Vahvlid on peamised toorained integraallülituste, diskreetsete pooljuhtseadmete ja toiteseadmete tootmiseks. Rohkem kui 90% integraallülitustest on valmistatud kõrge puhtusastmega ja kvaliteetsetel vahvlitel.
Vahvlite valmistamise seadmed viitavad protsessile, mille käigus valmistatakse puhas polükristalliline ränimaterjalid teatud läbimõõduga ja pikkusega räni monokristallvardaga materjalideks ning seejärel allutatakse räni monokristallvarraste materjalid mehaanilisele töötlemisele, keemilisele töötlemisele ja muudele protsessidele.
Seadmed, mis toodavad räniplaate või epitaksiaalseid räniplaate, mis vastavad teatud geomeetrilise täpsuse ja pinnakvaliteedi nõuetele ning tagavad kiibi tootmiseks vajaliku ränisubstraadi.
Tüüpiline protsessivoog alla 200 mm läbimõõduga räniplaatide valmistamiseks on:
Üksikkristalli kasvatamine → kärpimine → välisläbimõõt valtsimine → viilutamine → faasimine → lihvimine → söövitamine → gettereerimine → poleerimine → puhastamine → epitakseerimine → pakendamine jne.
300 mm läbimõõduga ränivahvlite valmistamise põhiprotsess on järgmine:
Üksikkristalli kasvatamine → kärpimine → välisläbimõõduga valtsimine → viilutamine → faasimine → pinna lihvimine → söövitamine → serva poleerimine → kahepoolne poleerimine → ühepoolne poleerimine → lõpppuhastus → epitakseerimine/lõõmutamine → pakendamine jne.
1.Räni materjal
Räni on pooljuhtmaterjal, kuna sellel on 4 valentselektroni ja see kuulub perioodilisuse tabeli rühma IVA koos teiste elementidega.
Valentselektronide arv ränis asetab selle hea juhi (1 valentselektron) ja isolaatori (8 valentselektroni) vahele.
Puhast räni looduses ei leidu ja seda tuleb ekstraheerida ja puhastada, et muuta see tootmiseks piisavalt puhtaks. Tavaliselt leidub seda ränidioksiidis (ränioksiid või SiO2) ja teistes silikaatides.
Muud SiO2 vormid hõlmavad klaas, värvitu kristall, kvarts, ahhaat ja kassisilm.
Esimene pooljuhina kasutatud materjal oli 1940ndatel ja 1950ndate alguses germaanium, kuid see asendati kiiresti räniga.
Peamiseks pooljuhtmaterjaliks valiti räni neljal peamisel põhjusel:
Ränimaterjalide rohkus: Räni on suuruselt teine element Maal, moodustades 25% maakoorest.
Ränimaterjali kõrgem sulamistemperatuur võimaldab suuremat protsessitaluvust: räni sulamistemperatuur 1412°C on palju kõrgem kui germaaniumi sulamistemperatuur 937°C juures. Kõrgem sulamistemperatuur võimaldab ränil vastu pidada kõrge temperatuuriga protsessidele.
Ränimaterjalidel on laiem töötemperatuuri vahemik;
Ränioksiidi (SiO2) loomulik kasv: SiO2 on kvaliteetne, stabiilne elektriisolatsioonimaterjal ja toimib suurepärase keemilise barjäärina, et kaitsta räni välise saastumise eest. Elektriline stabiilsus on oluline, et vältida lekkeid integraallülitustes külgnevate juhtide vahel. Võime kasvatada stabiilseid õhukesi SiO2 materjali kihte on suure jõudlusega metalloksiidi pooljuhtseadmete (MOS-FET) tootmisel ülioluline. SiO2-l on räniga sarnased mehaanilised omadused, võimaldades kõrgel temperatuuril töötlemist ilma räniplaadi liigse väänamiseta.
2.Vahvli valmistamine
Pooljuhtplaadid lõigatakse lahtiselt pooljuhtmaterjalidest. Seda pooljuhtmaterjali nimetatakse kristallvardaks, mis on kasvatatud suurest polükristallilise ja legeerimata sisemise materjali plokist.
Polükristallilise ploki muutmist suureks monokristalliks ja sellele õige kristallide orientatsiooni andmist ning sobivas koguses N- või P-tüüpi dopingut nimetatakse kristallide kasvatamiseks.
Kõige levinumad tehnoloogiad ränivahvli valmistamiseks mõeldud monokristallidest räni valuplokkide valmistamiseks on Czochralski meetod ja tsoonisulatusmeetod.
2.1 Czochralski meetod ja Czochralski monokristall-ahi
Czochralski (CZ) meetod, tuntud ka kui Czochralski (CZ) meetod, viitab sula pooljuhtkvaliteediga räni vedeliku muundamisele õige kristalli orientatsiooniga tahketeks ühekristallilisteks räni valuplokkideks, mis on legeeritud N-tüüpi või P-tüüpi. tüüp.
Praegu kasvatatakse enam kui 85% monokristalllisest ränist Czochralski meetodil.
Czochralski monokristall-ahi viitab protsessiseadmele, mis sulatab kõrge puhtusastmega polüräni materjalid vedelikuks kuumutamise teel suletud kõrgvaakumis või inertgaasi (või inertgaasi) kaitsekeskkonnas ja seejärel kristallib need ümber, et moodustada monokristalli räni materjale teatud välise mõjuga. mõõtmed.
Monokristallahju tööpõhimõte on polükristallilise räni materjali füüsikaline protsess, mis rekristalliseerub vedelas olekus monokristalliliseks ränimaterjaliks.
CZ monokristallahju saab jagada neljaks osaks: ahju korpus, mehaaniline ülekandesüsteem, kütte- ja temperatuurijuhtimissüsteem ning gaasiülekandesüsteem.
Ahju korpuses on ahju õõnsus, seemnekristallide telg, kvartstiigel, dopingulusikas, seemnekristallide kate ja vaatlusaken.
Ahjuõõnsus peab tagama, et temperatuur ahjus oleks ühtlaselt jaotunud ja suudab soojust hästi hajutada; seemnekristalli võlli kasutatakse seemnekristalli liikumiseks üles-alla ja pöörlemiseks; lisandid, mis vajavad dopeerimist, asetatakse dopingususikasse;
Seemnekristalli kate on kaitsma seemnekristalli saastumise eest. Mehaanilist ülekandesüsteemi kasutatakse peamiselt idukristalli ja tiigli liikumise juhtimiseks.
Ränilahuse mitteoksüdeerumise tagamiseks peab ahju vaakumaste olema väga kõrge, tavaliselt alla 5 torri, ja lisatud inertgaasi puhtus peab olema üle 99,9999%.
Räni valuploki kasvatamiseks kasutatakse idukristallina soovitud kristalli orientatsiooniga monokristalli räni tükki ja kasvatatud räni valuplokk on nagu idukristalli koopia.
Sula räni ja monokristalli räni algkristalli vahelise liidese tingimusi tuleb täpselt kontrollida. Need tingimused tagavad, et õhuke ränikiht suudab täpselt kopeerida idukristalli struktuuri ja lõpuks kasvada suureks monokristalliliseks räni valuplokiks.
2.2 Tsoonisulatusmeetod ja tsoonisulatamise üksikkristall-ahi
Ujukitsooni meetodil (FZ) saadakse väga madala hapnikusisaldusega monokristallilised räni valuplokid. Ujukitsooni meetod töötati välja 1950. aastatel ja sellega saab toota seni puhtaimat monokristallräni.
Tsoonisulatus monokristall-ahi viitab ahjule, mis kasutab tsoonisulatamise põhimõtet, et tekitada polükristallilises varras kitsas sulamistsoon läbi polükristallilise vardaga ahju korpuse kõrge temperatuuriga kitsa suletud ala kõrgvaakumis või haruldases kvartstoru gaasis. kaitsekeskkond.
Protsessiseade, mis liigutab polükristallilist varda või ahjuküttekeha, et liigutada sulamistsooni ja kristalliseerida see järk-järgult monokristallvardaks.
Monokristallvarraste valmistamise tsoonisulatusmeetodil on iseloomulik, et polükristalliliste varraste puhtust saab monokristallvarrasteks kristalliseerimisel parandada ja varraste materjalide dopingukasv on ühtlasem.
Tsoonisulatus monokristallahjude tüübid võib jagada kahte tüüpi: ujuvtsooni sulatus monokristall ahjud, mis põhinevad pindpinevusel ja horisontaaltsooni sulatus monokristall ahjud. Praktilistes rakendustes kasutavad tsoonisulatus monokristallahjud üldiselt ujuvtsooni sulatamist.
Tsoonisulatusahi võib valmistada kõrge puhtusastmega madala hapnikusisaldusega monokristalli räni ilma tiiglita. Seda kasutatakse peamiselt suure eritakistusega (> 20 kΩ·cm) monokristallilise räni valmistamiseks ja tsooni sulava räni puhastamiseks. Neid tooteid kasutatakse peamiselt diskreetse toiteseadmete valmistamisel.
Tsoonisulatus monokristall-ahi koosneb ahjukambrist, ülemisest võllist ja alumisest võllist (mehaaniline ülekandeosa), kristallvarraste padrunist, seemnekristallpadrunist, küttepoolist (kõrgsagedusgeneraator), gaasiportidest (vaakumport, gaasi sisselaskeava, gaasi ülemine väljalaskeava) jne.
Ahjukambri konstruktsioonis on korraldatud jahutusvee ringlus. Monokristallahju ülemise võlli alumine ots on kristallvarraste padrun, mida kasutatakse polükristallilise varda kinnitamiseks; alumise varre ülemine ots on seemnekristallpadrun, mida kasutatakse seemnekristalli kinnitamiseks.
Küttespiraalile antakse kõrgsageduslik toiteallikas ning polükristallilises varras moodustub alumisest otsast kitsas sulamistsoon. Samal ajal pöörlevad ja laskuvad ülemine ja alumine telg, nii et sulamistsoon kristalliseerub monokristalliks.
Tsoonisulatamise monokristallahju eelised on see, et see ei saa mitte ainult parandada valmistatud monokristallide puhtust, vaid muudab ka varda dopingu kasvu ühtlasemaks ja monokristallpulka saab puhastada mitme protsessi kaudu.
Tsoonisulatus monokristallahju puuduseks on kõrged protsessikulud ja valmistatud monokristalli väike läbimõõt. Praegu on monokristalli maksimaalne läbimõõt, mida saab valmistada, 200 mm.
Tsooni sulatamise monokristallahju seadmete üldkõrgus on suhteliselt kõrge ning ülemise ja alumise telje käik suhteliselt pikk, nii et pikemaid monokristallvardaid saab kasvatada.
3. Vahvlite töötlemine ja seadmed
Kristallvarras peab läbima mitmeid protsesse, et moodustada pooljuhtide valmistamise nõuetele vastav ränisubstraat, nimelt vahvel. Töötlemise põhiprotsess on järgmine:
Trummimine, lõikamine, viilutamine, vahvlite lõõmutamine, faasimine, lihvimine, poleerimine, puhastamine ja pakendamine jne.
3.1 Vahvlite lõõmutamine
Polükristallilise räni ja Czochralski räni valmistamise protsessis sisaldab monokristalliline räni hapnikku. Teatud temperatuuril loovutab monokristallilises ränis olev hapnik elektrone ja hapnik muudetakse hapnikudoonoriteks. Need elektronid ühinevad ränivahvli lisanditega ja mõjutavad räniplaadi eritakistust.
Lõõmutusahi: viitab ahjule, mis tõstab vesiniku või argooni keskkonnas temperatuuri ahjus 1000-1200°C-ni. Hoides soojas ja jahutades, hapnik poleeritud ränivahvli pinna lähedal lendub ja eemaldatakse selle pinnalt, põhjustades hapniku sadestumist ja kihistumist.
Protsessiseadmed, mis lahustavad räniplaatide pinnal olevad mikrodefektid, vähendavad räniplaatide pinna lähedal olevate lisandite hulka, vähendavad defekte ja moodustavad räniplaatide pinnale suhteliselt puhta ala.
Lõõmutusahju nimetatakse selle kõrge temperatuuri tõttu ka kõrge temperatuuriga ahjuks. Tööstus nimetab ränivahvli lõõmutamise protsessi ka getteringiks.
Ränivahvli lõõmutusahi jaguneb:
-Horisontaalne lõõmutusahi;
-Vertikaalne lõõmutusahi;
- Kiirlõõmutusahi.
Peamine erinevus horisontaalse lõõmutusahju ja vertikaalse lõõmutusahju vahel on reaktsioonikambri paigutuse suund.
Horisontaalse lõõmutusahju reaktsioonikamber on horisontaalselt struktureeritud ja lõõmutusahju reaktsioonikambrisse saab laadida samaaegselt lõõmutamiseks partii räniplaate. Lõõmutamisaeg on tavaliselt 20–30 minutit, kuid reaktsioonikamber vajab pikemat kuumutamisaega, et saavutada lõõmutamisprotsessis nõutav temperatuur.
Vertikaalse lõõmutusahju protsess võtab kasutusele ka meetodi, mille kohaselt laaditakse lõõmutusahju reaktsioonikambrisse samaaegselt räniplaatide partii lõõmutamise töötlemiseks. Reaktsioonikambril on vertikaalne struktuur, mis võimaldab räniplaadid horisontaalses olekus asetada kvartspaati.
Samal ajal, kuna kvartspaat saab reaktsioonikambris tervikuna pöörata, on reaktsioonikambri lõõmutamistemperatuur ühtlane, temperatuurijaotus räniplaadil ühtlane ja sellel on suurepärased lõõmutamise ühtluse omadused. Vertikaalse lõõmutusahju protsessi maksumus on siiski kõrgem kui horisontaalse lõõmutusahju oma.
Kiirlõõmutusahjus kasutatakse ränivahvli otseseks soojendamiseks halogeenvolframlampi, mis võimaldab saavutada kiiret kuumutamist või jahutamist laias vahemikus 1–250 °C/s. Kütte- või jahutuskiirus on kiirem kui traditsioonilisel lõõmutusahjul. Reaktsioonikambri temperatuuri soojendamiseks üle 1100 °C kulub vaid mõni sekund.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera võib pakkudagrafiidist osad,pehme/jäik vilt,ränikarbiidist osad, CVD ränikarbiidist osadjaSiC/TaC kaetud osadtäieliku pooljuhtprotsessiga 30 päevaga.
Kui olete huvitatud ülaltoodud pooljuhttoodetest, palun ärge kõhelge meiega esimest korda ühendust võtmast.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Postitusaeg: 26. august 2024