Получаване на единичен кристал силиций и първична обработка - studopediya

Силицият е основен материал, използван за производството на полупроводникови интегрални схеми. Това е относително лек материал (плътност 2,3 гр / см 3) сиво с точка на топене 1420 ° С Максималната температура на обработка не трябва да надвишава 1300 ° С, тъй като при по-високи температури на възможното деформиране на заготовката.

Изходният материал, използван за полупроводникови чипове, с висока чистота монокристален силиций имат съпротивление - 100 ома / см. Такова силиций, съдържащ един атом примеси 10 9 силициеви атоми. Той обикновено се нарича нелегирана или силиций с вътрешна проводимост.

Silica Si02, получен чрез редукция с въглерод в електрическа пещ. В този етап, силиций има чистота

98% и това не може да се използва за производство на полупроводникови интегрални схеми.

За чисти силициеви използвайки методи поплавък зона рафиниране и топене.

метод рафиниране зона (фиг. 1.4). Слитък крем-ЛИЗАЦИЯ 1 се поставя в графитна лодка 4. помия-schyu пръстеновиден електрически отопление високо Vatel 2 създава стопената зона 3 е равна на 0.1 дължината на блока. Тя преминава през блока със скорост от 0,1. 2 mm / мин. При преместване на зоната по примес материал ще се натрупват в течна фаза и се концентрира в края на блока, който след процеса на почистване се нарязва. Процесът се извършва в защитна атмосфера на азот N2.

За изисква силиций чистота е необходимо да повторите почистването на групата или да създаде някои разтопени райони.

поплавък топим метод (фигура 1.5). Силициевия слитък 2 е установено между горните и долните пръти 1 5 в запечатана вакуумната камера 6 напълнена с инертен газ. Топене на тясна лента от материал 3 е снабден с висока честота индукционна бобина 4. В резултат на това движение на индуктор от дъното нагоре, стопената зона се премества от единия край на блока за следващата. Освен това, горните и долните части на блок се въртят в противоположни посоки, което осигурява добро смесване на стопилката. Това улеснява движението на примеси се натрупват в горната част на блока, който след това се отстранява. При това пречистване стопен силиций не реагира с тигел материал, тъй като се отделя от потока от инертен газ. Недостатъкът е, ниска производителност, тъй като тя може да бъде създаден само един разтопена зона и на процеса на почистване трябва да се повтори много пъти.

Пречистеният материал трябва да бъдат получени като единичен кристал, тъй като интерфейс между отделните кристали и намаляване на мобилността на носители разграждат характеристиките на ИС.

метод Чохралски. Отглеждане силициев единичен кристал, произведени по метода на Czochralski (фигура 1.6). Определено количество от свръхчиста силиций, от която единичен кристал се получават заедно с подходяща смес се поставя в тигел 7 изработен от графит или кварц. тигел и силиций доза 6 са вътре в кварцов цилиндър 1 с инертен газ (обикновено аргон). За вход и изход осигурен тръба аргон 8 и 10. Сместа от силиций с примес материал, идващ през тръбата 9, се нагрява до стапяне при използване на висока честота индуктор 5.

След това температурата се стабилизира малко над нивото на силиций топене температура. След това стопилката се потапя праймер 3, което е много сложен и точно ориентирана силициев кристал. Семената за известно време остави в стопилката да изчезнат всички повърхностни дефекти. След това започва да се върти с помощта на патронника 2 и бавно се дърпа от стопилка. Чрез регулиране на скоростта и издърпване стопи температура, може да поддържа диаметър и съпротивление на нарастващото кристал 4 същество постоянна. При издърпване прът има допълнително почистване материал, тъй като онечистванията въртене топене в стопилката и посяване въртене подобрява кристалната структура, както е улеснено от движението на атома в съответните места на кристалната решетка. Липса на контакт със стените на тигела кристал отглеждане позволява да се получи равномерно легирани силициеви единични кристали с диаметър до 150 mm и дължина от 2 м.

Първоначална обработка смилане диаметър монокристален и рязане на плочата 200. дебелина 600 микрона, които се подлагат на механична и химична обработка за постигане на високо качество на работната повърхност (Rz<=0,05 мкм; неплоскостность <1 мкм на площади 1 см 2 ).

техники за обработка на силиций. Силиконовата има висока твърдост и крехкост, така конвенционални методи за обработка на неприемливо.

Рязане стоманена ламарина или тел с абразив от дълго време е основен метод за намаляване на слитъка в вафли, и само с въвеждането на диамантени дискове с вътрешен режещ ръб е приложена по-рядко.

Металната основа диск 2 (фигура 1.7) ПРОИЗВОДСТВО-желаят да се създаде неръждаема стомана с дебелина от 0,1. 0.2 мм. Режещата част 3 е наситен диамантени зърна (20 до 40 микрона). Режещото острие е фиксиран към барабана 1, който може да се върти около оста си. В блок 5 е фиксиран към дорника 4 смола лепило 7 и е ориентиран така, че режещият диск е монтиран строго определен начин. Плаката се прекъсва в резултат на праволинейно движение на слитък по отношение на въртящия се диск. След това заготовката се оттегля в първоначалната си позиция и се премества на разстояние равно на дебелината на плочата. След това, процесът на рязане се повтаря. За да премахнете продуктите рязане и премахване на топлината в рязане зона 6 се подава през охладител дюза (обикновено 5% разтвор на сода), което допринася за унищожаването на материала и отстраняване на топлина. Съвременните машини осигуряват точност дебелина плоча (± 20 микрона) и ниска повърхностна грапавост (Ra 0,63 микрона). След рязане, плаката се подлага на смилане и полиране и след това химически третирани.

Шлайфане вафла е необходимо да се получи желаната дебелина и паралелизъм на самолетите. Това премахва повърхностния слой на единичния кристал счупен при рязане на слитъка.

Плочата е полиран, първо с един и след това от другата страна на специален дорник към който е залепен със смес от восък с колофон. За по-пълно опорна нагряват дорник плочи се поставят в преса с гумено уплътнение и държани докато се охлади. Когато смилане на дорника има сложна въртене-постъпателно движение, което осигурява добри повърхностни плочи. По време на смилането се извършва непрекъснато захранване на суспензията. След обработване на едната страна на плочата залепени към полираната страна на дорника и от другата страна се обработва.

След смилане на повърхността на плочата е повредена повърхност слой, който се отстранява чрез полиране.

Предварителният полиране се извършва въз основа суспензия на диамантен прах с размер на частиците по-малък от 3 микрона. в тъкани материали (Batista и др.). Дебелината на жертвения слой е 2.5 микрона.

Крайният полирането се извършва с диамант микропрашинки размера на гранулите 1 микрон до велур. По-високо качество обработка осигурява химически механично полиране, където материал отстраняването от третираната повърхност се дължи главно на механично отстраняване резултат от химични реакции меки филми. Полиране суспензия или прилага от субмикронна кварцови прахове, гелове, алуминий, цирконий, суспендирани в решения, базирани на NaOH, КОН и др паркет, изработен от кожа или велур.

Контролните плаки след обработка се извършва на геометрична форма, дебелина механично повреден слой и грапавост на повърхността. Дебелината на плочите не трябва да се различава от номиналната стойност с повече от ± 3 микрона със средна дебелина 200 микрона. Ако големи отклонения в дебелината може да изисква пренастройване на оборудването в много операции на процеса.

Пречистване плочи. За да се отстранят примесите, получени по време на обработка, плаките са изложени на течност и химическо чистене.

Пречистване вафли и субстрати се извършва многократно, поради замърсяване може при всички последващи етапи на производствения процес на ИС.

За течен пречистване обезмасляване, ецване и изплакване.

Обезмасляване се провежда последователно в няколко различни решения са били за избор на разтворител, който премахва всички възможни замърсявания невъзможно. Отстраняването на растителни и животински мазнини, произведени в разтвори на водороден прекис, разтворител и сапун т. П. горещ разтвор пероксид амоняк се използва за химическо чистене. Много ефективно почистване в органични разтворители (бензин, етанол), но такива разтворители са токсични и запалими. Изключение е фреон, който е незапалим, нетоксичен и осигурява високо качество на почистване.

Ецване в киселинни и алкални форми се отстранява и замърсяване на повърхностния слой на субстрата. Електрохимично ецване се провежда в разтвори, съдържащи флуороводородна киселина. Такъв процес се нарича още електрополирана.

Изплакващи вафли и субстрати се прави след всеки етап на обезмасляване и ецване в ултрачиста дейонизирана вода.

За сухо отгряване пречистване, газ, йон и плазмено ецване. Тези методи за почистване премахване на използването на токсични химикали и са лесно автоматизирани.