Vaferat janë lëndët e para kryesore për prodhimin e qarqeve të integruara, pajisjeve gjysmëpërçuese diskrete dhe pajisjeve të energjisë. Më shumë se 90% e qarqeve të integruara janë bërë në vaferë me pastërti të lartë dhe me cilësi të lartë.
Pajisjet e përgatitjes së meshës i referohen procesit të bërjes së materialeve të pastra polikristaline të silikonit në materiale shufra silikoni me një diametër dhe gjatësi të caktuar, dhe më pas nënshtrimin e materialeve të shufrës me një kristal silikoni në një seri përpunimi mekanik, trajtim kimik dhe procese të tjera.
Pajisjet që prodhojnë vafera silikoni ose vafera silikoni epitaksiale që plotësojnë disa kërkesa të saktësisë gjeometrike dhe cilësisë së sipërfaqes dhe ofrojnë substratin e kërkuar të silikonit për prodhimin e çipave.
Rrjedha tipike e procesit për përgatitjen e vaferave të silikonit me diametër më të vogël se 200 mm është:
Rritja me një kristal → cungim → rrotullim me diametër të jashtëm → prerje → zbërthim → bluarje → gravurë → grumbullim → lustrim → pastrim → epitaksi → paketim, etj.
Rrjedha kryesore e procesit për përgatitjen e vaferave të silikonit me diametër 300 mm është si më poshtë:
Rritja me një kristal → cungim → rrotullim me diametër të jashtëm → prerje → zbërthim → bluarje sipërfaqësore → gravurë → lustrim buzësh → lustrim me dy anë → lustrim të njëanshëm → pastrim përfundimtar → epitaksi/pjekje → paketim, etj.
1.Material silikoni
Silici është një material gjysmëpërçues sepse ka 4 elektrone valente dhe është në grupin IVA të tabelës periodike së bashku me elementë të tjerë.
Numri i elektroneve të valencës në silikon e vendos atë në mes të një përcjellësi të mirë (1 elektron valence) dhe një izoluesi (8 elektrone valente).
Silikoni i pastër nuk gjendet në natyrë dhe duhet të nxirret dhe pastrohet për ta bërë atë mjaftueshëm të pastër për prodhim. Zakonisht gjendet në silicë (oksid silikoni ose SiO2) dhe silikate të tjera.
Forma të tjera të SiO2 përfshijnë qelqin, kristalin pa ngjyrë, kuarcin, agatin dhe syrin e maces.
Materiali i parë i përdorur si gjysmëpërçues ishte germaniumi në vitet 1940 dhe fillimi i viteve 1950, por ai u zëvendësua shpejt nga silikoni.
Silikoni u zgjodh si materiali kryesor gjysmëpërçues për katër arsye kryesore:
Bollëku i materialeve të silikonitSiliconi është elementi i dytë më i bollshëm në Tokë, që përbën 25% të kores së Tokës.
Pika më e lartë e shkrirjes së materialit të silikonit lejon një tolerancë më të gjerë të procesit: pika e shkrirjes së silikonit në 1412°C është shumë më e lartë se pika e shkrirjes së germaniumit në 937°C. Pika më e lartë e shkrirjes lejon që silikoni të përballojë proceset me temperaturë të lartë.
Materialet e silikonit kanë një gamë më të gjerë të temperaturës së funksionimit;
Rritja natyrale e oksidit të silikonit (SiO2)SiO2 është një material izolues elektrik me cilësi të lartë, i qëndrueshëm dhe vepron si një pengesë e shkëlqyer kimike për të mbrojtur silikonin nga ndotja e jashtme. Stabiliteti elektrik është i rëndësishëm për të shmangur rrjedhjet ndërmjet përçuesve ngjitur në qarqet e integruara. Aftësia për të rritur shtresa të qëndrueshme të hollë të materialit SiO2 është thelbësore për prodhimin e pajisjeve gjysmëpërçuese me oksid metali me performancë të lartë (MOS-FET). SiO2 ka veti mekanike të ngjashme me silikonin, duke lejuar përpunim në temperaturë të lartë pa shtrembërim të tepërt të meshës së silikonit.
2.Pergatitja e meshles
Vaferat gjysmëpërçuese janë prerë nga materiale gjysmëpërçuese me shumicë. Ky material gjysmëpërçues quhet shufër kristalore, e cila është rritur nga një bllok i madh materiali polikristalor dhe i papërpunuar i brendshëm.
Shndërrimi i një blloku polikristalor në një kristal të madh dhe dhënia e orientimit të saktë të kristalit dhe sasisë së duhur të dopingut të tipit N ose P quhet rritje kristalore.
Teknologjitë më të zakonshme për prodhimin e shufrave të silikonit me një kristal për përgatitjen e vaferës së silikonit janë metoda Czochralski dhe metoda e shkrirjes në zonë.
2.1 Metoda Czochralski dhe furra me një kristal Czochralski
Metoda Czochralski (CZ), e njohur gjithashtu si metoda Czochralski (CZ), i referohet procesit të shndërrimit të lëngut të silikonit të shkrirë të klasës gjysmëpërçuese në shufra të ngurta silikoni me një kristal me orientimin e duhur kristal dhe të dopuar në tip N ose P- lloji.
Aktualisht, më shumë se 85% e silikonit me një kristal rritet duke përdorur metodën Czochralski.
Një furrë me një kristal Czochralski i referohet një pajisjeje procesi që shkrin materialet e polisilikonit të pastërtisë së lartë në lëng duke ngrohur në një mjedis të mbyllur të mbyllur me vakum të lartë ose me gaz të rrallë (ose gaz inert) dhe më pas i rikristalizon ato për të formuar materiale silikoni me një kristal me të caktuara të jashtme. dimensionet.
Parimi i funksionimit të furrës me një kristal është procesi fizik i rikristalizimit të materialit polikristalor të silikonit në një material silikoni një kristal në gjendje të lëngshme.
Furra me një kristal CZ mund të ndahet në katër pjesë: trupi i furrës, sistemi i transmetimit mekanik, sistemi i kontrollit të ngrohjes dhe temperaturës dhe sistemi i transmetimit të gazit.
Trupi i furrës përfshin një zgavër furre, një bosht kristali të farës, një enë kuarci, një lugë dopingu, një mbulesë kristali të farës dhe një dritare vëzhgimi.
Zgavra e furrës duhet të sigurojë që temperatura në furre të shpërndahet në mënyrë të barabartë dhe të mund të shpërndajë mirë nxehtësinë; boshti i kristalit të farës përdoret për të shtyrë kristalin e farës që të lëvizë lart e poshtë dhe të rrotullohet; papastërtitë që duhet të dopingohen vendosen në lugën e dopingut;
Mbulesa e kristalit të farës është për të mbrojtur kristalin e farës nga ndotja. Sistemi i transmisionit mekanik përdoret kryesisht për të kontrolluar lëvizjen e kristalit të farës dhe të kavanozit.
Për të siguruar që solucioni i silikonit të mos oksidohet, shkalla e vakumit në furrë kërkohet të jetë shumë e lartë, përgjithësisht nën 5 Torr, dhe pastërtia e gazit inert të shtuar duhet të jetë mbi 99,9999%.
Një copë silikoni me një kristal me orientimin e dëshiruar kristal përdoret si një kristal farë për të rritur një shufër silikoni, dhe shufra e rritur e silikonit është si një kopje e kristalit të farës.
Kushtet në ndërfaqen midis silikonit të shkrirë dhe kristalit të farës së silikonit me një kristal duhet të kontrollohen saktësisht. Këto kushte sigurojnë që shtresa e hollë e silikonit mund të përsërisë me saktësi strukturën e kristalit të farës dhe përfundimisht të rritet në një shufër të madhe të vetme kristal silikoni.
2.2 Metoda e shkrirjes në zonë dhe furra me një kristal të shkrirjes në zonë
Metoda e zonës notuese (FZ) prodhon shufra silikoni me një kristal me përmbajtje shumë të ulët oksigjeni. Metoda e zonës lundruese u zhvillua në vitet 1950 dhe mund të prodhojë silikonin më të pastër me një kristal deri më sot.
Furra me një kristal të shkrirjes në zonë i referohet një furre që përdor parimin e shkrirjes së zonës për të prodhuar një zonë të ngushtë shkrirjeje në shufrën polikristaline përmes një zone të ngushtë të mbyllur me temperaturë të lartë të trupit të furrës së shufrës polikristaline në një vakum të lartë ose gaz të rrallë tub kuarci mjedisi mbrojtës.
Një pajisje procesi që lëviz një shufër polikristaline ose një trup ngrohës furre për të lëvizur zonën e shkrirjes dhe për ta kristalizuar gradualisht atë në një shufër të vetme kristali.
Karakteristika e përgatitjes së shufrave njëkristalore me metodën e shkrirjes së zonës është se pastërtia e shufrave polikristaline mund të përmirësohet gjatë procesit të kristalizimit në shufra të vetme kristalore dhe rritja e dopingut të materialeve të shufrave është më uniforme.
Llojet e furrave me një kristal të shkrirjes në zonë mund të ndahen në dy lloje: furrat me një kristal të shkrirjes me zonë lundruese që mbështeten në tensionin sipërfaqësor dhe furrat me një kristal të shkrirjes në zonë horizontale. Në aplikimet praktike, furrat me një kristal të shkrirjes së zonës përgjithësisht miratojnë shkrirjen me zonë lundruese.
Furra e shkrirjes së zonës me një kristal mund të përgatisë silikon me një kristal me oksigjen të ulët me pastërti të lartë, pa pasur nevojë për një kavanoz. Përdoret kryesisht për të përgatitur silikon me një kristal me rezistencë të lartë (>20kΩ·cm) dhe për të pastruar silikonin e shkrirjes së zonës. Këto produkte përdoren kryesisht në prodhimin e pajisjeve diskrete të energjisë.
Furra me një kristal të shkrirjes së zonës përbëhet nga një dhomë furre, një bosht i sipërm dhe një bosht i poshtëm (pjesa e transmisionit mekanik), një shufër kristalore, një çakëll kristali me fara, një spirale ngrohëse (gjenerator me frekuencë të lartë), porte gazi (port vakum, hyrja e gazit, dalja e sipërme e gazit), etj.
Në strukturën e dhomës së furrës, është rregulluar qarkullimi i ujit ftohës. Fundi i poshtëm i boshtit të sipërm të furrës me një kristal është një shufër kristalore, e cila përdoret për të shtrënguar një shufër polikristaline; fundi i sipërm i boshtit të poshtëm është një kristal i farës, i cili përdoret për të shtrënguar kristalin e farës.
Një furnizim me energji me frekuencë të lartë furnizohet me bobinën e ngrohjes dhe një zonë e ngushtë shkrirjeje formohet në shufrën polikristaline duke filluar nga fundi i poshtëm. Në të njëjtën kohë, boshtet e sipërme dhe të poshtme rrotullohen dhe zbresin, në mënyrë që zona e shkrirjes të kristalizohet në një kristal të vetëm.
Përparësitë e furrës me një kristal të shkrirjes së zonës janë se ajo jo vetëm që mund të përmirësojë pastërtinë e kristalit të vetëm të përgatitur, por gjithashtu ta bëjë rritjen e dopingut të shufrës më uniforme, dhe shufra e vetme kristal mund të pastrohet përmes proceseve të shumta.
Disavantazhet e furrës me një kristal të shkrirjes së zonës janë kostot e larta të procesit dhe diametri i vogël i kristalit të përgatitur. Aktualisht, diametri maksimal i kristalit të vetëm që mund të përgatitet është 200 mm.
Lartësia e përgjithshme e pajisjeve të furrës me një kristal të shkrirjes së zonës është relativisht e lartë, dhe goditja e akseve të sipërme dhe të poshtme është relativisht e gjatë, kështu që mund të rriten shufra më të gjata me një kristal.
3. Përpunimi dhe pajisjet e meshës
Shufra e kristalit duhet të kalojë nëpër një sërë procesesh për të formuar një substrat silikoni që plotëson kërkesat e prodhimit të gjysmëpërçuesve, përkatësisht një vafer. Procesi themelor i përpunimit është:
Rrotullimi, prerja, prerja, pjekja e vaferës, zbërthimi, bluarja, lustrimi, pastrimi dhe paketimi, etj.
3.1 Pjekja e meshës
Në procesin e prodhimit të silikonit polikristalor dhe silikonit Czochralski, silikoni me një kristal përmban oksigjen. Në një temperaturë të caktuar, oksigjeni në silikonin me një kristal do të dhurojë elektrone dhe oksigjeni do të shndërrohet në dhurues të oksigjenit. Këto elektrone do të kombinohen me papastërtitë në vaferën e silikonit dhe do të ndikojnë në rezistencën e vaferës së silikonit.
Furra e pjekjes: i referohet një furre që ngre temperaturën në furrë në 1000-1200°C në një mjedis hidrogjeni ose argoni. Duke u mbajtur ngrohtë dhe duke u ftohur, oksigjeni pranë sipërfaqes së vaferës së lëmuar të silikonit avullohet dhe hiqet nga sipërfaqja e saj, duke bërë që oksigjeni të precipitojë dhe të shtresohet.
Pajisja e procesit që shpërndan mikrodefektet në sipërfaqen e vaferave të silikonit, zvogëlon sasinë e papastërtive pranë sipërfaqes së vaferave të silikonit, zvogëlon defektet dhe formon një zonë relativisht të pastër në sipërfaqen e vaferave të silikonit.
Furra e pjekjes quhet gjithashtu furre me temperaturë të lartë për shkak të temperaturës së lartë. Industria e quan gjithashtu procesin e pjekjes së meshës së silikonit marrës.
Furra e pjekjes së vaferës së silikonit ndahet në:
-Furrën e pjekjes horizontale;
-Furrat e pjekjes vertikale;
-Furrën e pjekjes së shpejtë.
Dallimi kryesor midis një furre pjekjeje horizontale dhe një furre pjekjeje vertikale është drejtimi i paraqitjes së dhomës së reagimit.
Dhoma e reaksionit të furrës së pjekjes horizontale është e strukturuar horizontalisht dhe një grup me vaferë silikoni mund të ngarkohet në dhomën e reagimit të furrës së pjekjes për pjekje në të njëjtën kohë. Koha e pjekjes është zakonisht 20 deri në 30 minuta, por dhoma e reagimit ka nevojë për një kohë më të gjatë nxehjeje për të arritur temperaturën e kërkuar nga procesi i pjekjes.
Procesi i furrës së pjekjes vertikale miraton gjithashtu metodën e ngarkimit të njëkohshëm të një grupi vaferash silikoni në dhomën e reagimit të furrës së pjekjes për trajtimin e pjekjes. Dhoma e reagimit ka një strukturë vertikale të strukturës, e cila lejon që vaferat e silikonit të vendosen në një varkë kuarci në një gjendje horizontale.
Në të njëjtën kohë, meqenëse varka e kuarcit mund të rrotullohet si e tërë në dhomën e reagimit, temperatura e pjekjes së dhomës së reagimit është uniforme, shpërndarja e temperaturës në vaferën e silikonit është uniforme dhe ka karakteristika të shkëlqyera të uniformitetit të pjekjes. Megjithatë, kostoja e procesit të furrës së pjekjes vertikale është më e lartë se ajo e furrës së pjekjes horizontale.
Furra e pjekjes së shpejtë përdor një llambë halogjene tungsteni për të ngrohur drejtpërdrejt vaferën e silikonit, e cila mund të arrijë ngrohje ose ftohje të shpejtë në një gamë të gjerë nga 1 deri në 250°C/s. Shpejtësia e ngrohjes ose ftohjes është më e shpejtë se ajo e një furre tradicionale pjekjeje. Duhen vetëm disa sekonda për të ngrohur temperaturën e dhomës së reagimit mbi 1100°C.
—————————————————————————————————————————————— ---
Semicera mund të sigurojëpjesë grafiti,ndjesi e butë/e ngurtë,pjesë të karbitit të silikonit, Pjesë karabit silikoni CVD, dhePjesë të veshura me SiC/TaCme proces të plotë gjysmëpërçues në 30 ditë.
Nëse jeni të interesuar për produktet gjysmëpërçuese të mësipërme, ju lutemi mos hezitoni të na kontaktoni herën e parë.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Koha e postimit: Gusht-26-2024