Gofretler, entegre devrelerin, ayrık yarı iletken cihazların ve güç cihazlarının üretimi için ana hammaddelerdir. Entegre devrelerin %90'ından fazlası yüksek saflıkta, yüksek kaliteli levhalardan yapılmıştır.
Gofret hazırlama ekipmanı, saf polikristalin silikon malzemelerin belirli bir çap ve uzunlukta silikon tek kristal çubuk malzemelerine dönüştürülmesi ve daha sonra silikon tek kristal çubuk malzemelerinin bir dizi mekanik işleme, kimyasal işleme ve diğer işlemlere tabi tutulması sürecini ifade eder.
Belirli geometrik doğruluk ve yüzey kalitesi gereksinimlerini karşılayan ve çip üretimi için gerekli silikon alt tabakayı sağlayan silikon levhalar veya epitaksiyel silikon levhalar üreten ekipman.
Çapı 200 mm'den küçük olan silikon levhaların hazırlanmasına yönelik tipik işlem akışı şöyledir:
Tek kristal büyümesi → kesme → dış çapı yuvarlama → dilimleme → pah kırma → taşlama → dağlama → alma → parlatma → temizleme → epitaksi → paketleme vb.
300 mm çapında silikon levhaların hazırlanmasına yönelik ana proses akışı aşağıdaki gibidir:
Tek kristal büyütme → kesme → dış çapı yuvarlama → dilimleme → pah kırma → yüzey taşlama → aşındırma → kenar parlatma → çift taraflı parlatma → tek taraflı parlatma → son temizleme → epitaksi/tavlama → paketleme vb.
1. Silikon malzeme
Silikon yarı iletken bir malzemedir çünkü 4 değerlik elektronuna sahiptir ve diğer elementlerle birlikte periyodik tablonun IVA grubunda yer alır.
Silikondaki değerlik elektronlarının sayısı onu iyi bir iletken (1 değerlik elektronu) ile yalıtkan (8 değerlik elektronu) arasına yerleştirir.
Saf silikon doğada bulunmaz ve üretim için yeterince saf hale getirilmesi için çıkarılıp saflaştırılması gerekir. Genellikle silika (silikon oksit veya SiO2) ve diğer silikatlarda bulunur.
SiO2'nin diğer formları arasında cam, renksiz kristal, kuvars, akik ve kedi gözü bulunur.
Yarı iletken olarak kullanılan ilk malzeme 1940'larda ve 1950'lerin başında germanyumdu, ancak hızla yerini silikon aldı.
Silikon dört ana nedenden dolayı ana yarı iletken malzeme olarak seçildi:
Silikon Malzemelerin Bolluğu: Silikon, Dünya'da en çok bulunan ikinci elementtir ve yer kabuğunun %25'ini oluşturur.
Silikon malzemenin daha yüksek erime noktası daha geniş bir proses toleransına izin verir: Silikonun 1412°C'deki erime noktası, germanyumun 937°C'deki erime noktasından çok daha yüksektir. Daha yüksek erime noktası, silikonun yüksek sıcaklıktaki işlemlere dayanabilmesini sağlar.
Silikon malzemeler daha geniş bir çalışma sıcaklığı aralığına sahiptir;
Silikon oksidin (SiO2) doğal büyümesi: SiO2 yüksek kaliteli, dayanıklı bir elektrik yalıtım malzemesidir ve silikonu dış kirlenmeden korumak için mükemmel bir kimyasal bariyer görevi görür. Entegre devrelerde bitişik iletkenler arasındaki sızıntıyı önlemek için elektriksel stabilite önemlidir. SiO2 malzemesinin kararlı ince katmanlarını büyütme yeteneği, yüksek performanslı metal oksit yarı iletken (MOS-FET) cihazların üretimi için temeldir. SiO2, silikonla benzer mekanik özelliklere sahiptir ve aşırı silikon levha bükülmesi olmadan yüksek sıcaklıkta işlemeye olanak tanır.
2.Gofret hazırlama
Yarı iletken levhalar toplu yarı iletken malzemelerden kesilir. Bu yarı iletken malzemeye, büyük bir polikristalin ve katkısız içsel malzeme bloğundan büyütülen kristal çubuk adı verilir.
Çok kristalli bir bloğun büyük bir tek kristale dönüştürülmesine ve ona doğru kristal yöneliminin ve uygun miktarda N-tipi veya P-tipi katkının verilmesine kristal büyümesi denir.
Silikon levha hazırlanmasına yönelik tek kristalli silikon külçelerin üretilmesine yönelik en yaygın teknolojiler, Czochralski yöntemi ve bölge eritme yöntemidir.
2.1 Czochralski yöntemi ve Czochralski tek kristal fırını
Czochralski (CZ) yöntemi olarak da bilinen Czochralski (CZ) yöntemi, erimiş yarı iletken dereceli silikon sıvısını, doğru kristal oryantasyonuna sahip katı tek kristal silikon külçelere dönüştürme ve N-tipi veya P-şeklinde katkılama işlemini ifade eder. tip.
Şu anda tek kristal silikonun %85'inden fazlası Czochralski yöntemi kullanılarak büyütülmektedir.
Bir Czochralski tek kristal fırını, yüksek saflıkta polisilikon malzemeleri kapalı bir yüksek vakum veya nadir gaz (veya inert gaz) koruma ortamında ısıtarak sıvıya eriten ve daha sonra bunları belirli dış özelliklere sahip tek kristal silikon malzemeler oluşturmak üzere yeniden kristalleştiren bir proses ekipmanını ifade eder. boyutlar.
Tek kristal fırının çalışma prensibi, polikristalin silikon malzemenin sıvı halde tek kristal silikon malzemeye yeniden kristalleştirilmesinin fiziksel işlemidir.
CZ tek kristal fırını dört parçaya ayrılabilir: fırın gövdesi, mekanik iletim sistemi, ısıtma ve sıcaklık kontrol sistemi ve gaz iletim sistemi.
Fırın gövdesinde bir fırın boşluğu, bir tohum kristali ekseni, bir kuvars potası, bir doping kaşığı, bir tohum kristali kapağı ve bir gözlem penceresi bulunur.
Fırın boşluğu, fırındaki sıcaklığın eşit şekilde dağılmasını ve ısıyı iyi bir şekilde dağıtabilmesini sağlamak içindir; tohum kristal şaftı, tohum kristalinin yukarı ve aşağı hareket etmesini ve dönmesini sağlamak için kullanılır; Katkılanması gereken yabancı maddeler doping kaşığına konur;
Tohum kristali kapağı, tohum kristalini kirlenmeye karşı korumak içindir. Mekanik iletim sistemi esas olarak tohum kristalinin ve potanın hareketini kontrol etmek için kullanılır.
Silikon çözeltisinin oksitlenmemesini sağlamak için fırındaki vakum derecesinin çok yüksek olması, genellikle 5 Torr'un altında olması ve eklenen inert gazın saflığının %99,9999'un üzerinde olması gerekir.
İstenilen kristal yönelimine sahip bir tek kristal silikon parçası, bir silikon külçeyi büyütmek için bir tohum kristali olarak kullanılır ve büyütülmüş silikon külçe, tohum kristalinin bir kopyası gibidir.
Erimiş silikon ile tek kristal silikon tohum kristali arasındaki arayüzdeki koşulların hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Bu koşullar, ince silikon tabakasının tohum kristalinin yapısını doğru bir şekilde kopyalayabilmesini ve sonunda büyük bir tek kristal silikon külçesine dönüşmesini sağlar.
2.2 Bölge Eritme Yöntemi ve Bölge Eritme Tek Kristal Fırını
Yüzdürme bölgesi yöntemi (FZ), çok düşük oksijen içeriğine sahip tek kristalli silikon külçeler üretir. Yüzdürme bölgesi yöntemi 1950'lerde geliştirildi ve bugüne kadarki en saf tek kristal silikonu üretebiliyor.
Bölge eritme tek kristal fırını, yüksek vakum veya nadir kuvars tüp gazında çok kristalli çubuk fırın gövdesinin yüksek sıcaklıktaki dar kapalı alanı aracılığıyla çok kristalli çubukta dar bir erime bölgesi oluşturmak için bölge eritme prensibini kullanan bir fırını ifade eder. koruma ortamı.
Eritme bölgesini hareket ettirmek ve kademeli olarak tek bir kristal çubuk halinde kristalleştirmek için çok kristalli bir çubuğu veya fırın ısıtma gövdesini hareket ettiren bir proses ekipmanı.
Tek kristal çubukların bölge eritme yöntemiyle hazırlanmasının özelliği, çok kristalli çubukların saflığının, tek kristal çubuklara kristalizasyon sürecinde geliştirilebilmesi ve çubuk malzemelerinin doping büyümesinin daha düzgün olmasıdır.
Bölge eritme tek kristal fırınlarının türleri iki türe ayrılabilir: yüzey gerilimine dayanan yüzer bölge eritme tek kristal fırınları ve yatay bölge eritme tek kristal fırınları. Pratik uygulamalarda, bölge eritme tek kristal fırınları genellikle yüzer bölge eritmeyi benimser.
Bölge eritme tek kristal fırını, potaya ihtiyaç duymadan yüksek saflıkta, düşük oksijenli tek kristal silikon hazırlayabilir. Esas olarak yüksek dirençli (>20kΩ·cm) tek kristal silikon hazırlamak ve bölge eritme silikonunu saflaştırmak için kullanılır. Bu ürünler esas olarak ayrık güç cihazlarının imalatında kullanılır.
Bölge eritme tek kristal fırını, bir fırın odası, bir üst şaft ve bir alt şaft (mekanik transmisyon parçası), bir kristal çubuk aynası, bir tohum kristal aynası, bir ısıtma bobini (yüksek frekans jeneratörü), gaz portları (vakum portu, gaz girişi, üst gaz çıkışı) vb.
Fırın odası yapısında soğutma suyu sirkülasyonu düzenlenmiştir. Tek kristal fırının üst şaftının alt ucu, çok kristalli bir çubuğu sıkıştırmak için kullanılan bir kristal çubuk aynasıdır; alt şaftın üst ucu, tohum kristalini sıkıştırmak için kullanılan bir tohum kristal aynasıdır.
Isıtma bobinine yüksek frekanslı bir güç kaynağı sağlanır ve polikristalin çubukta alt uçtan başlayarak dar bir erime bölgesi oluşturulur. Aynı zamanda üst ve alt eksenler döner ve alçalır, böylece erime bölgesi tek bir kristal halinde kristalleşir.
Bölge eritme tek kristal fırınının avantajları, yalnızca hazırlanan tek kristalin saflığını arttırmakla kalmayıp, aynı zamanda çubuk katkı büyümesini daha düzgün hale getirebilmesi ve tek kristal çubuğun birden fazla işlemle saflaştırılabilmesidir.
Bölge eritme tek kristal fırınının dezavantajları yüksek işlem maliyetleri ve hazırlanan tek kristalin çapının küçük olmasıdır. Şu anda hazırlanabilecek tek kristalin maksimum çapı 200 mm'dir.
Bölge eritme tek kristal fırın ekipmanının genel yüksekliği nispeten yüksektir ve üst ve alt eksenlerin stroku nispeten uzundur, bu nedenle daha uzun tek kristal çubuklar büyütülebilir.
3. Gofret işleme ve ekipmanları
Kristal çubuğun, yarı iletken üretiminin gereksinimlerini karşılayan bir silikon alt tabaka, yani bir levha oluşturmak için bir dizi süreçten geçmesi gerekir. Temel işleme süreci:
Tamburlama, kesme, dilimleme, gofret tavlama, pah kırma, taşlama, parlatma, temizleme ve paketleme vb.
3.1 Gofret Tavlama
Çok kristalli silikon ve Czochralski silikonu üretme sürecinde tek kristal silikon oksijen içerir. Belirli bir sıcaklıkta, tek kristal silikondaki oksijen elektron bağışlayacak ve oksijen, oksijen donörlerine dönüşecektir. Bu elektronlar silikon levhadaki yabancı maddelerle birleşecek ve silikon levhanın direncini etkileyecektir.
Tavlama fırını: Hidrojen veya argon ortamında fırın içindeki sıcaklığı 1000-1200°C'ye yükselten fırını ifade eder. Sıcak tutularak ve soğutularak, cilalı silikon levhanın yüzeyine yakın oksijen buharlaştırılır ve yüzeyinden uzaklaştırılır, bu da oksijenin çökelmesine ve katmanlaşmasına neden olur.
Silikon levhaların yüzeyindeki mikro kusurları çözen, silikon levhaların yüzeyine yakın yabancı maddelerin miktarını azaltan, kusurları azaltan ve silikon levhaların yüzeyinde nispeten temiz bir alan oluşturan proses ekipmanı.
Tavlama fırını, yüksek sıcaklığı nedeniyle yüksek sıcaklık fırını olarak da adlandırılır. Endüstri aynı zamanda silikon levha tavlama işlemine alma adını da veriyor.
Silikon gofret tavlama fırını aşağıdakilere ayrılmıştır:
-Yatay tavlama fırını;
-Dikey tavlama fırını;
-Hızlı tavlama fırını.
Yatay tavlama fırını ile dikey tavlama fırını arasındaki temel fark, reaksiyon odasının yerleşim yönüdür.
Yatay tavlama fırınının reaksiyon odası yatay olarak yapılandırılmıştır ve aynı anda tavlama için tavlama fırınının reaksiyon odasına bir grup silikon levha yüklenebilir. Tavlama süresi genellikle 20 ila 30 dakikadır, ancak reaksiyon odasının tavlama işleminin gerektirdiği sıcaklığa ulaşması için daha uzun bir ısıtma süresine ihtiyacı vardır.
Dikey tavlama fırınının prosesi aynı zamanda tavlama işlemi için bir grup silikon levhanın tavlama fırınının reaksiyon odasına aynı anda yüklenmesi yöntemini de benimser. Reaksiyon odası, silikon plakaların bir kuvars tekneye yatay durumda yerleştirilmesine olanak tanıyan dikey bir yapı düzenine sahiptir.
Aynı zamanda, kuvars tekne reaksiyon odasında bir bütün olarak dönebildiğinden, reaksiyon odasının tavlama sıcaklığı tekdüzedir, silikon levha üzerindeki sıcaklık dağılımı tekdüzedir ve mükemmel tavlama tekdüzelik özelliklerine sahiptir. Ancak dikey tav fırınının işlem maliyeti yatay tav fırınına göre daha yüksektir.
Hızlı tavlama fırını, silikon levhayı doğrudan ısıtmak için halojen bir tungsten lamba kullanır; bu, 1 ila 250°C/s'lik geniş bir aralıkta hızlı ısıtma veya soğutma sağlayabilir. Isıtma veya soğutma hızı geleneksel tavlama fırınından daha hızlıdır. Reaksiyon odası sıcaklığının 1100°C'nin üzerine ısıtılması yalnızca birkaç saniye alır.
—————————————————————————————————————————————— ——
Semicera sağlayabilirgrafit parçaları,yumuşak/sert keçe,silisyum karbür parçalar, CVD silisyum karbür parçalar, VeSiC/TaC kaplı parçalar30 gün içinde tam yarı iletken işlemiyle.
Yukarıdaki yarı iletken ürünlerle ilgileniyorsanız, lütfen ilk kez bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Gönderim zamanı: Ağu-26-2024