Վաֆլիները ինտեգրալային սխեմաների, դիսկրետ կիսահաղորդչային սարքերի և ուժային սարքերի արտադրության հիմնական հումքն են: Ինտեգրալ սխեմաների ավելի քան 90%-ը պատրաստված է բարձր մաքրության, բարձրորակ վաֆլիների վրա:
Վաֆլի պատրաստման սարքավորումը վերաբերում է մաքուր պոլիբյուրեղային սիլիցիումային նյութերը որոշակի տրամագծով և երկարությամբ սիլիկոնային միաբյուրեղաձողով նյութերի վերածելու գործընթացին, այնուհետև սիլիցիումային միաբյուրեղաձողով նյութերը ենթարկում են մի շարք մեխանիկական մշակման, քիմիական մշակման և այլ գործընթացների:
Սարքավորումներ, որոնք արտադրում են սիլիկոնային վաֆլիներ կամ էպիտաքսիալ սիլիցիումային վաֆլիներ, որոնք համապատասխանում են որոշակի երկրաչափական ճշգրտության և մակերեսի որակի պահանջներին և ապահովում են չիպերի արտադրության համար անհրաժեշտ սիլիցիումային ենթաշերտը:
200 մմ-ից պակաս տրամագծով սիլիկոնային վաֆլի պատրաստման տիպիկ գործընթացի հոսքը հետևյալն է.
Մեկ բյուրեղյա աճ → կտրում → արտաքին տրամագծով գլորում → կտրատում → փորում → մանրացում → փորագրում → ստացում → փայլեցում → մաքրում → էպիտաքսիա → փաթեթավորում և այլն։
300 մմ տրամագծով սիլիկոնային վաֆլի պատրաստման հիմնական գործընթացի հոսքը հետևյալն է.
Միաբյուրեղային աճ → հատում → արտաքին տրամագծով գլորում → կտրատում → շեղում → մակերևույթի մանրացում → փորագրում → եզրերի փայլեցում → երկկողմանի փայլեցում → միակողմանի փայլեցում → վերջնական մաքրում → էպիտաքսիա/կռում → փաթեթավորում և այլն։
1.Սիլիկոնային նյութ
Սիլիցիումը կիսահաղորդչային նյութ է, քանի որ այն ունի 4 վալենտային էլեկտրոն և այլ տարրերի հետ միասին գտնվում է պարբերական համակարգի IVA խմբում։
Սիլիցիումի վալենտային էլեկտրոնների քանակը այն դնում է լավ հաղորդիչի (1 վալենտային էլեկտրոն) և մեկուսիչի (8 վալենտային էլեկտրոն) միջև։
Մաքուր սիլիցիումը բնության մեջ չկա, և այն պետք է արդյունահանվի և զտվի, որպեսզի այն բավականաչափ մաքուր լինի արտադրության համար: Այն սովորաբար հանդիպում է սիլիցիումի (սիլիկոնի օքսիդ կամ SiO2) և այլ սիլիկատներում։
SiO2-ի այլ ձևերը ներառում են ապակին, անգույն բյուրեղը, քվարցը, ագատը և կատվի աչքը:
Առաջին նյութը, որն օգտագործվում էր որպես կիսահաղորդիչ, գերմանիումն էր 1940-ականներին և 1950-ականների սկզբին, բայց այն արագորեն փոխարինվեց սիլիցիումով:
Սիլիկոնն ընտրվել է որպես հիմնական կիսահաղորդչային նյութ չորս հիմնական պատճառով.
Սիլիկոնային նյութերի առատությունՍիլիկոնը երկրորդ ամենաառատ տարրն է Երկրի վրա, որը կազմում է Երկրի ընդերքի 25%-ը:
Սիլիցիումի նյութի ավելի բարձր հալման կետը թույլ է տալիս գործընթացի ավելի լայն հանդուրժողականությունՍիլիցիումի հալման կետը 1412°C-ում շատ ավելի բարձր է, քան գերմանիումի հալման կետը 937°C-ում: Ավելի բարձր հալման կետը թույլ է տալիս սիլիցիումին դիմակայել բարձր ջերմաստիճանի գործընթացներին:
Սիլիկոնային նյութերն ունեն ավելի լայն աշխատանքային ջերմաստիճանի տիրույթ;
Սիլիցիումի օքսիդի բնական աճը (SiO2)SiO2-ը բարձրորակ, կայուն էլեկտրական մեկուսիչ նյութ է և հանդես է գալիս որպես հիանալի քիմիական արգելք՝ պաշտպանելու սիլիցիումը արտաքին աղտոտումից: Էլեկտրական կայունությունը կարևոր է ինտեգրալային սխեմաների հարակից հաղորդիչների միջև արտահոսքից խուսափելու համար: SiO2 նյութի կայուն բարակ շերտեր աճեցնելու ունակությունը հիմնարար նշանակություն ունի բարձր արդյունավետությամբ մետաղական օքսիդ կիսահաղորդչային սարքերի (MOS-FET) արտադրության համար: SiO2-ն ունի սիլիցիումի նման մեխանիկական հատկություններ, ինչը թույլ է տալիս վերամշակել բարձր ջերմաստիճանում` առանց սիլիցիումի վաֆլի ավելորդ աղավաղման:
2. Վաֆլի պատրաստում
Կիսահաղորդչային վաֆլիները կտրված են զանգվածային կիսահաղորդչային նյութերից: Այս կիսահաղորդչային նյութը կոչվում է բյուրեղյա ձող, որն աճեցվում է բազմաբյուրեղ և չմշակված ներքին նյութի մեծ բլոկում:
Բազմաբյուրեղային բլոկը մեծ մեկ բյուրեղի վերածելը և նրան բյուրեղային ճիշտ կողմնորոշում տալը և N-տիպի կամ P-ի դոպինգի համապատասխան քանակությունը կոչվում է բյուրեղային աճ:
Սիլիցիումային վաֆլի պատրաստման համար մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի ձուլակտորների արտադրության ամենատարածված տեխնոլոգիաներն են Չոխրալսկու մեթոդը և գոտիների հալման մեթոդը:
2.1 Czochralski մեթոդ և Czochralski մեկ բյուրեղյա վառարան
Չոխրալսկու (CZ) մեթոդը, որը նաև հայտնի է որպես Չոխրալսկի (CZ) մեթոդ, վերաբերում է հալված կիսահաղորդչային կարգի սիլիցիումի հեղուկը պինդ միաբյուրեղ սիլիցիումի ձուլակտորների վերածելու գործընթացին, որոնք ունեն ճիշտ բյուրեղային կողմնորոշում և ներկված N-տիպի կամ P-ի: տեսակը։
Ներկայումս մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի 85%-ից ավելին աճեցվում է Չոխրալսկու մեթոդով:
Czochralski մեկ բյուրեղյա վառարանը վերաբերում է գործընթացային սարքավորմանը, որը հալեցնում է բարձր մաքրության պոլիսիլիկոնային նյութերը հեղուկ՝ տաքացնելով փակ բարձր վակուումում կամ հազվագյուտ գազով (կամ իներտ գազով) պաշտպանական միջավայրում, այնուհետև վերաբյուրեղացնում է դրանք՝ ձևավորելով միաբյուրեղային սիլիցիումային նյութեր որոշակի արտաքինով: չափերը.
Մեկ բյուրեղյա վառարանի աշխատանքի սկզբունքը պոլիբյուրեղային սիլիցիումի նյութի վերաբյուրեղացման ֆիզիկական գործընթացն է հեղուկ վիճակում մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի նյութի վերածելու համար:
CZ մեկ բյուրեղյա վառարանը կարելի է բաժանել չորս մասի՝ վառարանի մարմին, մեխանիկական փոխանցման համակարգ, ջեռուցման և ջերմաստիճանի կառավարման համակարգ և գազի փոխանցման համակարգ:
Վառարանի մարմինը ներառում է վառարանի խոռոչ, սերմերի բյուրեղային առանցք, քվարցային կարաս, դոպինգ գդալ, սերմերի բյուրեղյա ծածկ և դիտման պատուհան:
Վառարանի խոռոչը պետք է ապահովի, որ վառարանում ջերմաստիճանը հավասարաչափ բաշխվի և կարողանա լավ ցրել ջերմությունը. սերմերի բյուրեղյա լիսեռը օգտագործվում է սերմերի բյուրեղը շարժելու և պտտվելու համար. դոպինգի կարիք ունեցող կեղտերը տեղադրվում են դոպինգի գդալի մեջ.
Սերմերի բյուրեղյա ծածկույթը պետք է պաշտպանի սերմերի բյուրեղը աղտոտումից: Մեխանիկական փոխանցման համակարգը հիմնականում օգտագործվում է սերմացուի բյուրեղի և կարասի շարժումը վերահսկելու համար:
Որպեսզի սիլիցիումի լուծույթը չօքսիդանա, վառարանում վակուումային աստիճանը պետք է լինի շատ բարձր՝ հիմնականում 5 Torr-ից ցածր, իսկ ավելացված իներտ գազի մաքրությունը պետք է լինի 99,9999%-ից բարձր:
Ցանկալի բյուրեղային կողմնորոշմամբ մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի մի կտոր օգտագործվում է որպես սերմերի բյուրեղ՝ սիլիցիումի ձուլակտոր աճեցնելու համար, իսկ աճեցված սիլիցիումի ձուլակը նման է սերմերի բյուրեղի կրկնօրինակին:
Հալած սիլիցիումի և մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի սերմերի բյուրեղի միջերեսի պայմանները պետք է ճշգրիտ վերահսկվեն: Այս պայմանները ապահովում են, որ սիլիցիումի բարակ շերտը կարող է ճշգրիտ կերպով կրկնօրինակել սերմերի բյուրեղի կառուցվածքը և ի վերջո վերածվել մեծ մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի ձուլակտորի:
2.2 Գոտու հալման մեթոդ և գոտի հալման մեկ բյուրեղյա վառարան
Լողացող գոտու մեթոդը (FZ) արտադրում է միաբյուրեղյա սիլիցիումի ձուլակտորներ՝ շատ ցածր թթվածնի պարունակությամբ: Լողացող գոտու մեթոդը մշակվել է 1950-ականներին և կարող է արտադրել մինչ օրս ամենամաքուր մեկ բյուրեղյա սիլիցիումը:
Գոտու հալման մեկ բյուրեղյա վառարանը վերաբերում է վառարանին, որն օգտագործում է գոտու հալման սկզբունքը՝ պոլիբյուրեղային ձողում նեղ հալման գոտի ստեղծելու համար պոլիբյուրեղային գավազանով վառարանի մարմնի բարձր ջերմաստիճանի նեղ փակ հատվածի միջով բարձր վակուումային կամ հազվագյուտ քվարցային խողովակի գազով։ պաշտպանական միջավայր։
Գործընթացային սարքավորում, որը շարժում է բազմաբյուրեղ ձողը կամ վառարանի տաքացնող մարմինը, որպեսզի տեղափոխի հալման գոտին և աստիճանաբար բյուրեղացնի այն մեկ բյուրեղյա ձողի:
Գոտու հալման մեթոդով մեկ բյուրեղյա ձողեր պատրաստելու առանձնահատկությունն այն է, որ բազմաբյուրեղ ձողերի մաքրությունը կարող է բարելավվել մեկ բյուրեղյա ձողերի բյուրեղացման գործընթացում, և ձողերի նյութերի դոպինգային աճը ավելի միատեսակ է:
Գոտու հալման մեկ բյուրեղյա վառարանների տեսակները կարելի է բաժանել երկու տեսակի՝ լողացող գոտու հալման մեկ բյուրեղյա վառարաններ, որոնք հիմնված են մակերևութային լարվածության վրա և հորիզոնական գոտու հալման մեկ բյուրեղյա վառարաններ: Գործնական կիրառություններում գոտիային հալման մեկ բյուրեղյա վառարանները սովորաբար ընդունում են լողացող գոտու հալեցումը:
Գոտու հալման մեկ բյուրեղյա վառարանը կարող է պատրաստել բարձր մաքրության ցածր թթվածինով միաբյուրեղ սիլիցիում` առանց խառնարանի անհրաժեշտության: Այն հիմնականում օգտագործվում է բարձր դիմադրողականությամբ (>20kΩ·սմ) մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի պատրաստման և հալվող գոտում սիլիցիումի մաքրման համար: Այս ապրանքները հիմնականում օգտագործվում են դիսկրետ ուժային սարքերի արտադրության մեջ:
Գոտու հալման մեկ բյուրեղյա վառարանը բաղկացած է վառարանի խցիկից, վերին լիսեռից և ստորին լիսեռից (մեխանիկական փոխանցման մաս), բյուրեղյա ձողաձողից, սերմերի բյուրեղյա կցորդից, ջեռուցման կծիկից (բարձր հաճախականության գեներատոր), գազի պորտերից (վակուումային միացք, գազի մուտք, գազի վերին ելք) և այլն:
Վառարանների խցիկի կառուցվածքում կազմակերպվում է հովացման ջրի շրջանառություն: Մեկ բյուրեղյա վառարանի վերին լիսեռի ստորին ծայրը բյուրեղյա ձողաձող է, որն օգտագործվում է բազմաբյուրեղ ձողը սեղմելու համար. ներքևի լիսեռի վերին ծայրը սերմերի բյուրեղյա ճարմանդ է, որն օգտագործվում է սերմերի բյուրեղը սեղմելու համար:
Ջեռուցման կծիկին մատակարարվում է բարձր հաճախականության էլեկտրամատակարարում, իսկ ստորին ծայրից սկսած բազմաբյուրեղ ձողի մեջ ձևավորվում է նեղ հալման գոտի։ Միևնույն ժամանակ, վերին և ստորին առանցքները պտտվում և իջնում են, այնպես որ հալման գոտին բյուրեղացվում է մեկ բյուրեղի մեջ:
Գոտու հալման մեկ բյուրեղյա վառարանի առավելություններն այն են, որ այն կարող է ոչ միայն բարելավել պատրաստված մեկ բյուրեղի մաքրությունը, այլև ձողերի դոպինգի աճը ավելի միատեսակ դարձնել, և մեկ բյուրեղյա ձողը կարող է մաքրվել բազմաթիվ գործընթացների միջոցով:
Գոտու հալման մեկ բյուրեղյա վառարանի թերությունները գործընթացի բարձր ծախսերն են և պատրաստված մեկ բյուրեղի փոքր տրամագիծը: Ներկայումս պատրաստվող մեկ բյուրեղի առավելագույն տրամագիծը 200 մմ է:
Գոտու հալման մեկ բյուրեղյա վառարանի սարքավորումների ընդհանուր բարձրությունը համեմատաբար բարձր է, իսկ վերին և ստորին առանցքների հարվածը համեմատաբար երկար է, ուստի կարելի է ավելի երկար մեկ բյուրեղյա ձողեր աճեցնել:
3. Վաֆլի մշակում և սարքավորում
Բյուրեղյա ձողը պետք է անցնի մի շարք պրոցեսների միջով, որպեսզի ձևավորի սիլիկոնային հիմք, որը համապատասխանում է կիսահաղորդիչների արտադրության պահանջներին, մասնավորապես՝ վաֆլի: Մշակման հիմնական գործընթացը հետևյալն է.
Շրջել, կտրել, կտրատել, վաֆլի կռել, շաղ տալ, մանրացնել, փայլեցնել, մաքրել և փաթեթավորել և այլն:
3.1 Վաֆլի կռում
Բազմաբյուրեղային սիլիցիումի և Չոխրալսկի սիլիցիումի արտադրության գործընթացում մեկ բյուրեղյա սիլիցիումը պարունակում է թթվածին: Որոշակի ջերմաստիճանում մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի թթվածինը էլեկտրոններ կտա, իսկ թթվածինը կվերածվի թթվածնի դոնորների: Այս էլեկտրոնները կմիավորվեն սիլիկոնային վաֆլի կեղտերի հետ և կազդեն սիլիցիումային վաֆլի դիմադրողականության վրա:
Հալեցնող վառարան. վերաբերում է վառարանին, որը բարձրացնում է ջերմաստիճանը վառարանում մինչև 1000-1200°C ջրածնի կամ արգոնի միջավայրում: Ջերմանալով և սառչելով՝ հղկված սիլիկոնային վաֆլի մակերևույթի մոտ գտնվող թթվածինը ցնդվում և հեռացվում է դրա մակերեսից՝ առաջացնելով թթվածնի նստվածք և շերտավորում:
Գործընթացային սարքավորումներ, որոնք լուծում են սիլիցիումային վաֆլիների մակերեսի միկրո թերությունները, նվազեցնում են սիլիցիումային վաֆլիների մակերեսի մոտ կեղտերի քանակը, նվազեցնում են թերությունները և կազմում են համեմատաբար մաքուր տարածք սիլիցիումային վաֆլիների մակերեսին:
Կառուցվող վառարանը կոչվում է նաև բարձր ջերմաստիճանի վառարան՝ իր բարձր ջերմաստիճանի պատճառով: Արդյունաբերությունը նաև անվանում է սիլիցիումային վաֆլի եռացման գործընթացը՝ ստանալով:
Սիլիկոնային վաֆլի հալման վառարանը բաժանված է.
- Հորիզոնական կռելու վառարան;
- Ուղղահայաց կռվող վառարան;
- Արագ կռվող վառարան:
Հորիզոնական հալման վառարանի և ուղղահայաց հալման վառարանի հիմնական տարբերությունը ռեակցիայի խցիկի դասավորության ուղղությունն է:
Հորիզոնական եռացման վառարանի ռեակցիայի խցիկը հորիզոնական կառուցվածքով է, և սիլիցիումային վաֆլիների խմբաքանակը կարող է բեռնվել զտման վառարանի ռեակցիայի խցիկի մեջ՝ միաժամանակ զտելու համար: Կառուցման ժամանակը սովորաբար 20-ից 30 րոպե է, սակայն ռեակցիայի խցիկին ավելի երկար տաքացման ժամանակ է պետք, որպեսզի հասնի եռացման գործընթացի համար պահանջվող ջերմաստիճանին:
Ուղղահայաց եռացման վառարանի գործընթացը նաև ընդունում է սիլիցիումային վաֆլիների խմբաքանակը միաժամանակ բեռնելու մեթոդը զտման վառարանի ռեակցիայի խցիկի մեջ՝ զտման բուժման համար: Ռեակցիոն խցիկը ունի ուղղահայաց կառուցվածքի դասավորություն, որը թույլ է տալիս սիլիկոնային վաֆլիները հորիզոնական վիճակում տեղադրվել քվարցային նավակի մեջ:
Միևնույն ժամանակ, քանի որ քվարցային նավը կարող է ամբողջությամբ պտտվել ռեակցիայի խցիկում, ռեակցիայի խցիկի եռացման ջերմաստիճանը միատեսակ է, սիլիցիումի վաֆլի վրա ջերմաստիճանի բաշխումը միատեսակ է, և այն ունի եռացման հիանալի միատեսակ բնութագրեր: Այնուամենայնիվ, ուղղահայաց հալման վառարանի գործընթացի արժեքը ավելի բարձր է, քան հորիզոնական եռացման վառարանը:
Արագ եռացող վառարանը օգտագործում է հալոգեն վոլֆրամի լամպ՝ ուղղակիորեն տաքացնելու սիլիկոնային վաֆլի, որը կարող է արագ տաքացնել կամ սառեցնել 1-ից մինչև 250°C/վրկ լայն տիրույթում: Ջեռուցման կամ հովացման արագությունն ավելի արագ է, քան ավանդական եռացման վառարանը: Ընդամենը մի քանի վայրկյան է պահանջվում ռեակցիայի խցիկի ջերմաստիճանը 1100°C-ից բարձր տաքացնելու համար:
—————————————————————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera-ն կարող է ապահովելգրաֆիտի մասեր,փափուկ/կոշտ զգացողություն,սիլիցիումի կարբիդի մասեր, CVD սիլիցիումի կարբիդի մասեր, ևSiC/TaC պատված մասերամբողջական կիսահաղորդչային պրոցեսով 30 օրում։
Եթե դուք հետաքրքրված եք վերը նշված կիսահաղորդչային արտադրանքներով, խնդրում ենք մի հապաղեք կապվել մեզ հետ առաջին անգամ:
Հեռ՝ +86-13373889683
WhatsAPP՝ +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Հրապարակման ժամանակը՝ օգոստոսի 26-2024