Οι γκοφρέτες είναι οι κύριες πρώτες ύλες για την παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, διακριτών συσκευών ημιαγωγών και συσκευών ισχύος. Πάνω από το 90% των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων κατασκευάζονται σε γκοφρέτες υψηλής καθαρότητας και ποιότητας.
Ο εξοπλισμός προετοιμασίας γκοφρέτας αναφέρεται στη διαδικασία κατασκευής υλικών καθαρού πολυκρυσταλλικού πυριτίου σε υλικά μονοκρυσταλλικής ράβδου πυριτίου ορισμένης διαμέτρου και μήκους και στη συνέχεια υποβολής των υλικών μονοκρυσταλλικής ράβδου πυριτίου σε μια σειρά μηχανικής επεξεργασίας, χημικής επεξεργασίας και άλλων διεργασιών.
Εξοπλισμός που κατασκευάζει γκοφρέτες πυριτίου ή επιταξιακές γκοφρέτες πυριτίου που πληρούν ορισμένες απαιτήσεις γεωμετρικής ακρίβειας και ποιότητας επιφάνειας και παρέχει το απαιτούμενο υπόστρωμα πυριτίου για την κατασκευή τσιπ.
Η τυπική ροή διεργασίας για την παρασκευή πλακών πυριτίου με διάμετρο μικρότερη από 200 mm είναι:
Αύξηση μονού κρυστάλλου → περικοπή → κύλιση εξωτερικής διαμέτρου → τεμαχισμός → λοξότμηση → λείανση → χάραξη → γυάλισμα → λείανση → καθάρισμα → επιταξία → συσκευασία κ.λπ.
Η κύρια ροή διεργασίας για την παρασκευή πλακών πυριτίου με διάμετρο 300 mm είναι η εξής:
Αύξηση μονού κρυστάλλου → περικοπή → κύλιση εξωτερικής διαμέτρου → τεμαχισμός → λοξότμηση → λείανση επιφάνειας → χάραξη → γυάλισμα άκρων → γυάλισμα διπλής όψης → γυάλισμα μονής όψης → τελικός καθαρισμός → επιταξία/ανόπτηση → συσκευασία κ.λπ.
1.Υλικό πυριτίου
Το πυρίτιο είναι ημιαγωγό υλικό γιατί έχει 4 ηλεκτρόνια σθένους και βρίσκεται στην ομάδα IVA του περιοδικού πίνακα μαζί με άλλα στοιχεία.
Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους στο πυρίτιο το τοποθετεί ακριβώς ανάμεσα σε έναν καλό αγωγό (1 ηλεκτρόνιο σθένους) και έναν μονωτή (8 ηλεκτρόνια σθένους).
Το καθαρό πυρίτιο δεν βρίσκεται στη φύση και πρέπει να εξαχθεί και να καθαριστεί για να γίνει αρκετά καθαρό για κατασκευή. Συνήθως βρίσκεται στο πυρίτιο (οξείδιο του πυριτίου ή SiO2) και σε άλλα πυριτικά άλατα.
Άλλες μορφές SiO2 περιλαμβάνουν γυαλί, άχρωμο κρύσταλλο, χαλαζία, αχάτη και μάτι της γάτας.
Το πρώτο υλικό που χρησιμοποιήθηκε ως ημιαγωγός ήταν το γερμάνιο στη δεκαετία του 1940 και στις αρχές της δεκαετίας του 1950, αλλά γρήγορα αντικαταστάθηκε από πυρίτιο.
Το πυρίτιο επιλέχθηκε ως το κύριο υλικό ημιαγωγών για τέσσερις βασικούς λόγους:
Αφθονία Υλικών Πυριτίου: Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στη Γη, αντιπροσωπεύοντας το 25% του φλοιού της Γης.
Το υψηλότερο σημείο τήξης του υλικού πυριτίου επιτρέπει μεγαλύτερη ανοχή διεργασίας: το σημείο τήξης του πυριτίου στους 1412°C είναι πολύ υψηλότερο από το σημείο τήξης του γερμανίου στους 937°C. Το υψηλότερο σημείο τήξης επιτρέπει στο πυρίτιο να αντέχει σε διαδικασίες υψηλής θερμοκρασίας.
Τα υλικά πυριτίου έχουν μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας;
Φυσική ανάπτυξη οξειδίου του πυριτίου (SiO2): Το SiO2 είναι ένα υψηλής ποιότητας, σταθερό ηλεκτρικό μονωτικό υλικό και λειτουργεί ως εξαιρετικός χημικός φραγμός για την προστασία του πυριτίου από εξωτερική μόλυνση. Η ηλεκτρική σταθερότητα είναι σημαντική για την αποφυγή διαρροής μεταξύ γειτονικών αγωγών σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Η ικανότητα ανάπτυξης σταθερών λεπτών στρωμάτων υλικού SiO2 είναι θεμελιώδης για την κατασκευή συσκευών ημιαγωγών οξειδίου μετάλλου (MOS-FET) υψηλής απόδοσης. Το SiO2 έχει παρόμοιες μηχανικές ιδιότητες με το πυρίτιο, επιτρέποντας την επεξεργασία σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς υπερβολική παραμόρφωση του πλακιδίου πυριτίου.
2.Προετοιμασία γκοφρέτας
Οι γκοφρέτες ημιαγωγών κόβονται από χύμα υλικά ημιαγωγών. Αυτό το ημιαγωγικό υλικό ονομάζεται κρυσταλλική ράβδος, η οποία αναπτύσσεται από ένα μεγάλο μπλοκ πολυκρυσταλλικού και μη εγγενούς υλικού.
Ο μετασχηματισμός ενός πολυκρυσταλλικού μπλοκ σε ένα μεγάλο μονοκρύσταλλο και η παροχή του σωστού κρυσταλλικού προσανατολισμού και της κατάλληλης ποσότητας ντόπινγκ τύπου Ν ή τύπου Ρ ονομάζεται ανάπτυξη κρυστάλλων.
Οι πιο κοινές τεχνολογίες για την παραγωγή πλινθωμάτων μονοκρυσταλλικού πυριτίου για την παρασκευή πλακιδίων πυριτίου είναι η μέθοδος Czochralski και η μέθοδος τήξης ζώνης.
2.1 Μέθοδος Czochralski και φούρνος μονού κρυστάλλου Czochralski
Η μέθοδος Czochralski (CZ), γνωστή και ως μέθοδος Czochralski (CZ), αναφέρεται στη διαδικασία μετατροπής λιωμένου υγρού πυριτίου ποιότητας ημιαγωγών σε στερεά πλινθώματα πυριτίου μονοκρυστάλλου με τον σωστό προσανατολισμό κρυστάλλου και ντοπαρισμένο σε τύπου N ή P- τύπος.
Επί του παρόντος, περισσότερο από το 85% του μονοκρυσταλλικού πυριτίου καλλιεργείται με τη μέθοδο Czochralski.
Ένας κλίβανος μονού κρυστάλλου Czochralski αναφέρεται σε έναν εξοπλισμό διεργασίας που λιώνει υλικά πολυπυριτίου υψηλής καθαρότητας σε υγρό με θέρμανση σε κλειστό περιβάλλον προστασίας υψηλού κενού ή σπάνιου αερίου (ή αδρανούς αερίου) και στη συνέχεια τα ανακρυσταλλώνει για να σχηματίσει υλικά μονοκρυστάλλου πυριτίου με ορισμένα εξωτερικά διαστάσεις.
Η αρχή λειτουργίας του κλιβάνου μονού κρυστάλλου είναι η φυσική διαδικασία ανακρυστάλλωσης υλικού πολυκρυσταλλικού πυριτίου σε μονοκρυσταλλικό υλικό πυριτίου σε υγρή κατάσταση.
Ο φούρνος μονού κρυστάλλου CZ μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα μέρη: σώμα κλιβάνου, σύστημα μηχανικής μετάδοσης, σύστημα θέρμανσης και ελέγχου θερμοκρασίας και σύστημα μεταφοράς αερίου.
Το σώμα του κλιβάνου περιλαμβάνει μια κοιλότητα κλιβάνου, έναν άξονα κρυστάλλου σπόρων, ένα χωνευτήριο χαλαζία, ένα κουτάλι ντόπινγκ, ένα κάλυμμα κρυστάλλου σπόρων και ένα παράθυρο παρατήρησης.
Η κοιλότητα του κλιβάνου διασφαλίζει ότι η θερμοκρασία στον κλίβανο κατανέμεται ομοιόμορφα και μπορεί να διαχέει καλά τη θερμότητα. ο άξονας των κρυστάλλων σπόρων χρησιμοποιείται για την κίνηση του κρυστάλλου σποράς ώστε να κινείται πάνω-κάτω και να περιστρέφεται. οι ακαθαρσίες που πρέπει να ντοπαριστούν τοποθετούνται στο κουτάλι ντόπινγκ.
Το κάλυμμα των κρυστάλλων σπόρων προστατεύει τον κρύσταλλο των σπόρων από τη μόλυνση. Το σύστημα μηχανικής μετάδοσης χρησιμοποιείται κυρίως για τον έλεγχο της κίνησης του κρυστάλλου των σπόρων και του χωνευτηρίου.
Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι το διάλυμα πυριτίου δεν οξειδώνεται, ο βαθμός κενού στον κλίβανο απαιτείται να είναι πολύ υψηλός, γενικά κάτω από 5 Torr, και η καθαρότητα του προστιθέμενου αδρανούς αερίου πρέπει να είναι πάνω από 99,9999%.
Ένα κομμάτι μονοκρυστάλλου πυριτίου με τον επιθυμητό κρυσταλλικό προσανατολισμό χρησιμοποιείται ως κρύσταλλος σποράς για την ανάπτυξη ενός πλινθώματος πυριτίου και το αναπτυγμένο πλινθίο πυριτίου είναι σαν ένα αντίγραφο του κρυστάλλου των σπόρων.
Οι συνθήκες στη διεπιφάνεια μεταξύ του τηγμένου πυριτίου και του κρυστάλλου σπόρου πυριτίου μονοκρυστάλλου πρέπει να ελέγχονται με ακρίβεια. Αυτές οι συνθήκες διασφαλίζουν ότι το λεπτό στρώμα πυριτίου μπορεί να αναπαράγει με ακρίβεια τη δομή του κρυστάλλου των σπόρων και τελικά να αναπτυχθεί σε ένα μεγάλο μονοκρυστάλλινο πλινθίο πυριτίου.
2.2 Μέθοδος τήξης ζώνης και κλίβανος μονοκρυστάλλου τήξης ζώνης
Η μέθοδος float zone (FZ) παράγει πλινθώματα μονοκρυστάλλου πυριτίου με πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο. Η μέθοδος float zone αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1950 και μπορεί να παράγει το πιο καθαρό μονοκρυσταλλικό πυρίτιο μέχρι σήμερα.
Ο κλίβανος μονοκρυστάλλου τήξης ζώνης αναφέρεται σε έναν κλίβανο που χρησιμοποιεί την αρχή της τήξης ζώνης για να παράγει μια στενή ζώνη τήξης στην πολυκρυσταλλική ράβδο μέσω μιας στενής κλειστής περιοχής υψηλής θερμοκρασίας του σώματος του κλιβάνου πολυκρυσταλλικής ράβδου σε υψηλό κενό ή σπάνιο αέριο σωλήνα χαλαζία προστασίας του περιβάλλοντος.
Ένας εξοπλισμός διεργασίας που κινεί μια πολυκρυσταλλική ράβδο ή ένα θερμαντικό σώμα κλιβάνου για να μετακινήσει τη ζώνη τήξης και να την κρυσταλλώσει σταδιακά σε μια μονοκρυσταλλική ράβδο.
Το χαρακτηριστικό της παρασκευής μονοκρυσταλλικών ράβδων με τη μέθοδο τήξης ζώνης είναι ότι η καθαρότητα των πολυκρυσταλλικών ράβδων μπορεί να βελτιωθεί στη διαδικασία κρυστάλλωσης σε μονοκρυσταλλικές ράβδους και η ανάπτυξη ντόπινγκ των υλικών ράβδων είναι πιο ομοιόμορφη.
Οι τύποι κλιβάνων μονοκρυστάλλου τήξης ζώνης μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: κλιβάνους μονοκρυστάλλου τήξης πλωτής ζώνης που βασίζονται στην επιφανειακή τάση και κλιβάνους μονοκρυστάλλου τήξης οριζόντιων ζωνών. Σε πρακτικές εφαρμογές, οι κλίβανοι μονοκρυστάλλου τήξης ζώνης υιοθετούν γενικά την τήξη αιωρούμενης ζώνης.
Ο κλίβανος μονοκρυστάλλου τήξης ζώνης μπορεί να παρασκευάσει μονοκρυσταλλικό πυρίτιο υψηλής καθαρότητας χαμηλής περιεκτικότητας σε οξυγόνο χωρίς την ανάγκη χωνευτηρίου. Χρησιμοποιείται κυρίως για την παρασκευή μονοκρύσταλλου πυριτίου υψηλής αντίστασης (>20kΩ·cm) και καθαρισμού πυριτίου τήξης ζώνης. Αυτά τα προϊόντα χρησιμοποιούνται κυρίως στην κατασκευή διακριτών συσκευών ισχύος.
Ο κλίβανος μονοκρυστάλλου τήξης ζώνης αποτελείται από έναν θάλαμο κλιβάνου, έναν άνω άξονα και έναν κάτω άξονα (μέρος μηχανικής μετάδοσης), ένα τσοκ κρυστάλλου, ένα τσοκ κρυστάλλου σπόρων, ένα πηνίο θέρμανσης (γεννήτρια υψηλής συχνότητας), θύρες αερίου (θύρα κενού, είσοδος αερίου, άνω έξοδος αερίου) κ.λπ.
Στη δομή του θαλάμου του κλιβάνου, διευθετείται η κυκλοφορία του νερού ψύξης. Το κάτω άκρο του άνω άξονα του κλιβάνου μονοκρυστάλλου είναι ένα τσοκ με ράβδο κρυστάλλου, το οποίο χρησιμοποιείται για τη σύσφιξη μιας πολυκρυσταλλικής ράβδου. το επάνω άκρο του κάτω άξονα είναι ένα τσοκ κρυστάλλου σπόρων, το οποίο χρησιμοποιείται για τη σύσφιξη του κρυστάλλου σποράς.
Μια παροχή ρεύματος υψηλής συχνότητας παρέχεται στο πηνίο θέρμανσης και μια στενή ζώνη τήξης σχηματίζεται στην πολυκρυσταλλική ράβδο ξεκινώντας από το κάτω άκρο. Ταυτόχρονα, ο επάνω και ο κάτω άξονες περιστρέφονται και κατεβαίνουν, έτσι ώστε η ζώνη τήξης να κρυσταλλώνεται σε έναν ενιαίο κρύσταλλο.
Τα πλεονεκτήματα του κλιβάνου μονοκρυστάλλου τήξης ζώνης είναι ότι όχι μόνο μπορεί να βελτιώσει την καθαρότητα του παρασκευασμένου μονοκρυστάλλου, αλλά επίσης να κάνει την ανάπτυξη ντόπινγκ της ράβδου πιο ομοιόμορφη και η μονοκρυσταλλική ράβδος μπορεί να καθαριστεί μέσω πολλαπλών διεργασιών.
Τα μειονεκτήματα του κλιβάνου μονοκρυστάλλου τήξης ζώνης είναι το υψηλό κόστος διεργασίας και η μικρή διάμετρος του παρασκευασμένου μονοκρυστάλλου. Επί του παρόντος, η μέγιστη διάμετρος του μονοκρυστάλλου που μπορεί να παρασκευαστεί είναι 200 mm.
Το συνολικό ύψος του εξοπλισμού κλιβάνου μονοκρυσταλλικού κλιβάνου τήξης ζώνης είναι σχετικά υψηλό και η διαδρομή του άνω και κάτω αξόνων είναι σχετικά μεγάλη, επομένως μπορούν να αναπτυχθούν μακρύτερες μονοκρυσταλλικές ράβδοι.
3. Επεξεργασία και εξοπλισμός γκοφρέτας
Η κρυσταλλική ράβδος πρέπει να περάσει από μια σειρά διεργασιών για να σχηματίσει ένα υπόστρωμα πυριτίου που να πληροί τις απαιτήσεις της κατασκευής ημιαγωγών, δηλαδή μια γκοφρέτα. Η βασική διαδικασία επεξεργασίας είναι:
Αναδίπλωση, κοπή, τεμαχισμός, ανόπτηση γκοφρέτας, λοξότμηση, λείανση, στίλβωση, καθαρισμός και συσκευασία κ.λπ.
3.1 Ανόπτηση γκοφρέτας
Κατά τη διαδικασία παραγωγής πολυκρυσταλλικού πυριτίου και πυριτίου Czochralski, το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο περιέχει οξυγόνο. Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, το οξυγόνο στο μονοκρυσταλλικό πυρίτιο θα δώσει ηλεκτρόνια και το οξυγόνο θα μετατραπεί σε δότες οξυγόνου. Αυτά τα ηλεκτρόνια θα συνδυαστούν με ακαθαρσίες στο πλακίδιο πυριτίου και θα επηρεάσουν την ειδική αντίσταση του πλακιδίου πυριτίου.
Κλίβανος ανόπτησης: αναφέρεται σε φούρνο που ανεβάζει τη θερμοκρασία στον κλίβανο στους 1000-1200°C σε περιβάλλον υδρογόνου ή αργού. Διατηρώντας τη θερμοκρασία και την ψύξη, το οξυγόνο κοντά στην επιφάνεια της γυαλισμένης γκοφρέτας πυριτίου εξατμίζεται και απομακρύνεται από την επιφάνειά της, προκαλώντας την κατακρήμνιση του οξυγόνου και τη στρώση.
Εξοπλισμός επεξεργασίας που διαλύει μικροελαττώματα στην επιφάνεια πλακών πυριτίου, μειώνει την ποσότητα ακαθαρσιών κοντά στην επιφάνεια πλακών πυριτίου, μειώνει τα ελαττώματα και σχηματίζει μια σχετικά καθαρή περιοχή στην επιφάνεια των πλακών πυριτίου.
Ο κλίβανος ανόπτησης ονομάζεται επίσης κλίβανος υψηλής θερμοκρασίας λόγω της υψηλής θερμοκρασίας του. Η βιομηχανία αποκαλεί επίσης τη διαδικασία ανόπτησης γκοφρέτας πυριτίου λήψης.
Ο φούρνος ανόπτησης γκοφρέτας πυριτίου χωρίζεται σε:
-Κλίβανος οριζόντιας ανόπτησης.
-Κλίβανος κάθετης ανόπτησης.
-Κλίβανος ταχείας ανόπτησης.
Η κύρια διαφορά μεταξύ ενός οριζόντιου κλιβάνου ανόπτησης και ενός κλιβάνου κάθετης ανόπτησης είναι η κατεύθυνση διάταξης του θαλάμου αντίδρασης.
Ο θάλαμος αντίδρασης του κλιβάνου οριζόντιας ανόπτησης είναι οριζόντια δομημένος και μια παρτίδα δισκίων πυριτίου μπορεί να φορτωθεί στον θάλαμο αντίδρασης του κλιβάνου ανόπτησης για ανόπτηση ταυτόχρονα. Ο χρόνος ανόπτησης είναι συνήθως 20 έως 30 λεπτά, αλλά ο θάλαμος αντίδρασης χρειάζεται μεγαλύτερο χρόνο θέρμανσης για να φτάσει τη θερμοκρασία που απαιτείται από τη διαδικασία ανόπτησης.
Η διαδικασία του κλιβάνου κάθετης ανόπτησης υιοθετεί επίσης τη μέθοδο της ταυτόχρονης φόρτωσης μιας παρτίδας πλακών πυριτίου στον θάλαμο αντίδρασης του κλιβάνου ανόπτησης για επεξεργασία ανόπτησης. Ο θάλαμος αντίδρασης έχει μια κατακόρυφη διάταξη δομής, η οποία επιτρέπει στις γκοφρέτες πυριτίου να τοποθετούνται σε βάρκα χαλαζία σε οριζόντια κατάσταση.
Ταυτόχρονα, δεδομένου ότι το σκάφος χαλαζία μπορεί να περιστρέφεται ως σύνολο στον θάλαμο αντίδρασης, η θερμοκρασία ανόπτησης του θαλάμου αντίδρασης είναι ομοιόμορφη, η κατανομή θερμοκρασίας στο πλακίδιο πυριτίου είναι ομοιόμορφη και έχει εξαιρετικά χαρακτηριστικά ομοιομορφίας ανόπτησης. Ωστόσο, το κόστος διεργασίας του κλιβάνου κάθετης ανόπτησης είναι υψηλότερο από αυτό του κλιβάνου οριζόντιας ανόπτησης.
Ο κλίβανος ταχείας ανόπτησης χρησιμοποιεί μια λάμπα αλογόνου βολφραμίου για να θερμάνει απευθείας τη γκοφρέτα πυριτίου, η οποία μπορεί να επιτύχει ταχεία θέρμανση ή ψύξη σε ένα ευρύ φάσμα από 1 έως 250°C/s. Ο ρυθμός θέρμανσης ή ψύξης είναι ταχύτερος από αυτόν ενός παραδοσιακού κλιβάνου ανόπτησης. Χρειάζονται μόνο λίγα δευτερόλεπτα για να θερμανθεί η θερμοκρασία του θαλάμου αντίδρασης πάνω από τους 1100°C.
—————————————————————————————————————————————— ——
Το Semicera μπορεί να παρέχειμέρη γραφίτη,μαλακή/άκαμπτη τσόχα,μέρη καρβιδίου του πυριτίου, Μέρη καρβιδίου του πυριτίου CVD, καιΜέρη με επικάλυψη SiC/TaCμε πλήρη διαδικασία ημιαγωγών σε 30 ημέρες.
Εάν ενδιαφέρεστε για τα παραπάνω προϊόντα ημιαγωγών, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας την πρώτη φορά.
Τηλ: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Ώρα δημοσίευσης: Αυγ-26-2024