Wafer minangka bahan mentah utama kanggo produksi sirkuit terpadu, piranti semikonduktor diskrit lan piranti listrik. Luwih saka 90% sirkuit terpadu digawe ing wafer kanthi kemurnian dhuwur lan kualitas dhuwur.
Peralatan persiapan wafer nuduhake proses nggawe bahan silikon polycrystalline murni dadi bahan rod kristal tunggal silikon kanthi diameter lan dawa tartamtu, lan banjur tundhuk bahan rod kristal tunggal silikon menyang seri pangolahan mekanik, perawatan kimia lan proses liyane.
Peralatan sing nggawe wafer silikon utawa wafer silikon epitaxial sing nyukupi akurasi geometris tartamtu lan syarat kualitas permukaan lan nyedhiyakake substrat silikon sing dibutuhake kanggo manufaktur chip.
Alur proses khas kanggo nyiapake wafer silikon kanthi diameter kurang saka 200 mm yaiku:
Tuwuh kristal tunggal → truncation → diameter njaba rolling → ngiris → chamfering → grinding → etching → gettering → polishing → cleaning → epitaxy → packaging, etc.
Alur proses utama kanggo nyiapake wafer silikon kanthi diameter 300 mm yaiku:
Tuwuh kristal tunggal → truncation → diameter njaba rolling → irisan → chamfering → grinding lumahing → etching → polishing pinggiran → polishing pindho sisi → polishing siji-sisi → reresik pungkasan → epitaxy / annealing → packaging, etc.
1. Bahan silikon
Silikon minangka bahan semikonduktor amarga nduweni 4 elektron valensi lan ana ing grup IVA saka tabel périodik bebarengan karo unsur liya.
Jumlah elektron valensi ing silikon dumunung ing antarane konduktor sing apik (1 elektron valensi) lan insulator (8 elektron valensi).
Silikon murni ora ditemokake ing alam lan kudu diekstrak lan diresiki supaya cukup murni kanggo manufaktur. Biasane ditemokake ing silika (silikon oksida utawa SiO2) lan silikat liyane.
Bentuk liyane saka SiO2 kalebu kaca, kristal tanpa warna, kuarsa, akik lan mata kucing.
Bahan pisanan sing digunakake minangka semikonduktor yaiku germanium ing taun 1940-an lan awal 1950-an, nanging kanthi cepet diganti karo silikon.
Silicon dipilih minangka bahan semikonduktor utama kanggo papat alasan utama:
Kelimpahan Bahan Silikon: Silikon minangka unsur paling akèh nomer loro ing Bumi, cacahé 25% saka kerak bumi.
Titik lebur bahan silikon sing luwih dhuwur ngidini toleransi proses sing luwih akeh: titik lebur silikon ing 1412°C luwih dhuwur tinimbang titik lebur germanium ing 937°C. Titik lebur sing luwih dhuwur ngidini silikon tahan proses suhu dhuwur.
Bahan silikon duwe sawetara suhu operasi sing luwih akeh;
Pertumbuhan alami silikon oksida (SiO2): SiO2 minangka bahan insulasi listrik sing berkualitas lan stabil lan minangka penghalang kimia sing apik kanggo nglindhungi silikon saka kontaminasi eksternal. Stabilitas listrik penting kanggo nyegah bocor ing antarane konduktor jejer ing sirkuit terpadu. Kemampuan kanggo tuwuh lapisan tipis bahan SiO2 sing stabil minangka dhasar kanggo nggawe piranti semikonduktor oksida logam (MOS-FET) kanthi kinerja dhuwur. SiO2 nduweni sifat mekanik sing padha karo silikon, ngidini pangolahan suhu dhuwur tanpa warping wafer silikon sing berlebihan.
2. Persiapan wafer
Wafer semikonduktor dipotong saka bahan semikonduktor massal. Bahan semikonduktor iki diarani rod kristal, sing ditanam saka blok polikristalin gedhe lan materi intrinsik sing ora diopeni.
Ngowahi blok polycrystalline menyang kristal siji gedhe lan menehi orientasi kristal bener lan jumlah cocok saka N-jinis utawa P-jinis doping diarani wutah kristal.
Teknologi sing paling umum kanggo ngasilake ingot silikon kristal tunggal kanggo persiapan wafer silikon yaiku metode Czochralski lan metode leleh zona.
2.1 Metode Czochralski lan Czochralski tungku kristal tunggal
Metode Czochralski (CZ), uga dikenal minangka metode Czochralski (CZ), nuduhake proses ngowahi cairan silikon kelas semikonduktor cair dadi ingot silikon kristal tunggal sing padhet kanthi orientasi kristal sing bener lan didoping dadi tipe-N utawa P- jinis.
Saiki, luwih saka 85% silikon kristal tunggal ditanam nggunakake metode Czochralski.
Tungku kristal tunggal Czochralski nuduhake peralatan proses sing nyawiji bahan polysilicon kanthi kemurnian dhuwur dadi cairan kanthi dipanasake ing lingkungan perlindungan vakum dhuwur utawa gas langka (utawa gas inert), banjur rekristalisasi dadi bahan silikon kristal tunggal kanthi njaba tartamtu. dimensi.
Prinsip kerja tungku kristal tunggal yaiku proses fisik saka bahan silikon polikristalin recrystallizing dadi bahan silikon kristal tunggal ing kahanan cair.
Tungku kristal tunggal CZ bisa dipérang dadi patang bagéan: awak tungku, sistem transmisi mekanik, sistem kontrol pemanasan lan suhu, lan sistem transmisi gas.
Badan tungku kalebu rongga tungku, sumbu kristal wiji, crucible kuarsa, sendok doping, tutup kristal wiji, lan jendhela pengamatan.
Rongga tungku kanggo mesthekake yen suhu ing tungku disebarake kanthi rata lan bisa ngilangi panas kanthi apik; batang kristal wiji digunakake kanggo drive kristal wiji kanggo mindhah munggah lan mudhun lan muter; impurities sing kudu doped diselehake ing sendok doping;
Tutup kristal wiji kanggo nglindhungi kristal wiji saka kontaminasi. Sistem transmisi mekanik utamane digunakake kanggo ngontrol gerakan kristal wiji lan crucible.
Supaya kanggo mesthekake yen solusi silikon ora oxidized, jurusan vakum ing pawon kudu dhuwur banget, umume ngisor 5 Torr, lan kemurnian gas inert ditambahaké kudu ndhuwur 99,9999%.
Sepotong silikon kristal tunggal kanthi orientasi kristal sing dikarepake digunakake minangka kristal wiji kanggo tuwuh ingot silikon, lan ingot silikon sing tuwuh kaya replika kristal wiji.
Kondisi ing antarmuka antarane silikon molten lan kristal wiji silikon kristal tunggal kudu dikontrol kanthi tepat. Kondisi kasebut mesthekake yen lapisan silikon sing tipis bisa kanthi akurat niru struktur kristal wiji lan pungkasane tuwuh dadi ingot silikon kristal tunggal sing gedhe.
2.2 Metode Zona Lebur lan Zona Lebur Tungku Kristal Tunggal
Metode zona float (FZ) ngasilake ingot silikon kristal tunggal kanthi kandungan oksigen sing sithik banget. Metode zona float dikembangake ing taun 1950-an lan bisa ngasilake silikon kristal tunggal sing paling murni nganti saiki.
Tungku kristal tunggal zona leleh nuduhake tungku sing nggunakake prinsip leleh zona kanggo ngasilake zona leleh sing sempit ing rod polikristalin liwat area tertutup sing sempit suhu dhuwur saka awak tungku rod polikristalin ing vakum dhuwur utawa gas tabung kuarsa langka. lingkungan pangayoman.
A peralatan proses sing gerakane rod polycrystalline utawa awak dadi panas tungku kanggo mindhah zona leleh lan mboko sithik crystallize menyang rod kristal siji.
Karakteristik nyiapake rod kristal siji kanthi metode leleh zona yaiku kemurnian rod polycrystalline bisa ditingkatake ing proses kristalisasi dadi rod kristal tunggal, lan pertumbuhan doping bahan rod luwih seragam.
Jinis zona leleh tungku kristal tunggal bisa dipérang dadi rong jinis: zona ngambang leleh tungku kristal tunggal sing gumantung ing tegangan permukaan lan zona horisontal leleh tungku kristal tunggal. Ing aplikasi praktis, zona leleh tungku kristal tunggal umume nganggo leleh zona ngambang.
Zona leleh tungku kristal tunggal bisa nyiyapake silikon kristal tunggal oksigen rendah kemurnian dhuwur tanpa mbutuhake crucible. Utamane digunakake kanggo nyiapake resistivitas dhuwur (> 20kΩ · cm) silikon kristal tunggal lan ngresiki silikon leleh zona. Produk kasebut utamane digunakake kanggo nggawe piranti listrik diskrit.
Zona leleh tungku kristal tunggal kasusun saka kamar tungku, poros ndhuwur lan poros ngisor (bagean transmisi mekanik), chuck rod kristal, chuck kristal wiji, coil pemanas (generator frekuensi dhuwur), port gas (vakum port, inlet gas, stopkontak gas ndhuwur), lsp.
Ing struktur ruang tungku, sirkulasi banyu pendinginan diatur. Pucuk ngisor batang ndhuwur tungku kristal tunggal yaiku chuck rod kristal, sing digunakake kanggo ngapit rod polycrystalline; mburi ndhuwur batang ngisor punika Chuck kristal wiji, kang digunakake kanggo clamp kristal wiji.
Pasokan listrik frekuensi dhuwur diwenehake menyang koil pemanasan, lan zona leleh sing sempit dibentuk ing rod polikristalin wiwit saka ujung ngisor. Ing wektu sing padha, sumbu ndhuwur lan ngisor muter lan mudhun, supaya zona leleh wis crystallized dadi kristal siji.
Kaluwihan saka zona leleh pawon kristal siji iku ora mung bisa nambah kemurnian kristal siji disiapake, nanging uga nggawe rod doping wutah luwih seragam, lan rod kristal siji bisa diresiki liwat macem-macem pangolahan.
Kerugian saka zona leleh tungku kristal tunggal yaiku biaya proses sing dhuwur lan diameter cilik saka kristal tunggal sing disiapake. Saiki, diameter maksimum kristal tunggal sing bisa disiapake yaiku 200mm.
Dhuwur sakabèhé saka zona leleh peralatan pawon kristal siji relatif dhuwur, lan stroke saka sumbu ndhuwur lan ngisor punika relatif dawa, supaya rod kristal siji maneh bisa thukul.
3. Wafer Processing lan peralatan
Rod kristal kudu ngliwati sawetara proses kanggo mbentuk substrat silikon sing nyukupi syarat manufaktur semikonduktor, yaiku wafer. Proses dhasar pangolahan yaiku:
Tumbling, nglereni, ngiris, wafer annealing, chamfering, grinding, polishing, reresik lan packaging, etc.
3.1 Wafer Annealing
Ing proses manufaktur silikon polycrystalline lan silikon Czochralski, silikon kristal tunggal ngandhut oksigen. Ing suhu tartamtu, oksigen ing silikon kristal tunggal bakal nyumbang elektron, lan oksigen bakal diowahi dadi donor oksigen. Elektron iki bakal gabung karo impurities ing wafer silikon lan mengaruhi resistivitas wafer silikon.
Tungku Annealing: nuduhake tungku sing ngunggahake suhu ing tungku nganti 1000-1200 ° C ing lingkungan hidrogen utawa argon. Kanthi tetep anget lan adhem, oksigen sing cedhak karo permukaan wafer silikon sing dipoles bakal volatil lan dibuang saka permukaane, nyebabake oksigen dadi endapan lan lapisan.
Peralatan pangolahan sing mbubarake cacat mikro ing permukaan wafer silikon, nyuda jumlah impurities ing cedhak permukaan wafer silikon, nyuda cacat, lan mbentuk area sing relatif resik ing permukaan wafer silikon.
Tungku annealing uga diarani tungku suhu dhuwur amarga suhu sing dhuwur. Industri kasebut uga nyebutake proses anil wafer silikon.
Silicon wafer annealing furnace dipérang dadi:
- tungku anil horisontal;
- tungku anil vertikal;
- Tungku anil kanthi cepet.
Bentenane utama antarane tungku anil horisontal lan tungku anil vertikal yaiku arah tata letak kamar reaksi.
Kamar reaksi saka tungku annealing horisontal wis kabentuk horisontal, lan kumpulan wafer silikon bisa dimuat menyang kamar reaksi saka tungku annealing kanggo annealing ing wektu sing padha. Wektu annealing biasane 20 nganti 30 menit, nanging kamar reaksi mbutuhake wektu pemanasan sing luwih suwe kanggo nggayuh suhu sing dibutuhake dening proses annealing.
Proses tungku annealing vertikal uga nganggo cara ngemot batch wafer silikon menyang kamar reaksi tungku annealing kanggo perawatan annealing. Kamar reaksi nduweni tata letak struktur vertikal, sing ngidini wafer silikon diselehake ing prau kuarsa ing negara horisontal.
Ing wektu sing padha, wiwit prau kuarsa bisa muter minangka wutuh ing kamar reaksi, suhu annealing saka kamar reaksi seragam, distribusi suhu ing wafer Silicon seragam, lan wis ciri uniformity annealing banget. Nanging, biaya proses tungku anil vertikal luwih dhuwur tinimbang tungku anil horisontal.
Tungku annealing kanthi cepet nggunakake lampu tungsten halogen kanggo langsung panas wafer silikon, sing bisa entuk pemanasan utawa pendinginan kanthi cepet ing sawetara 1 nganti 250 ° C / s. Tingkat pemanasan utawa pendinginan luwih cepet tinimbang tungku anil tradisional. Mung sawetara detik kanggo panas suhu kamar reaksi kanggo ndhuwur 1100 ° C.
——————————————————————————————————————————————— ——
Semicera bisa nyedhiyanibagean grafit,alus/kaku felt,bagean silikon karbida, Bagian CVD silikon karbida, lanSiC / TaC dilapisi bageankanthi proses semikonduktor lengkap ing 30 dina.
Yen sampeyan kasengsem ing produk semikonduktor ing ndhuwur, aja ragu-ragu kanggo hubungi kita ing pisanan.
Telpon: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Wektu kirim: Aug-26-2024