ვაფლი არის ძირითადი ნედლეული ინტეგრირებული სქემების, დისკრეტული ნახევარგამტარული მოწყობილობებისა და ელექტრო მოწყობილობების წარმოებისთვის. ინტეგრირებული სქემების 90%-ზე მეტი დამზადებულია მაღალი სისუფთავის, მაღალი ხარისხის ვაფლებზე.
ვაფლის მოსამზადებელი მოწყობილობა გულისხმობს სუფთა პოლიკრისტალური სილიკონის მასალების გარკვეული დიამეტრისა და სიგრძის სილიკონის ერთკრისტალურ ღეროებად გადაქცევის პროცესს, შემდეგ კი სილიკონის ერთკრისტალური ღეროების მასალების მექანიკურ დამუშავებას, ქიმიურ დამუშავებას და სხვა პროცესებს.
მოწყობილობა, რომელიც აწარმოებს სილიკონის ვაფლებს ან ეპიტაქსიალურ სილიკონის ვაფლებს, რომლებიც აკმაყოფილებს გარკვეულ გეომეტრიულ სიზუსტეს და ზედაპირის ხარისხის მოთხოვნებს და უზრუნველყოფს ჩიპის წარმოებისთვის საჭირო სილიკონის სუბსტრატს.
200 მმ-ზე ნაკლები დიამეტრის სილიკონის ვაფლის მომზადების ტიპიური პროცესის ნაკადი არის:
ერთკრისტალური ზრდა → შეკვეცა → გარე დიამეტრის გაბრტყელება → დაჭრა → დაფქვა → დაფქვა → ფორმირება → მოპოვება → გაპრიალება → დასუფთავება → ეპიტაქსია → შეფუთვა და ა.შ.
300 მმ დიამეტრის სილიკონის ვაფლის მომზადების ძირითადი პროცესი შემდეგია:
ცალკრისტალური ზრდა → შეკვეცა → გარე დიამეტრის გაბრტყელება → დაჭრა → ჩახლეჩვა → ზედაპირის დაფქვა → გრავირება → კიდეების გაპრიალება → ორმხრივი გაპრიალება → ცალმხრივი გაპრიალება → საბოლოო გაწმენდა → ეპიტაქსია/ანილი → შეფუთვა და ა.შ.
1.სილიკონის მასალა
სილიციუმი არის ნახევარგამტარული მასალა, რადგან მას აქვს 4 ვალენტური ელექტრონი და სხვა ელემენტებთან ერთად არის პერიოდული ცხრილის IVA ჯგუფში.
სილიციუმში ვალენტური ელექტრონების რაოდენობა ათავსებს მას კარგ გამტარებელს (1 ვალენტური ელექტრონი) და იზოლატორს (8 ვალენტური ელექტრონი) შორის.
სუფთა სილიციუმი ბუნებაში არ მოიპოვება და უნდა მოიპოვოს და გაიწმინდოს, რათა საკმარისად სუფთა იყოს წარმოებისთვის. ის ჩვეულებრივ გვხვდება სილიციუმში (სილიციუმის ოქსიდი ან SiO2) და სხვა სილიკატებში.
SiO2-ის სხვა ფორმებს მიეკუთვნება მინა, უფერო ბროლი, კვარცი, აქატი და კატის თვალი.
პირველი მასალა, რომელიც გამოიყენებოდა ნახევარგამტარად, იყო გერმანიუმი 1940-იან და 1950-იანი წლების დასაწყისში, მაგრამ ის სწრაფად შეიცვალა სილიკონით.
სილიკონი აირჩიეს მთავარ ნახევარგამტარ მასალად ოთხი ძირითადი მიზეზის გამო:
სილიკონის მასალების სიმრავლე: სილიციუმი დედამიწაზე მეორე ყველაზე უხვი ელემენტია, რომელიც დედამიწის ქერქის 25%-ს შეადგენს.
სილიკონის მასალის უფრო მაღალი დნობის წერტილი იძლევა პროცესის უფრო ფართო ტოლერანტობას: სილიციუმის დნობის წერტილი 1412°C-ზე გაცილებით მაღალია ვიდრე გერმანიუმის დნობის წერტილი 937°C-ზე. უფრო მაღალი დნობის წერტილი სილიკონს საშუალებას აძლევს გაუძლოს მაღალტემპერატურულ პროცესებს.
სილიკონის მასალებს აქვთ უფრო ფართო ოპერაციული ტემპერატურის დიაპაზონი;
სილიციუმის ოქსიდის ბუნებრივი ზრდა (SiO2): SiO2 არის მაღალი ხარისხის, სტაბილური ელექტრო საიზოლაციო მასალა და მოქმედებს როგორც შესანიშნავი ქიმიური ბარიერი სილიციუმის დასაცავად გარე დაბინძურებისგან. ელექტრული სტაბილურობა მნიშვნელოვანია ინტეგრირებულ სქემებში მიმდებარე გამტარებს შორის გაჟონვის თავიდან ასაცილებლად. SiO2 მასალის სტაბილური თხელი ფენების გაზრდის უნარი ფუნდამენტურია მაღალი ხარისხის ლითონის ოქსიდის ნახევარგამტარული მოწყობილობების (MOS-FET) წარმოებისთვის. SiO2-ს აქვს სილიკონის მსგავსი მექანიკური თვისებები, რაც იძლევა მაღალტემპერატურულ დამუშავებას სილიციუმის ვაფლის გადაჭარბებული დეფორმირების გარეშე.
2.ვაფლის მომზადება
ნახევარგამტარული ვაფლები იჭრება ნაყარი ნახევარგამტარული მასალებისგან. ამ ნახევარგამტარ მასალას კრისტალური ღერო ეწოდება, რომელიც წარმოიქმნება პოლიკრისტალური და დაუმუშავებელი შინაგანი მასალის დიდი ბლოკისგან.
პოლიკრისტალური ბლოკის დიდ ერთ კრისტალად გარდაქმნას და მისთვის სწორი კრისტალური ორიენტაციისა და N- ან P ტიპის დოპინგის შესაბამისი რაოდენობის მიცემას კრისტალური ზრდა ეწოდება.
სილიციუმის ვაფლის მომზადებისთვის ერთკრისტალური სილიკონის შიგთავსის წარმოების ყველაზე გავრცელებული ტექნოლოგიებია ჩოხრალსკის მეთოდი და ზონის დნობის მეთოდი.
2.1 ჩოხრალსკის მეთოდი და ჩოხრალსკის ერთკრისტალური ღუმელი
Czochralski (CZ) მეთოდი, ასევე ცნობილი როგორც Czochralski (CZ) მეთოდი, ეხება მდნარი ნახევარგამტარული ხარისხის სილიკონის სითხის გადაქცევის პროცესს მყარ ერთკრისტალურ სილიკონის შიგთავსად სწორი ორიენტაციის მქონე და დოპირებული N-ტიპის ან P-ში. ტიპი.
ამჟამად, ერთკრისტალური სილიკონის 85%-ზე მეტი იზრდება ჩოხრალსკის მეთოდით.
ჩოხრალსკის ერთკრისტალური ღუმელი ეხება ტექნოლოგიურ მოწყობილობას, რომელიც დნება მაღალი სისუფთავის პოლისილიკონის მასალებს სითხეში გაცხელებით დახურულ მაღალ ვაკუუმში ან იშვიათი გაზის (ან ინერტული აირის) დამცავ გარემოში და შემდეგ აკრისტალიზებს მათ ერთკრისტალურ სილიკონის მასალებს გარკვეული გარედან. ზომები.
ერთკრისტალური ღუმელის მუშაობის პრინციპი არის პოლიკრისტალური სილიციუმის მასალის გადაკრისტალიზაციის ფიზიკური პროცესი თხევად მდგომარეობაში ერთკრისტალურ სილიკონის მასალად.
CZ ერთკრისტალური ღუმელი შეიძლება დაიყოს ოთხ ნაწილად: ღუმელის სხეული, მექანიკური გადამცემი სისტემა, გათბობის და ტემპერატურის კონტროლის სისტემა და გაზის გადამცემი სისტემა.
ღუმელის სხეული მოიცავს ღუმელის ღრუს, თესლის ბროლის ღერძს, კვარცის ჭურჭელს, დოპინგის კოვზს, თესლის ბროლის საფარს და დაკვირვების ფანჯარას.
ღუმელის ღრუ უნდა უზრუნველყოს, რომ ღუმელში ტემპერატურა თანაბრად ნაწილდება და შეუძლია სითბოს კარგად გაფანტვა; სათესლე ბროლის ლილვი გამოიყენება სათესლე კრისტალის გადასაადგილებლად ზევით და ქვევით და ბრუნვისთვის; მინარევები, რომლებიც საჭიროებს დოპინგს, მოთავსებულია დოპინგ კოვზში;
თესლის ბროლის საფარი არის თესლის კრისტალის დაბინძურებისგან დაცვა. მექანიკური გადამცემი სისტემა ძირითადად გამოიყენება თესლის ბროლისა და ჭურჭლის მოძრაობის გასაკონტროლებლად.
იმისათვის, რომ სილიციუმის ხსნარი არ იყოს დაჟანგული, ღუმელში ვაკუუმის ხარისხი უნდა იყოს ძალიან მაღალი, ზოგადად 5 Torr-ზე დაბალი, ხოლო დამატებული ინერტული აირის სისუფთავე უნდა იყოს 99,9999%-ზე მეტი.
ერთკრისტალური სილიკონის ნაჭერი სასურველი ბროლის ორიენტაციის მქონე გამოიყენება როგორც სათესლე კრისტალი სილიკონის ღეროს მოსაყვანად, ხოლო მოზრდილი სილიკონის ღვეზელი ჰგავს თესლის კრისტალის ასლს.
მდნარი სილიკონისა და ერთკრისტალური სილიციუმის თესლის კრისტალს შორის არსებული პირობები ზუსტად უნდა იყოს კონტროლირებადი. ეს პირობები უზრუნველყოფს, რომ სილიციუმის თხელ ფენას შეუძლია ზუსტად გაიმეოროს სათესლე კრისტალის სტრუქტურა და საბოლოოდ გადაიზარდოს დიდ ერთკრისტალურ სილიკონის ინგოტად.
2.2 ზონის დნობის მეთოდი და ზონის დნობის ერთკრისტალური ღუმელი
მცურავი ზონის მეთოდი (FZ) აწარმოებს ერთკრისტალურ სილიციუმის ინგოტებს ძალიან დაბალი ჟანგბადის შემცველობით. მცურავი ზონის მეთოდი შეიქმნა 1950-იან წლებში და შეუძლია შექმნას ყველაზე სუფთა ერთკრისტალური სილიკონი დღემდე.
ზონის დნობის ერთკრისტალური ღუმელი ეხება ღუმელს, რომელიც იყენებს ზონის დნობის პრინციპს, რათა წარმოქმნას ვიწრო დნობის ზონა პოლიკრისტალურ ღეროში პოლიკრისტალური ღუმელის სხეულის მაღალი ტემპერატურის ვიწრო დახურულ ზონაში მაღალ ვაკუუმში ან იშვიათი კვარცის მილის გაზში. დამცავი გარემო.
პროცესის მოწყობილობა, რომელიც მოძრაობს პოლიკრისტალურ ღეროს ან ღუმელის გამათბობელ სხეულს დნობის ზონის გადასაადგილებლად და თანდათანობით კრისტალიზაციას ერთ ბროლის ღეროში.
ზონის დნობის მეთოდით ერთკრისტალური ღეროების მომზადების მახასიათებელია ის, რომ პოლიკრისტალური ღეროების სისუფთავე შეიძლება გაუმჯობესდეს ერთკრისტალურ ღეროებად კრისტალიზაციის პროცესში, ხოლო ღეროების მასალების დოპინგური ზრდა უფრო ერთგვაროვანია.
ზონის დნობის ერთკრისტალური ღუმელების ტიპები შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: მცურავი ზონის დნობის ერთკრისტალური ღუმელები, რომლებიც ეყრდნობა ზედაპირულ დაძაბულობას და ჰორიზონტალური ზონის დნობის ერთკრისტალური ღუმელები. პრაქტიკულ პრაქტიკაში, ზონაში დნობის ერთკრისტალური ღუმელები ზოგადად იღებენ მცურავი ზონის დნობას.
ზონის დნობის ერთკრისტალური ღუმელი შეიძლება მოამზადოს მაღალი სისუფთავის დაბალი ჟანგბადის ერთკრისტალური სილიციუმი ჭურჭლის საჭიროების გარეშე. იგი ძირითადად გამოიყენება მაღალი რეზისტენტობის (>20kΩ·cm) ერთკრისტალური სილიციუმის მოსამზადებლად და დნობის ზონის სილიკონის გასაწმენდად. ეს პროდუქტები ძირითადად გამოიყენება დისკრეტული დენის მოწყობილობების წარმოებაში.
ზონის დნობის ერთკრისტალური ღუმელი შედგება ღუმელის კამერისგან, ზედა ლილვისა და ქვედა ლილვისგან (მექანიკური გადამცემი ნაწილი), ბროლის ღეროს ჩამკეტი, თესლის ბროლის ჩამკეტი, გათბობის კოჭი (მაღალი სიხშირის გენერატორი), გაზის პორტები (ვაკუუმური პორტი, გაზის შესასვლელი, გაზის ზედა გამოსასვლელი) და ა.შ.
ღუმელის კამერის სტრუქტურაში მოწყობილია გამაგრილებელი წყლის მიმოქცევა. ერთკრისტალური ღუმელის ზედა ლილვის ქვედა ბოლო არის ბროლის ღეროს ჩაკი, რომელიც გამოიყენება პოლიკრისტალური ღეროს დასამაგრებლად; ქვედა ლილვის ზედა ბოლო არის სათესლე კრისტალური ჩაკი, რომელიც გამოიყენება სათესლე კრისტალის დასამაგრებლად.
გათბობის კოჭს მიეწოდება მაღალი სიხშირის ელექტრომომარაგება, ქვედა ბოლოდან დაწყებული პოლიკრისტალური ღეროში წარმოიქმნება ვიწრო დნობის ზონა. ამავდროულად, ზედა და ქვედა ღერძი ბრუნავს და ეშვება, ისე, რომ დნობის ზონა კრისტალიზდება ერთ კრისტალად.
ზონის დნობის ერთკრისტალური ღუმელის უპირატესობები ისაა, რომ მას შეუძლია არა მხოლოდ გააუმჯობესოს მომზადებული ერთკრისტალის სისუფთავე, არამედ ღეროს დოპინგის ზრდა უფრო ერთგვაროვანი გახადოს და ერთკრისტალური ღერო შეიძლება გაიწმინდოს მრავალი პროცესით.
ზონის დნობის ერთკრისტალური ღუმელის უარყოფითი მხარეა პროცესის მაღალი ღირებულება და მომზადებული ერთკრისტალის მცირე დიამეტრი. ამჟამად, ერთი ბროლის მაქსიმალური დიამეტრი, რომელიც შეიძლება მომზადდეს, არის 200 მმ.
ერთკრისტალური ღუმელის დნობის ზონის მთლიანი სიმაღლე შედარებით მაღალია, ხოლო ზედა და ქვედა ღერძების დარტყმა შედარებით გრძელია, ამიტომ უფრო გრძელი ერთკრისტალური წნელები შეიძლება გაიზარდოს.
3. ვაფლის დამუშავება და აღჭურვილობა
ბროლის წნელმა უნდა გაიაროს მთელი რიგი პროცესები, რათა შეიქმნას სილიკონის სუბსტრატი, რომელიც აკმაყოფილებს ნახევარგამტარული წარმოების მოთხოვნებს, კერძოდ, ვაფლის. დამუშავების ძირითადი პროცესია:
გახეხვა, ჭრა, დაჭრა, ვაფლის გამოფხვიერება, დაფქვა, დაფქვა, გაპრიალება, გაწმენდა და შეფუთვა და ა.შ.
3.1 ვაფლის ანილირება
პოლიკრისტალური სილიციუმის და ჩოხრალსკის სილიკონის წარმოების პროცესში, ერთკრისტალური სილიციუმი შეიცავს ჟანგბადს. გარკვეულ ტემპერატურაზე, ერთკრისტალურ სილიკონში ჟანგბადი გადასცემს ელექტრონებს, ხოლო ჟანგბადი გარდაიქმნება ჟანგბადის დონორებად. ეს ელექტრონები გაერთიანდება სილიკონის ვაფლის მინარევებისაგან და გავლენას მოახდენს სილიკონის ვაფლის წინაღობაზე.
ანეილირების ღუმელი: ეხება ღუმელს, რომელიც ზრდის ღუმელში ტემპერატურას 1000-1200°C-მდე წყალბადის ან არგონის გარემოში. სითბოს და გაგრილების შენარჩუნებით, ჟანგბადი გაპრიალებული სილიკონის ვაფლის ზედაპირთან ახლოს აორთქლდება და ამოღებულია მისი ზედაპირიდან, რაც იწვევს ჟანგბადის ნალექს და ფენას.
დამუშავების მოწყობილობა, რომელიც ხსნის მიკრო დეფექტებს სილიკონის ვაფლის ზედაპირზე, ამცირებს მინარევების რაოდენობას სილიკონის ვაფლის ზედაპირთან, ამცირებს დეფექტებს და ქმნის შედარებით სუფთა ადგილს სილიკონის ვაფლის ზედაპირზე.
ანეილირების ღუმელს ასევე უწოდებენ მაღალტემპერატურულ ღუმელს მისი მაღალი ტემპერატურის გამო. ინდუსტრია ასევე უწოდებს სილიკონის ვაფლის ანეილირების პროცესს.
სილიკონის ვაფლის ანეილის ღუმელი იყოფა:
-ჰორიზონტალური ანეილირების ღუმელი;
-ვერტიკალური ანეილირების ღუმელი;
-სწრაფი ანეილირების ღუმელი.
ძირითადი განსხვავება ჰორიზონტალურ ადუღებულ ღუმელსა და ვერტიკალურ ადუღებულ ღუმელს შორის არის რეაქციის კამერის განლაგების მიმართულება.
ჰორიზონტალური ანეილირების ღუმელის რეაქციის კამერა ჰორიზონტალურად არის სტრუქტურირებული და სილიკონის ვაფლის პარტია შეიძლება ჩაიტვირთოს ანეილირების ღუმელის სარეაქციო პალატაში იმავდროულად ანეილისთვის. დუღილის დრო ჩვეულებრივ 20-დან 30 წუთამდეა, მაგრამ რეაქციის პალატას სჭირდება უფრო ხანგრძლივი გაცხელების დრო, რათა მიაღწიოს დუღილის პროცესისთვის საჭირო ტემპერატურას.
ვერტიკალური ანეილირების ღუმელის პროცესი ასევე იყენებს სილიკონის ვაფლის ჯგუფის ერთდროულად ჩატვირთვის მეთოდს ანეილირების ღუმელის რეაქციის პალატაში ანეილირების დამუშავებისთვის. რეაქციის კამერას აქვს ვერტიკალური სტრუქტურის განლაგება, რაც საშუალებას აძლევს სილიკონის ვაფლის მოთავსებას კვარცის ნავში ჰორიზონტალურ მდგომარეობაში.
ამავდროულად, ვინაიდან კვარცის ნავს შეუძლია მთლიანად ბრუნოს რეაქციის პალატაში, რეაქციის კამერის ანეილირების ტემპერატურა ერთგვაროვანია, სილიკონის ვაფლზე ტემპერატურის განაწილება ერთგვაროვანია და მას აქვს შესანიშნავი ანეილირების ერთგვაროვნების მახასიათებლები. თუმცა, ვერტიკალური ანეილირების ღუმელის პროცესის ღირებულება უფრო მაღალია, ვიდრე ჰორიზონტალური ღუმელისა.
სწრაფი დუღილის ღუმელი იყენებს ჰალოგენურ ვოლფრამის ნათურას სილიკონის ვაფლის პირდაპირ გასათბობად, რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს სწრაფ გათბობას ან გაგრილებას 1-დან 250°C/წმ-მდე ფართო დიაპაზონში. გათბობის ან გაგრილების სიჩქარე უფრო სწრაფია, ვიდრე ტრადიციული ანეილირების ღუმელი. რეაქციის პალატის ტემპერატურის 1100°C-მდე გაცხელებას მხოლოდ რამდენიმე წამი სჭირდება.
———————————————————————————————————————————— ---
Semicera შეუძლია უზრუნველყოსგრაფიტის ნაწილები,რბილი/ხისტი იგრძნობა,სილიციუმის კარბიდის ნაწილები, CVD სილიციუმის კარბიდის ნაწილები, დაSiC/TaC დაფარული ნაწილებისრული ნახევარგამტარული პროცესით 30 დღეში.
თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ ზემოაღნიშნული ნახევარგამტარული პროდუქტებით, გთხოვთ, ნუ მოგერიდებათ დაგვიკავშირდეთ პირველად.
ტელ: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
გამოქვეყნების დრო: აგვისტო-26-2024