Ang mga wafer ay ang pangunahing hilaw na materyales para sa paggawa ng mga integrated circuit, discrete semiconductor device at power device. Higit sa 90% ng mga integrated circuit ay ginawa sa mataas na kadalisayan, mataas na kalidad na mga wafer.
Ang mga kagamitan sa paghahanda ng wafer ay tumutukoy sa proseso ng paggawa ng purong polycrystalline na mga materyales na silikon sa silikon na solong kristal na mga materyales na may isang tiyak na diameter at haba, at pagkatapos ay isasailalim ang mga materyales ng silikon na solong kristal na baras sa isang serye ng mekanikal na pagproseso, paggamot sa kemikal at iba pang mga proseso.
Kagamitang gumagawa ng mga silicon na wafer o epitaxial na silicon na wafer na nakakatugon sa ilang partikular na geometric na katumpakan at mga kinakailangan sa kalidad ng ibabaw at nagbibigay ng kinakailangang silicon substrate para sa paggawa ng chip.
Ang karaniwang daloy ng proseso para sa paghahanda ng mga wafer ng silikon na may diameter na mas mababa sa 200 mm ay:
Iisang paglaki ng kristal → truncation → outer diameter rolling → slicing → chamfering → grinding → etching → gettering → polishing → cleaning → epitaxy → packaging, atbp.
Ang pangunahing daloy ng proseso para sa paghahanda ng mga wafer ng silikon na may diameter na 300 mm ay ang mga sumusunod:
Isang paglaki ng kristal → truncation → panlabas na diameter rolling → slicing → chamfering → surface grinding → etching → edge polishing → double-sided polishing → single-sided polishing → final cleaning → epitaxy/annealing → packaging, atbp.
1.Materyal na silikon
Ang Silicon ay isang semiconductor material dahil mayroon itong 4 na valence electron at nasa pangkat IVA ng periodic table kasama ng iba pang mga elemento.
Ang bilang ng mga valence electron sa silicon ay naglalagay nito sa pagitan ng magandang conductor (1 valence electron) at isang insulator (8 valence electron).
Ang purong silikon ay hindi matatagpuan sa kalikasan at dapat kunin at dalisayin upang gawin itong sapat na dalisay para sa pagmamanupaktura. Ito ay kadalasang matatagpuan sa silica (silicon oxide o SiO2) at iba pang silicates.
Kabilang sa iba pang anyo ng SiO2 ang salamin, walang kulay na kristal, kuwarts, agata at mata ng pusa.
Ang unang materyal na ginamit bilang semiconductor ay germanium noong 1940s at unang bahagi ng 1950s, ngunit mabilis itong napalitan ng silikon.
Ang Silicon ay pinili bilang pangunahing materyal na semiconductor para sa apat na pangunahing dahilan:
Kasaganaan ng Silicon Materials: Ang Silicon ay ang pangalawang pinakamaraming elemento sa Earth, na bumubuo ng 25% ng crust ng Earth.
Ang mas mataas na punto ng pagkatunaw ng materyal na silikon ay nagbibigay-daan sa isang mas malawak na pagpapaubaya sa proseso: ang melting point ng silicon sa 1412°C ay mas mataas kaysa sa melting point ng germanium sa 937°C. Ang mas mataas na punto ng pagkatunaw ay nagbibigay-daan sa silikon na makatiis sa mga proseso ng mataas na temperatura.
Ang mga silikon na materyales ay may mas malawak na hanay ng temperatura ng pagpapatakbo;
Natural na paglaki ng silicon oxide (SiO2): Ang SiO2 ay isang de-kalidad, stable na electrical insulating material at gumaganap bilang isang mahusay na kemikal na hadlang upang protektahan ang silicon mula sa panlabas na kontaminasyon. Ang katatagan ng kuryente ay mahalaga upang maiwasan ang pagtagas sa pagitan ng mga katabing konduktor sa mga integrated circuit. Ang kakayahang magpalaki ng matatag na manipis na mga layer ng SiO2 na materyal ay mahalaga sa paggawa ng mga high-performance na metal-oxide semiconductor (MOS-FET) na device. Ang SiO2 ay may katulad na mekanikal na mga katangian sa silikon, na nagpapahintulot sa mataas na temperatura na pagproseso nang walang labis na silicon wafer warping.
2. Paghahanda ng ostiya
Ang mga semiconductor wafer ay pinutol mula sa mga bulk semiconductor na materyales. Ang semiconductor material na ito ay tinatawag na crystal rod, na lumaki mula sa isang malaking bloke ng polycrystalline at undoped intrinsic material.
Ang pagbabago ng isang polycrystalline block sa isang malaking solong kristal at pagbibigay dito ng tamang kristal na oryentasyon at naaangkop na dami ng N-type o P-type na doping ay tinatawag na crystal growth.
Ang pinakakaraniwang teknolohiya para sa paggawa ng mga single crystal silicon ingots para sa paghahanda ng silicon wafer ay ang Czochralski method at ang zone melting method.
2.1 Czochralski method at Czochralski single crystal furnace
Ang Czochralski (CZ) method, na kilala rin bilang Czochralski (CZ) method, ay tumutukoy sa proseso ng pag-convert ng molten semiconductor-grade silicon liquid sa solid single-crystal silicon ingots na may tamang crystal orientation at doped sa N-type o P- uri.
Sa kasalukuyan, higit sa 85% ng nag-iisang kristal na silikon ay lumaki gamit ang pamamaraang Czochralski.
Ang isang Czochralski single crystal furnace ay tumutukoy sa isang kagamitan sa proseso na tinutunaw ang high-purity polysilicon na materyales sa likido sa pamamagitan ng pag-init sa isang closed high vacuum o bihirang gas (o inert gas) na proteksyon na kapaligiran, at pagkatapos ay nire-recrystallize ang mga ito upang bumuo ng mga single crystal silicon na materyales na may ilang partikular na panlabas. mga sukat.
Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng nag-iisang crystal furnace ay ang pisikal na proseso ng polycrystalline silicon na materyal na nagre-recrystallize sa solong kristal na silikon na materyal sa isang likidong estado.
Ang CZ single crystal furnace ay maaaring nahahati sa apat na bahagi: furnace body, mechanical transmission system, heating at temperature control system, at gas transmission system.
Kasama sa katawan ng furnace ang isang furnace cavity, isang seed crystal axis, isang quartz crucible, isang doping spoon, isang seed crystal cover, at isang observation window.
Ang furnace cavity ay upang matiyak na ang temperatura sa furnace ay pantay na ibinahagi at maaaring maalis ang init ng maayos; ang seed crystal shaft ay ginagamit upang himukin ang seed crystal na gumalaw pataas at pababa at paikutin; ang mga dumi na kailangang i-doped ay inilalagay sa doping spoon;
Ang seed crystal cover ay para protektahan ang seed crystal mula sa kontaminasyon. Ang mekanikal na sistema ng paghahatid ay pangunahing ginagamit upang kontrolin ang paggalaw ng seed crystal at crucible.
Upang matiyak na ang solusyon ng silikon ay hindi na-oxidized, ang antas ng vacuum sa hurno ay kinakailangang maging napakataas, sa pangkalahatan ay mas mababa sa 5 Torr, at ang kadalisayan ng idinagdag na inert gas ay dapat na higit sa 99.9999%.
Ang isang piraso ng solong kristal na silikon na may nais na kristal na oryentasyon ay ginagamit bilang isang seed crystal upang palaguin ang isang silicon ingot, at ang lumaki na silicon ingot ay parang isang replika ng seed crystal.
Ang mga kondisyon sa interface sa pagitan ng molten silicon at ng single crystal silicon seed crystal ay kailangang tumpak na kontrolin. Tinitiyak ng mga kundisyong ito na ang manipis na layer ng silicon ay maaaring tumpak na gayahin ang istraktura ng seed crystal at sa kalaunan ay lumago sa isang malaking solong kristal na silicon ingot.
2.2 Paraan ng Pagtunaw ng Zone at Pagtunaw ng Isang Crystal Furnace ng Zone
Ang float zone method (FZ) ay gumagawa ng mga single crystal silicon ingot na may napakababang oxygen content. Ang paraan ng float zone ay binuo noong 1950s at maaaring makagawa ng pinakamadalisay na solong kristal na silikon hanggang sa kasalukuyan.
Ang zone melting single crystal furnace ay tumutukoy sa isang furnace na gumagamit ng prinsipyo ng zone melting upang makagawa ng makitid na melting zone sa polycrystalline rod sa pamamagitan ng mataas na temperatura na makitid na saradong lugar ng polycrystalline rod furnace body sa isang mataas na vacuum o bihirang quartz tube gas proteksyon sa kapaligiran.
Isang kagamitan sa proseso na nagpapagalaw ng isang polycrystalline rod o isang furnace heating body upang ilipat ang natutunaw na zone at unti-unting gawing kristal ito sa isang solong crystal rod.
Ang katangian ng paghahanda ng mga single crystal rods sa pamamagitan ng zone melting method ay ang kadalisayan ng polycrystalline rods ay maaaring mapabuti sa proseso ng crystallization sa single crystal rods, at ang doping growth ng rod materials ay mas pare-pareho.
Ang mga uri ng zone melting single crystal furnace ay maaaring nahahati sa dalawang uri: floating zone melting single crystal furnace na umaasa sa surface tension at horizontal zone melting single crystal furnace. Sa mga praktikal na aplikasyon, ang zone na natutunaw sa mga single crystal furnace ay karaniwang gumagamit ng floating zone na natutunaw.
Ang zone na natutunaw na single crystal furnace ay maaaring maghanda ng high-purity low-oxygen single crystal silicon nang hindi nangangailangan ng crucible. Pangunahing ginagamit ito upang maghanda ng high-resistivity (>20kΩ·cm) na solong kristal na silikon at linisin ang zone na natutunaw na silikon. Ang mga produktong ito ay pangunahing ginagamit sa paggawa ng mga discrete power device.
Ang zone na natutunaw na single crystal furnace ay binubuo ng isang furnace chamber, isang upper shaft at isang lower shaft (mechanical transmission part), isang crystal rod chuck, isang seed crystal chuck, isang heating coil (high frequency generator), mga gas port (vacuum port, gas inlet, upper gas outlet), atbp.
Sa istraktura ng silid ng pugon, ang sirkulasyon ng paglamig ng tubig ay nakaayos. Ang ibabang dulo ng upper shaft ng single crystal furnace ay isang crystal rod chuck, na ginagamit upang i-clamp ang isang polycrystalline rod; ang tuktok na dulo ng lower shaft ay isang seed crystal chuck, na ginagamit upang i-clamp ang seed crystal.
Ang isang high-frequency power supply ay ibinibigay sa heating coil, at isang makitid na melting zone ay nabuo sa polycrystalline rod simula sa ibabang dulo. Kasabay nito, ang mga upper at lower axes ay umiikot at bumababa, upang ang natutunaw na zone ay crystallized sa isang solong kristal.
Ang mga bentahe ng zone na natutunaw na single crystal furnace ay hindi lamang nito mapapabuti ang kadalisayan ng inihandang solong kristal, ngunit gawing mas pare-pareho ang paglaki ng doping ng baras, at ang solong kristal na baras ay maaaring linisin sa pamamagitan ng maraming proseso.
Ang mga disadvantages ng zone melting single crystal furnace ay mataas na gastos sa proseso at maliit na diameter ng inihandang solong kristal. Sa kasalukuyan, ang maximum na diameter ng nag-iisang kristal na maaaring ihanda ay 200mm.
Ang pangkalahatang taas ng zone na natutunaw ng single crystal furnace equipment ay medyo mataas, at ang stroke ng upper at lower axes ay medyo mahaba, kaya mas mahahabang mga single crystal rods ang maaaring lumaki.
3. Pagproseso at kagamitan ng ostiya
Ang crystal rod ay kailangang dumaan sa isang serye ng mga proseso upang bumuo ng isang silicon substrate na nakakatugon sa mga kinakailangan ng paggawa ng semiconductor, katulad ng isang wafer. Ang pangunahing proseso ng pagproseso ay:
Tumbling, cutting, slicing, wafer annealing, chamfering, grinding, polishing, paglilinis at packaging, atbp.
3.1 Wafer Annealing
Sa proseso ng paggawa ng polycrystalline silicon at Czochralski silicon, ang solong kristal na silikon ay naglalaman ng oxygen. Sa isang tiyak na temperatura, ang oxygen sa nag-iisang kristal na silikon ay magbibigay ng mga electron, at ang oxygen ay mako-convert sa mga oxygen donor. Ang mga electron na ito ay magsasama sa mga impurities sa silicon wafer at makakaapekto sa resistivity ng silicon wafer.
Annealing furnace: tumutukoy sa isang furnace na nagpapataas ng temperatura sa furnace sa 1000-1200°C sa isang hydrogen o argon na kapaligiran. Sa pamamagitan ng pagpapanatiling mainit-init at paglamig, ang oxygen na malapit sa ibabaw ng pinakintab na silicon na wafer ay naba-volatilize at inalis mula sa ibabaw nito, na nagiging sanhi ng oxygen na namuo at nag-layer.
Iproseso ang mga kagamitan na tumutunaw sa mga micro defect sa ibabaw ng mga silicon na wafer, binabawasan ang dami ng mga dumi malapit sa ibabaw ng mga silicon na wafer, binabawasan ang mga depekto, at bumubuo ng medyo malinis na lugar sa ibabaw ng mga silicon na wafer.
Ang annealing furnace ay tinatawag ding high-temperature furnace dahil sa mataas na temperatura nito. Tinatawag din ng industriya ang pagkuha ng proseso ng pagsusubo ng silicon wafer.
Ang silicone wafer annealing furnace ay nahahati sa:
-Pahalang na hurno ng pagsusubo;
-Vertical annealing furnace;
-Mabilis na pagsusubo ng pugon.
Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng isang pahalang na annealing furnace at isang vertical na annealing furnace ay ang direksyon ng layout ng reaction chamber.
Ang silid ng reaksyon ng pahalang na annealing furnace ay pahalang na nakabalangkas, at ang isang batch ng mga silicon na wafer ay maaaring i-load sa reaction chamber ng annealing furnace para sa pagsusubo sa parehong oras. Ang oras ng pagsusubo ay karaniwang 20 hanggang 30 minuto, ngunit ang silid ng reaksyon ay nangangailangan ng mas mahabang oras ng pag-init upang maabot ang temperatura na kinakailangan ng proseso ng pagsusubo.
Ang proseso ng vertical annealing furnace ay gumagamit din ng paraan ng sabay-sabay na pag-load ng isang batch ng silicon wafers sa reaction chamber ng annealing furnace para sa annealing treatment. Ang silid ng reaksyon ay may patayong layout ng istraktura, na nagpapahintulot sa mga wafer ng silikon na mailagay sa isang quartz boat sa isang pahalang na estado.
Kasabay nito, dahil ang quartz boat ay maaaring paikutin nang buo sa reaction chamber, ang annealing temperature ng reaction chamber ay pare-pareho, ang temperature distribution sa silicon wafer ay pare-pareho, at ito ay may mahusay na annealing uniformity na katangian. Gayunpaman, ang gastos sa proseso ng vertical annealing furnace ay mas mataas kaysa sa horizontal annealing furnace.
Gumagamit ang rapid annealing furnace ng halogen tungsten lamp para direktang init ang silicon wafer, na maaaring makamit ang mabilis na pag-init o paglamig sa malawak na hanay ng 1 hanggang 250°C/s. Ang heating o cooling rate ay mas mabilis kaysa sa tradisyonal na annealing furnace. Tumatagal lamang ng ilang segundo upang mapainit ang temperatura ng silid ng reaksyon sa itaas ng 1100°C.
—————————————————————————————————————————————————— ——
Maaaring magbigay ang Semiceramga bahagi ng grapayt,malambot/matigas ang pakiramdam,mga bahagi ng silicon carbide, Mga bahagi ng CVD silicon carbide, atMga bahaging pinahiran ng SiC/TaCna may buong proseso ng semiconductor sa loob ng 30 araw.
Kung interesado ka sa mga produktong semiconductor sa itaas, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa amin sa unang pagkakataon.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Oras ng post: Aug-26-2024