ופלים הם חומרי הגלם העיקריים לייצור מעגלים משולבים, התקני מוליכים למחצה בדידים והתקני כוח. יותר מ-90% מהמעגלים המשולבים עשויים על פרוסות בטוהר גבוה ואיכותי.
ציוד להכנת פרוסות מתייחס לתהליך של ייצור חומרי סיליקון פולי-גבישיים טהורים לחומרי מוט סיליקון חד-גביש בקוטר ואורך מסוימים, ולאחר מכן הכפפת חומרי מוט הגבישי הסיליקון לסדרה של עיבוד מכני, טיפול כימי ותהליכים אחרים.
ציוד המייצר פרוסות סיליקון או פרוסות סיליקון אפיטקסיאליות העומדות בדרישות דיוק גיאומטרי ואיכות משטח מסוימות ומספק את מצע הסיליקון הנדרש לייצור שבבים.
זרימת התהליך האופיינית להכנת פרוסות סיליקון בקוטר של פחות מ-200 מ"מ היא:
צמיחת גביש בודד ← קיטום ← גלגול בקוטר חיצוני ← חיתוך ← שיוף ← שחיקה ← תחריט ← ליטוש ← ליטוש ← ניקוי ← אפיטקסיה ← אריזה וכו'.
זרימת התהליך העיקרית להכנת פרוסות סיליקון בקוטר של 300 מ"מ היא כדלקמן:
צמיחת גביש בודד ← קיטום ← גלגול קוטר חיצוני ← חיתוך ← שיוף ← שחיקת משטח ← תחריט ← ליטוש קצה ← ליטוש דו צדדי ← ליטוש חד צדדי ← ניקוי סופי ← אפיטקסיה/חישול ← אריזה וכו'.
1. חומר סיליקון
סיליקון הוא חומר מוליכים למחצה מכיוון שיש לו 4 אלקטרונים ערכיים והוא נמצא בקבוצה IVA של הטבלה המחזורית יחד עם יסודות אחרים.
מספר אלקטרוני הערכיות בסיליקון מציב אותו בדיוק בין מוליך טוב (אלקטרון ערכיות אחד) לבין מבודד (8 אלקטרוני ערכיות).
סיליקון טהור אינו נמצא בטבע ויש להפיקו ולטהר אותו כדי להפוך אותו טהור מספיק לייצור. הוא נמצא בדרך כלל בסיליקה (תחמוצת סיליקון או SiO2) ובסיליקטים אחרים.
צורות אחרות של SiO2 כוללות זכוכית, קריסטל חסר צבע, קוורץ, אגת ועין חתול.
החומר הראשון ששימש כמוליך למחצה היה גרמניום בשנות ה-40 ותחילת שנות ה-50, אך הוא הוחלף במהירות בסיליקון.
סיליקון נבחר כחומר המוליך למחצה העיקרי מארבע סיבות עיקריות:
שפע של חומרי סיליקון: הסיליקון הוא היסוד השני בשכיחותו בכדור הארץ, ומהווה 25% מקרום כדור הארץ.
נקודת ההיתוך הגבוהה יותר של חומר סיליקון מאפשרת סובלנות רחבה יותר לתהליך: נקודת ההיתוך של סיליקון ב-1412 מעלות צלזיוס גבוהה בהרבה מנקודת ההיתוך של גרמניום ב-937 מעלות צלזיוס. נקודת ההיתוך הגבוהה מאפשרת לסיליקון לעמוד בתהליכים בטמפרטורה גבוהה.
לחומרי סיליקון יש טווח טמפרטורות עבודה רחב יותר;
צמיחה טבעית של תחמוצת סיליקון (SiO2): SiO2 הוא חומר בידוד חשמלי איכותי ויציב ופועל כמחסום כימי מצוין להגנה על הסיליקון מפני זיהום חיצוני. יציבות חשמלית חשובה כדי למנוע דליפה בין מוליכים סמוכים במעגלים משולבים. היכולת לגדל שכבות דקות יציבות של חומר SiO2 היא הבסיסית לייצור התקני מוליכים למחצה מתכת-אוקסיד (MOS-FET) בעלי ביצועים גבוהים. ל- SiO2 תכונות מכניות דומות לסיליקון, המאפשרות עיבוד בטמפרטורה גבוהה ללא עיוות מוגזם של פרוסות סיליקון.
2.הכנת פרוסות
פרוסות מוליכים למחצה נחתכות מחומרים מוליכים למחצה בתפזורת. חומר מוליך למחצה זה נקרא מוט קריסטל, אשר גדל מגוש גדול של חומר פנימי רב גבישי ולא מסומם.
הפיכת בלוק פולי-גבישי לגביש יחיד גדול ומתן לו את כיוון הגביש הנכון ואת הכמות המתאימה של סימום מסוג N או P נקרא צמיחת גבישים.
הטכנולוגיות הנפוצות ביותר לייצור מטילי סיליקון קריסטל יחיד להכנת פרוסות סיליקון הן שיטת צ'וקרלסקי ושיטת ההיתוך האזורי.
2.1 שיטת צ'וקרלסקי ותנור גביש יחיד של צ'וקרלסקי
שיטת צ'וקרלסקי (CZ), הידועה גם כשיטת צ'וקרלסקי (CZ), מתייחסת לתהליך של המרת נוזל סיליקון מותך בדרגת מוליכים למחצה למטילי סיליקון חד גבישי מוצקים עם כיוון גביש נכון ומסומם לסוג N או P- סוּג.
נכון להיום, יותר מ-85% מסיליקון גביש יחיד גדל בשיטת צ'וקרלסקי.
תנור גביש יחיד של צ'וקרלסקי מתייחס לציוד תהליך הממיס חומרי סיליקון בטוהר גבוה לנוזל על ידי חימום בסביבת הגנה סגורה של ואקום גבוה או גז נדיר (או גז אינרטי), ולאחר מכן מגבש אותם מחדש ליצירת חומרי סיליקון גבישי בודד עם חומרי סיליקון חיצוניים מסוימים מידות.
עקרון העבודה של תנור הגביש היחיד הוא התהליך הפיזי של חומר סיליקון רב גבישי המתגבש מחדש לחומר סיליקון גבישי בודד במצב נוזלי.
ניתן לחלק את תנור הגביש החד CZ לארבעה חלקים: גוף התנור, מערכת הולכה מכנית, מערכת בקרת חימום וטמפרטורה ומערכת העברת גז.
גוף הכבשן כולל חלל תנור, ציר גביש זרעים, כור כור היתוך קוורץ, כפית סימום, כיסוי גביש זרעים וחלון תצפית.
חלל התנור נועד להבטיח שהטמפרטורה בכבשן מפוזרת באופן שווה ויכולה לפזר חום היטב; פיר הגביש הזרע משמש כדי להניע את גביש הזרע לנוע למעלה ולמטה ולהסתובב; את הזיהומים שצריך לסמם מניחים בכף הסימום;
כיסוי גביש הזרע נועד להגן על גביש הזרע מפני זיהום. מערכת ההולכה המכנית משמשת בעיקר לשליטה בתנועת גביש הזרע וכור ההיתוך.
על מנת להבטיח שתמיסת הסיליקון לא תחמצן, נדרשת דרגת הוואקום בכבשן להיות גבוהה מאוד, בדרך כלל מתחת ל-5 טור, וטוהר הגז האינרטי המוסף חייב להיות מעל 99.9999%.
פיסת סיליקון גביש בודד עם כיוון הגביש הרצוי משמשת כגביש זרעים לגידול מטיל סיליקון, ומטיל הסיליקון הגדל הוא כמו העתק של גביש הזרע.
יש לשלוט במדויק על התנאים בממשק בין הסיליקון המותך לבין גביש זרעי הסיליקון בגביש אחד. תנאים אלה מבטיחים ששכבת הסיליקון הדקה יכולה לשכפל במדויק את המבנה של גביש הזרע ובסופו של דבר לגדול למטיל סיליקון גביש יחיד גדול.
2.2 שיטת התכת אזור ותנור התכת גביש יחיד
שיטת אזור הציפה (FZ) מייצרת מטילי סיליקון קריסטל יחיד עם תכולת חמצן נמוכה מאוד. שיטת ה-float zone פותחה בשנות ה-50 ויכולה לייצר את הסיליקון הקריסטל הטהור ביותר עד כה.
תנור הגביש החד-גביש המתכת באזור מתייחס לכבשן המשתמש בעקרון התכת האזור כדי לייצר אזור התכה צר במוט הפולי-גבישי דרך אזור סגור צר בטמפרטורה גבוהה של גוף תנור המוט הפולי-גבישי בוואקום גבוה או בגז צינור קוורץ נדיר. סביבת הגנה.
ציוד תהליך המניע מוט רב גבישי או גוף חימום תנור כדי להזיז את אזור ההיתוך ולגבש אותו בהדרגה למוט גבישי יחיד.
המאפיין של הכנת מוטות גביש בודדים בשיטת התכה אזורית הוא שניתן לשפר את הטוהר של מוטות רב גבישיים בתהליך ההתגבשות למוטות גביש בודדים, וצמיחת הסימום של חומרי המוט אחידה יותר.
ניתן לחלק את סוגי תנורי הגביש היחיד המתכת אזור לשני סוגים: תנורי התכת גביש בודדים באזור צף המסתמכים על מתח פני השטח ותנורי התכת גביש בודדים באזור אופקי. ביישומים מעשיים, תנורי גביש בודדים להמסת אזור מאמצים בדרך כלל התכה של אזור צף.
תנור הגביש החד-המסך באזור יכול להכין סיליקון גביש חד-גביש בעל טוהר גבוה דל חמצן ללא צורך בכור היתוך. הוא משמש בעיקר להכנת סיליקון חד גביש בעל התנגדות גבוהה (>20kΩ·cm) ולטיהור סיליקון המסת אזור. מוצרים אלה משמשים בעיקר בייצור של מכשירי כוח דיסקרטיים.
תנור הגביש היחיד המתכת באזור מורכב מתא תנור, פיר עליון ופיר תחתון (חלק תמסורת מכני), צ'אק מוט קריסטל, צ'אק קריסטל זרעים, סליל חימום (מחולל בתדר גבוה), יציאות גז (יציאת ואקום, כניסת גז, יציאת גז עליונה) וכו'.
במבנה תא התנור, זרימת מי קירור מסודרת. הקצה התחתון של הפיר העליון של תנור הגביש היחיד הוא צ'אק מוט קריסטל, המשמש להדק מוט רב גבישי; הקצה העליון של הפיר התחתון הוא צ'אק קריסטל זרעים, המשמש להדק את גביש הזרע.
ספק כוח בתדר גבוה מסופק לסליל החימום, ונוצר אזור התכה צר במוט הפולי-גבישי החל מהקצה התחתון. במקביל, הציר העליון והתחתון מסתובב ויורד, כך שאזור ההיתוך מתגבש לכדי גביש אחד.
היתרונות של תנור הגביש החד-המסך באזור הם שהוא יכול לא רק לשפר את הטוהר של הגביש היחיד המוכן, אלא גם להפוך את צמיחת הסימום של המוט לאחידה יותר, וניתן לטהר את מוט הגביש היחיד באמצעות מספר תהליכים.
החסרונות של תנור הגביש היחיד המתכת באזור הם עלויות תהליך גבוהות וקוטר קטן של הגביש היחיד המוכן. נכון לעכשיו, הקוטר המרבי של הגביש היחיד שניתן להכין הוא 200 מ"מ.
הגובה הכולל של ציוד תנור הגביש היחיד של אזור ההיתוך גבוה יחסית, והמהלך של הצירים העליון והתחתון ארוך יחסית, כך שניתן לגדל מוטות גביש בודדים ארוכים יותר.
3. עיבוד ואפר וציוד
מוט הקריסטל צריך לעבור סדרה של תהליכים כדי ליצור מצע סיליקון העונה על הדרישות של ייצור מוליכים למחצה, כלומר רקיק. התהליך הבסיסי של העיבוד הוא:
הטלה, חיתוך, חיתוך, חישול פרוסות, שיוף, שחיקה, ליטוש, ניקוי ואריזה וכו'.
3.1 חישול רקיק
בתהליך ייצור סיליקון פולי-גבישי וסיליקון צ'וקרלסקי, סיליקון גבישי יחיד מכיל חמצן. בטמפרטורה מסוימת, החמצן שבסיליקון הגבישי החד יתרום אלקטרונים, והחמצן יומר לתורמי חמצן. אלקטרונים אלו ישתלבו עם זיהומים בפרוסת הסיליקון וישפיעו על ההתנגדות של פרוסת הסיליקון.
תנור חישול: מתייחס לתנור שמעלה את הטמפרטורה בכבשן ל-1000-1200 מעלות צלזיוס בסביבת מימן או ארגון. על ידי שמירה על חום וקירור, החמצן הסמוך לפני השטח של רקיקת הסיליקון המלוטשת נדיף ומוסר מעל פני השטח שלו, מה שגורם לחמצן לשקוע ולהשכבה.
ציוד עיבוד הממיס פגמים מיקרו על פני השטח של פרוסות סיליקון, מפחית את כמות הזיהומים ליד פני השטח של פרוסות הסיליקון, מפחית פגמים ויוצר שטח נקי יחסית על פני פרוסות הסיליקון.
תנור החישול נקרא גם תנור בטמפרטורה גבוהה בגלל הטמפרטורה הגבוהה שלו. התעשייה מכנה גם את תהליך חישול פרוסות סיליקון גטרינג.
תנור חישול פרוסות סיליקון מחולק ל:
-תנור חישול אופקי;
-תנור חישול אנכי;
-תנור חישול מהיר.
ההבדל העיקרי בין תנור חישול אופקי לתנור חישול אנכי הוא כיוון הפריסה של תא התגובה.
תא התגובה של תנור החישול האופקי בנוי אופקית, וניתן להטעין אצווה של פרוסות סיליקון לתא התגובה של תנור החישול לצורך חישול בו זמנית. זמן החישול הוא בדרך כלל 20 עד 30 דקות, אך תא התגובה זקוק לזמן חימום ארוך יותר כדי להגיע לטמפרטורה הנדרשת בתהליך החישול.
התהליך של תנור החישול האנכי גם מאמץ את השיטה של טעינת בו-זמנית אצווה של פרוסות סיליקון לתוך תא התגובה של תנור החישול לצורך טיפול חישול. לתא התגובה יש פריסת מבנה אנכית, המאפשרת להניח את פרוסות הסיליקון בסירת קוורץ במצב אופקי.
יחד עם זאת, מכיוון שסירת הקוורץ יכולה להסתובב כולה בתא התגובה, טמפרטורת החישול של תא התגובה אחידה, פיזור הטמפרטורה על פרוסת הסיליקון אחידה, ויש לה מאפייני אחידות חישול מצוינים. עם זאת, עלות התהליך של תנור החישול האנכי גבוהה מזו של תנור החישול האופקי.
תנור החישול המהיר משתמש במנורת הלוגן טונגסטן כדי לחמם ישירות את רקיקת הסיליקון, מה שיכול להשיג חימום או קירור מהיר בטווח רחב של 1 עד 250 מעלות צלזיוס/שניה. קצב החימום או הקירור מהיר יותר מזה של תנור חישול מסורתי. זה לוקח רק כמה שניות כדי לחמם את טמפרטורת תא התגובה למעל 1100 מעלות צלזיוס.
———————————————————————————————————————————————— ——
Semicera יכול לספקחלקי גרפיט,לבד רך/נוקשה,חלקי סיליקון קרביד, חלקי סיליקון קרביד CVD, וחלקים מצופים SiC/TaCעם תהליך מוליכים למחצה מלא תוך 30 יום.
אם אתה מעוניין במוצרי המוליכים למחצה לעיל, אנא אל תהסס לפנות אלינו בפעם הראשונה.
טל': +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
זמן פרסום: 26 באוגוסט 2024