktikoetan, zona urtzeko kristal bakarreko labeek, oro har, urtze eremu flotatzailea hartzen dute.
Zona urtzeko kristal bakarreko labeak purutasun handiko oxigeno baxuko kristal bakarreko silizioa presta dezake arragoa beharrik gabe. Batez ere, erresistentzia handiko (>20kΩ·cm) kristal bakarreko silizioa prestatzeko eta urtzeko zonako silizioa arazteko erabiltzen da. Produktu hauek potentzia diskretuen gailuen fabrikazioan erabiltzen dira batez ere.
Kristal bakarreko urtze-labea labe ganbera bat, goiko ardatza eta beheko ardatza (transmisio mekanikoaren zatia), kristalezko hagaxka bat, hazi kristalezko portada bat, berogailu bobina bat (maiztasun handiko sorgailua), gas-ataka (hutseko portua, ... gasaren sarrera, goiko gasaren irteera), etab.
Labe-ganberaren egituran, hozte-uraren zirkulazioa antolatzen da. Kristal bakarreko labearen goiko ardatzaren beheko muturra kristalezko hagaxka bat da, hagaxka polikristalino bat estutzeko erabiltzen dena; beheko ardatzaren goiko muturra hazi-kristalezko garraia da, hazi-kristala estutzeko erabiltzen dena.
Maiztasun handiko elikadura-hornidura bat hornitzen da berogailu-bobinara, eta urtze-eremu estu bat sortzen da haga polikristalinoan beheko muturretik hasita. Aldi berean, goiko eta beheko ardatzak biratu eta jaisten dira, urtze-eremua kristal bakar batean kristalizatzen delarik.
Kristal bakarreko urtze-labearen abantailak dira prestatutako kristal bakarrearen purutasuna hobetzeaz gain, hagaxka doping-hazkundea uniformeagoa izateaz gain, kristal bakarreko hagatxoa hainbat prozesuren bidez araz daiteke.
Kristal bakarreko urtze-labearen desabantailak prozesuko kostu handiak eta prestatutako kristal bakarrearen diametro txikia dira. Gaur egun, prestatu daitekeen kristal bakarrearen gehienezko diametroa 200 mm-koa da.
Urtze-kristal bakarreko labe-ekipoaren altuera orokorra nahiko altua da eta goiko eta beheko ardatzen trazua nahiko luzea da, beraz, kristal bakarreko hagatxo luzeagoak hazi daitezke.
3. Ostia prozesatzeko eta ekipoak
Kristalezko hagaxk hainbat prozesu egin behar ditu erdieroaleen fabrikazioaren eskakizunak betetzen dituen siliziozko substratua osatzeko, hots, oblea. Prozesatzeko oinarrizko prozesua hau da:
Erraztu, moztea, ebakitzea, obleak erretzea, txaflatzea, arteztea, leuntzea, garbitzea eta ontziratzea, etab.
3.1 Ostia errekostea
Silizio polikristalinoa eta Czochralski silizioa fabrikatzeko prozesuan, kristal bakarreko silizioak oxigenoa dauka. Tenperatura jakin batean, silizio kristal bakarreko oxigenoak elektroiak emango ditu, eta oxigenoa oxigeno emaile bihurtuko da. Elektroi hauek silizio-oblean dauden ezpurutasunekin konbinatuko dira eta silizio-oblearen erresistentzian eragina izango dute.
Analing-labea: hidrogeno edo argon ingurunean labearen tenperatura 1000-1200 °C-ra igotzen duen labeari egiten zaio erreferentzia. Bero eta hoztuta mantenduz, leundutako siliziozko oblearen gainazaletik gertu dagoen oxigenoa lurrundu egiten da eta bere gainazaletik kentzen da, oxigenoa hauspeatu eta geruzatuz.
Siliziozko obleen gainazalean akats mikroak disolbatzen dituzten prozesatzeko ekipoak, siliziozko obleen gainazaletik gertu dauden ezpurutasun kopurua murrizten dute, akatsak murrizten dituzte eta siliziozko obleen gainazalean eremu nahiko garbia osatzen dute.
Errekuzitzeko labeari tenperatura altuko labe ere deitzen zaio bere tenperatura altuagatik. Industriak ere deitzen dio siliziozko obleen annealing prozesuari.
Siliziozko obleak erretzeko labea honela banatzen da:
-Horizontaleko labea;
-Errezitzeko labe bertikala;
-Erretortzeko labe azkarra.
Erreakzio-labe horizontal baten eta labe bertikal baten arteko desberdintasun nagusia erreakzio-ganberaren diseinuaren norabidea da.
Erreakzio-labe horizontalaren erreakzio-ganbera horizontalki egituratuta dago, eta siliziozko obleen sorta bat kargatu daiteke aldi berean recozitzeko labearen erreakzio-ganbera. Errekuntza-denbora 20 eta 30 minutukoa izan ohi da, baina erreakzio-ganberak berotze-denbora luzeagoa behar du erretiro-prozesuak eskatzen duen tenperaturara iristeko.
Errekuzitzeko labe bertikalaren prozesuak siliziozko obleen sorta bat aldi berean kargatzeko metodoa ere hartzen du errekuzitzeko labearen erreakzio-ganberan, tratamendurako. Erreakzio-ganberak egitura bertikaleko diseinua du, eta horri esker, siliziozko obleak kuartzozko ontzi batean kokatu daitezke egoera horizontalean.
Aldi berean, kuartzozko txalupa erreakzio-ganberan osorik biratu daitekeenez, erreakzio-ganberaren errekuntza-tenperatura uniformea da, silizio-oblean tenperatura-banaketa uniformea da eta errekostatzeko uniformetasun ezaugarri bikainak ditu. Hala ere, erretiro-labe bertikalaren prozesu-kostua altuagoa da labe horizontalarena baino.
Errekorte azkarreko labeak tungsteno-lanpara halogeno bat erabiltzen du siliziozko oblea zuzenean berotzeko, 1 eta 250 °C/s-ko tarte zabalean berotu edo hozte azkarra lor dezakeena. Berotze- edo hozte-abiadura errekozitzeko labe tradizional batena baino azkarragoa da. Segundo batzuk baino ez dira behar erreakzio-ganberaren tenperatura 1100 °C-tik gorako berotzeko.
—————————————————————————————————————————————————————————————————————— ——
Semicerak eman dezakegrafito zatiak,feltro biguna/zurruna,silizio karburozko piezak, CVD silizio-karburozko piezak, etaSiC/TaC estalitako piezak30 egunetan erdieroale prozesu osoarekin.
Goiko produktu erdieroaleetan interesa baduzu, mesedez, ez izan zalantzarik lehen aldiz gurekin harremanetan jartzeko.
Tel.: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Argitalpenaren ordua: 2024-ko abuztuaren 26a