वेफर्सहरू एकीकृत सर्किटहरू, अलग सेमीकन्डक्टर उपकरणहरू र पावर उपकरणहरूको उत्पादनका लागि मुख्य कच्चा माल हुन्। 90% भन्दा बढी एकीकृत सर्किटहरू उच्च-शुद्धता, उच्च-गुणस्तरको वेफरहरूमा बनाइन्छ।
वेफर तयारी उपकरणले एक निश्चित व्यास र लम्बाइको सिलिकन एकल क्रिस्टल रड सामग्रीमा शुद्ध पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकन सामग्री बनाउने प्रक्रियालाई बुझाउँछ, र त्यसपछि सिलिकन एकल क्रिस्टल रड सामग्रीलाई मेकानिकल प्रशोधन, रासायनिक उपचार र अन्य प्रक्रियाहरूको श्रृंखलामा अधीनमा राख्छ।
उपकरण जसले सिलिकन वेफर्स वा एपिटेक्सियल सिलिकन वेफरहरू उत्पादन गर्दछ जसले निश्चित ज्यामितीय शुद्धता र सतह गुणस्तर आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ र चिप निर्माणको लागि आवश्यक सिलिकन सब्सट्रेट प्रदान गर्दछ।
200 मिमी भन्दा कम व्यास संग सिलिकन वेफर्स को तयारी को लागि विशिष्ट प्रक्रिया प्रवाह हो:
एकल क्रिस्टल ग्रोथ → ट्रंकेसन → बाहिरी व्यास रोलिङ → स्लाइसिङ → च्याम्फरिङ → ग्राइंडिङ → एचिङ → गेटरिङ → पॉलिशिङ → क्लिनिङ → एपिटेक्सी → प्याकेजिङ, इत्यादि।
300 मिमी को व्यास संग सिलिकन वेफर्स को तयारी को लागि मुख्य प्रक्रिया प्रवाह निम्नानुसार छ:
एकल क्रिस्टल ग्रोथ → ट्रंकेसन → बाहिरी व्यास रोलिङ → स्लाइसिङ → च्याम्फरिङ → सतह ग्राइन्डिङ → एचिङ → एज पालिशिङ → डबल-साइड पालिशिङ → सिंगल साइडेड पालिशिङ → अन्तिम सफाई → एपिटेक्सी/एनिलिङ → प्याकेजिङ इत्यादि।
1. सिलिकन सामग्री
सिलिकन एक अर्धचालक सामग्री हो किनभने यसमा 4 भ्यालेन्स इलेक्ट्रोनहरू छन् र अन्य तत्वहरूसँग आवधिक तालिकाको समूह IVA मा छ।
सिलिकनमा भ्यालेन्स इलेक्ट्रोनहरूको संख्याले यसलाई राम्रो कन्डक्टर (1 भ्यालेन्स इलेक्ट्रोन) र इन्सुलेटर (8 भ्यालेन्स इलेक्ट्रोन) बीचमा राख्छ।
शुद्ध सिलिकन प्रकृतिमा पाइँदैन र यसलाई उत्पादनको लागि पर्याप्त शुद्ध बनाउन निकाल्न र शुद्ध गर्नुपर्छ। यो सामान्यतया सिलिका (सिलिकन अक्साइड वा SiO2) र अन्य सिलिकेटहरूमा पाइन्छ।
SiO2 का अन्य रूपहरूमा गिलास, रंगहीन क्रिस्टल, क्वार्ट्ज, एगेट र बिरालोको आँखा समावेश छ।
सेमीकन्डक्टरको रूपमा प्रयोग गरिएको पहिलो सामग्री 1940 र 1950 को शुरुमा जर्मेनियम थियो, तर यो चाँडै सिलिकन द्वारा प्रतिस्थापित भयो।
सिलिकनलाई मुख्य अर्धचालक सामग्रीको रूपमा चार मुख्य कारणहरूका लागि छानिएको थियो:
सिलिकन सामग्रीको प्रचुरता: सिलिकन पृथ्वीमा दोस्रो सबैभन्दा प्रचुर मात्रामा तत्व हो, पृथ्वीको क्रस्टको 25% हो।
सिलिकन सामग्रीको उच्च पिघलने बिन्दुले फराकिलो प्रक्रिया सहिष्णुतालाई अनुमति दिन्छ: 1412 डिग्री सेल्सियसमा सिलिकनको पग्लने बिन्दु 937 डिग्री सेल्सियसमा जर्मेनियमको पग्लने बिन्दु भन्दा धेरै उच्च छ। उच्च पिघलने बिन्दुले सिलिकनलाई उच्च-तापमान प्रक्रियाहरू सामना गर्न अनुमति दिन्छ।
सिलिकन सामग्रीको फराकिलो परिचालन तापमान दायरा छ;
सिलिकन अक्साइडको प्राकृतिक वृद्धि (SiO2): SiO2 एक उच्च गुणस्तरको, स्थिर विद्युतीय इन्सुलेट सामग्री हो र सिलिकनलाई बाह्य प्रदूषणबाट जोगाउन उत्कृष्ट रासायनिक बाधाको रूपमा कार्य गर्दछ। एकीकृत सर्किटहरूमा छेउछाउका कन्डक्टरहरू बीच चुहावटबाट बच्न विद्युतीय स्थिरता महत्त्वपूर्ण छ। SiO2 सामग्रीको स्थिर पातलो तहहरू बढाउने क्षमता उच्च-प्रदर्शन मेटल-अक्साइड सेमीकन्डक्टर (MOS-FET) उपकरणहरूको निर्माणको लागि आधारभूत छ। SiO2 सँग सिलिकनसँग मिल्दोजुल्दो मेकानिकल गुणहरू छन्, जसले अत्यधिक सिलिकन वेफर वार्पिङ बिना उच्च-तापमान प्रशोधन गर्न अनुमति दिन्छ।
2. वेफर तयारी
सेमीकन्डक्टर वेफरहरू थोक अर्धचालक सामग्रीबाट काटिएका छन्। यो अर्धचालक सामग्रीलाई क्रिस्टल रड भनिन्छ, जुन पोलीक्रिस्टलाइन र अनडप गरिएको आन्तरिक सामग्रीको ठूलो ब्लकबाट हुर्किन्छ।
पोलीक्रिस्टलाइन ब्लकलाई ठूलो एकल क्रिस्टलमा रूपान्तरण गरी यसलाई सही क्रिस्टल अभिमुखीकरण र उपयुक्त मात्रामा एन-टाइप वा पी-टाइप डोपिङ दिनुलाई क्रिस्टल ग्रोथ भनिन्छ।
सिलिकन वेफर तयारीको लागि एकल क्रिस्टल सिलिकन इन्गटहरू उत्पादन गर्ने सबैभन्दा सामान्य प्रविधिहरू Czochralski विधि र जोन पिघलाउने विधि हो।
2.1 Czochralski विधि र Czochralski एकल क्रिस्टल फर्नेस
Czochralski (CZ) विधि, जसलाई Czochralski (CZ) विधि पनि भनिन्छ, पिघलेको अर्धचालक-ग्रेड सिलिकन तरललाई सही क्रिस्टल अभिमुखीकरणको साथ ठोस एकल-क्रिस्टल सिलिकन इन्गटहरूमा रूपान्तरण गर्ने प्रक्रियालाई बुझाउँछ र N-type वा P- मा डोप गरिएको छ। प्रकार।
हाल, Czochralski विधि प्रयोग गरेर एकल क्रिस्टल सिलिकन को 85% भन्दा बढी बढेको छ।
एक Czochralski एकल क्रिस्टल फर्नेसले एक प्रक्रिया उपकरणलाई बुझाउँछ जसले उच्च-शुद्धता पोलिसिलिकन सामग्रीहरूलाई बन्द उच्च भ्याकुम वा दुर्लभ ग्यास (वा अक्रिय ग्यास) सुरक्षा वातावरणमा तताएर तरल पदार्थमा पग्लन्छ, र त्यसपछि तिनीहरूलाई निश्चित बाह्यको साथ एकल क्रिस्टल सिलिकन सामग्रीहरू बनाउन पुन: स्थापना गर्दछ। आयामहरू।
एकल क्रिस्टल फर्नेसको कार्य सिद्धान्त भनेको तरल अवस्थामा एकल क्रिस्टल सिलिकन सामग्रीमा पुन: क्रिस्टल गर्ने पोलीक्रिस्टलाइन सिलिकन सामग्रीको भौतिक प्रक्रिया हो।
CZ एकल क्रिस्टल फर्नेसलाई चार भागमा विभाजन गर्न सकिन्छ: फर्नेस बडी, मेकानिकल ट्रान्समिशन सिस्टम, हीटिंग र तापमान नियन्त्रण प्रणाली, र ग्यास प्रसारण प्रणाली।
फर्नेस बडीमा फर्नेस क्याभिटी, सीड क्रिस्टल एक्सिस, क्वार्ट्ज क्रुसिबल, डोपिङ स्पुन, सीड क्रिस्टल कभर र अवलोकन विन्डो समावेश हुन्छ।
फर्नेस गुहा भनेको फर्नेसको तापक्रम समान रूपमा वितरण गरिएको छ र गर्मीलाई राम्रोसँग फैलाउन सक्छ भन्ने सुनिश्चित गर्न हो; बीज क्रिस्टल शाफ्ट बीज क्रिस्टल ड्राइभ गर्न माथि र तल सार्न र घुमाउन प्रयोग गरिन्छ; डोपिङ गर्न आवश्यक अशुद्धता डोपिङ चम्चा मा राखिएको छ;
बीउ क्रिस्टल कभर भनेको बीउ क्रिस्टललाई प्रदूषणबाट बचाउनु हो। मेकानिकल प्रसारण प्रणाली मुख्यतया बीज क्रिस्टल र क्रूसिबल को आन्दोलन नियन्त्रण गर्न प्रयोग गरिन्छ।
सिलिकन समाधान अक्सिडाइज गरिएको छैन भनेर सुनिश्चित गर्न, भट्टीमा भ्याकुम डिग्री धेरै उच्च हुन आवश्यक छ, सामान्यतया 5 Torr भन्दा कम, र थपिएको निष्क्रिय ग्यासको शुद्धता 99.9999% भन्दा माथि हुनुपर्छ।
वांछित क्रिस्टल अभिमुखीकरणको साथ एकल क्रिस्टल सिलिकनको टुक्रालाई सिलिकन इन्गट बढ्नको लागि बीज क्रिस्टलको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, र बढेको सिलिकन इन्गट बीज क्रिस्टलको प्रतिकृति जस्तै हुन्छ।
पिघलिएको सिलिकन र एकल क्रिस्टल सिलिकन बीज क्रिस्टल बीचको इन्टरफेसमा अवस्थाहरू ठीकसँग नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ। यी अवस्थाहरूले यो सुनिश्चित गर्दछ कि सिलिकनको पातलो तहले बीज क्रिस्टलको संरचनालाई सही रूपमा नक्कल गर्न सक्छ र अन्ततः ठूलो एकल क्रिस्टल सिलिकन इन्गटमा बढ्छ।
२.२ जोन पग्लने विधि र जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेस
फ्लोट जोन विधि (FZ) ले धेरै कम अक्सिजन सामग्रीको साथ एकल क्रिस्टल सिलिकन इन्गटहरू उत्पादन गर्दछ। फ्लोट जोन विधि 1950 मा विकसित गरिएको थियो र आज सम्म शुद्ध एकल क्रिस्टल सिलिकन उत्पादन गर्न सक्छ।
जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेसले एक फर्नेसलाई जनाउँछ जसले उच्च भ्याकुम वा दुर्लभ क्वार्ट्ज ट्यूब ग्यासमा पोलिक्रिस्टलाइन रड फर्नेस बडीको उच्च-तापमानको साँघुरो बन्द क्षेत्र मार्फत पोलीक्रिस्टलाइन रडमा साँघुरो पग्लने क्षेत्र उत्पादन गर्न जोन पिघलने सिद्धान्त प्रयोग गर्दछ। संरक्षण वातावरण।
एक प्रक्रिया उपकरण जसले पग्लिने क्षेत्रलाई सार्नको लागि पोलिक्रिस्टलाइन रड वा फर्नेस तताउने बडी सार्दछ र बिस्तारै यसलाई एकल क्रिस्टल रडमा क्रिस्टलाइज गर्दछ।
जोन पिघलने विधिद्वारा एकल क्रिस्टल रडहरू तयार गर्ने विशेषता भनेको एकल क्रिस्टल रडहरूमा क्रिस्टलाइजेसनको प्रक्रियामा polycrystalline रडहरूको शुद्धता सुधार गर्न सकिन्छ, र रड सामग्रीको डोपिङ वृद्धि अधिक समान छ।
जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेसका प्रकारहरूलाई दुई प्रकारमा विभाजन गर्न सकिन्छ: फ्लोटिंग जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेसहरू जुन सतह तनाव र तेर्सो जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेसहरूमा निर्भर हुन्छन्। व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा, जोन पिघलने एकल क्रिस्टल फर्नेसहरूले सामान्यतया फ्लोटिंग जोन पिघ्नेलाई अपनाउछन्।
जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेसले क्रुसिबलको आवश्यकता बिना उच्च-शुद्धता कम-अक्सिजन एकल क्रिस्टल सिलिकन तयार गर्न सक्छ। यो मुख्यतया उच्च-प्रतिरोधकता (>20kΩ·cm) एकल क्रिस्टल सिलिकन तयार गर्न र जोन पिघलने सिलिकन शुद्ध गर्न प्रयोग गरिन्छ। यी उत्पादनहरू मुख्य रूपमा अलग शक्ति उपकरणहरूको निर्माणमा प्रयोग गरिन्छ।
जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेसमा फर्नेस चेम्बर, माथिल्लो शाफ्ट र तल्लो शाफ्ट (मेकानिकल ट्रान्समिशन पार्ट), क्रिस्टल रड चक, सीड क्रिस्टल चक, तताउने कुण्डल (उच्च आवृत्ति जेनेरेटर), ग्यास पोर्टहरू (भ्याकुम पोर्ट), ग्यास इनलेट, माथिल्लो ग्यास आउटलेट), आदि।
फर्नेस च्याम्बर संरचनामा, चिसो पानी परिसंचरण व्यवस्थित गरिएको छ। एकल क्रिस्टल फर्नेसको माथिल्लो शाफ्टको तल्लो छेउमा क्रिस्टल रड चक हुन्छ, जुन पोलिक्रिस्टलाइन रड क्ल्याम्प गर्न प्रयोग गरिन्छ; तल्लो शाफ्टको माथिल्लो छेउ एक बीज क्रिस्टल चक हो, जुन बीउ क्रिस्टल क्ल्याम्प गर्न प्रयोग गरिन्छ।
एक उच्च-फ्रिक्वेन्सी पावर सप्लाई तताउने कुण्डलमा आपूर्ति गरिन्छ, र तल्लो छेउबाट सुरु हुने पोलिक्रिस्टलाइन रडमा एक साँघुरो पग्लने क्षेत्र बनाइन्छ। एकै समयमा, माथिल्लो र तल्लो अक्षहरू घुमाउँछन् र तल झर्छन्, जसले गर्दा पिघल्ने क्षेत्र एकल क्रिस्टलमा क्रिस्टलाइज हुन्छ।
जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेसका फाइदाहरू यो हो कि यसले तयार गरिएको एकल क्रिस्टलको शुद्धता मात्र सुधार गर्न सक्दैन, तर रड डोपिङ वृद्धिलाई एकसमान बनाउन पनि सक्छ, र एकल क्रिस्टल रडलाई धेरै प्रक्रियाहरू मार्फत शुद्ध गर्न सकिन्छ।
जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेसको बेफाइदाहरू उच्च प्रक्रिया लागत र तयार एकल क्रिस्टलको सानो व्यास हो। हाल, तयार गर्न सकिने एकल क्रिस्टलको अधिकतम व्यास 200mm छ।
जोन पग्लने एकल क्रिस्टल फर्नेस उपकरणको समग्र उचाइ अपेक्षाकृत उच्च छ, र माथिल्लो र तल्लो अक्षहरूको स्ट्रोक अपेक्षाकृत लामो छ, त्यसैले लामो एकल क्रिस्टल रडहरू बढ्न सकिन्छ।
3. वेफर प्रशोधन र उपकरण
क्रिस्टल रडले सेमीकन्डक्टर निर्माणको आवश्यकताहरू पूरा गर्ने सिलिकन सब्सट्रेट बनाउनका लागि प्रक्रियाहरूको एक श्रृंखला मार्फत जान आवश्यक छ, अर्थात् वेफर। प्रशोधन को आधारभूत प्रक्रिया हो:
टम्बलिङ, काटन, स्लाइसिङ, वेफर एनिलिङ, च्याम्फरिङ, ग्राइन्डिङ, पालिसिङ, क्लिनिङ र प्याकेजिङ आदि।
३.१ वेफर एनिलिङ
Polycrystalline सिलिकन र Czochralski सिलिकन निर्माणको प्रक्रियामा, एकल क्रिस्टल सिलिकनले अक्सिजन समावेश गर्दछ। एक निश्चित तापमानमा, एकल क्रिस्टल सिलिकनमा रहेको अक्सिजनले इलेक्ट्रोनहरू दान गर्नेछ, र अक्सिजनलाई अक्सिजन दाताहरूमा रूपान्तरण गरिनेछ। यी इलेक्ट्रोनहरू सिलिकन वेफरमा अशुद्धताहरूसँग मिल्नेछ र सिलिकन वेफरको प्रतिरोधात्मकतालाई असर गर्नेछ।
एनिलिङ फर्नेस: हाइड्रोजन वा आर्गन वातावरणमा फर्नेसको तापक्रम १०००-१२०० डिग्री सेल्सियससम्म बढाउने भट्टीलाई बुझाउँछ। न्यानो र चिसो राखेर, पालिश गरिएको सिलिकन वेफरको सतह नजिकको अक्सिजन वाष्पशील हुन्छ र यसको सतहबाट हटाइन्छ, जसले अक्सिजनलाई अवक्षेपण र तह बनाउँछ।
सिलिकन वेफर्सको सतहमा सूक्ष्म दोषहरू भंग गर्ने, सिलिकन वेफर्सको सतह नजिकैको अशुद्धताको मात्रा घटाउने, दोषहरू घटाउने र सिलिकन वेफर्सको सतहमा अपेक्षाकृत सफा क्षेत्र बनाउने प्रक्रिया गर्ने उपकरणहरू।
एनेलिङ फर्नेसलाई यसको उच्च तापक्रमको कारणले उच्च-तापमान भट्टी पनि भनिन्छ। उद्योगले सिलिकन वेफर एनिलिङ प्रक्रियालाई गेटरिङ पनि भन्छ।
सिलिकन वेफर annealing भट्टी विभाजित छ:
- तेर्सो annealing भट्टी;
- ठाडो annealing भट्टी;
- द्रुत annealing भट्टी।
तेर्सो एनेलिङ फर्नेस र ठाडो एनेलिङ फर्नेस बीचको मुख्य भिन्नता प्रतिक्रिया कक्षको लेआउट दिशा हो।
तेर्सो एनेलिङ फर्नेसको प्रतिक्रिया कक्ष तेर्सो रूपमा संरचित छ, र सिलिकन वेफर्सको ब्याच एकै समयमा एनेलिङको लागि एनेलिङ फर्नेसको प्रतिक्रिया कक्षमा लोड गर्न सकिन्छ। annealing समय सामान्यतया 20 देखि 30 मिनेट हो, तर प्रतिक्रिया कक्षलाई annealing प्रक्रिया द्वारा आवश्यक तापमानमा पुग्न लामो तताउने समय चाहिन्छ।
ठाडो एनेलिङ फर्नेसको प्रक्रियाले एनेलिङ उपचारको लागि एनेलिङ फर्नेसको प्रतिक्रिया कक्षमा सिलिकन वेफर्सको ब्याच एकैसाथ लोड गर्ने विधि पनि अपनाउँछ। प्रतिक्रिया कक्षमा ठाडो संरचना लेआउट छ, जसले सिलिकन वेफर्सलाई क्वार्ट्ज डुङ्गामा तेर्सो अवस्थामा राख्न अनुमति दिन्छ।
एकै समयमा, क्वार्ट्ज डुङ्गा प्रतिक्रिया कक्षमा सम्पूर्ण रूपमा घुमाउन सक्छ, प्रतिक्रिया कक्षको annealing तापमान समान छ, सिलिकन वेफर मा तापमान वितरण एक समान छ, र यो उत्कृष्ट annealing एकरूपता विशेषताहरु छ। यद्यपि, ठाडो एनिलिङ फर्नेसको प्रक्रिया लागत तेर्सो एनेलिङ फर्नेसको भन्दा बढी छ।
द्रुत एनिलिङ फर्नेसले सिलिकन वेफरलाई सीधा तताउन हलोजन टंगस्टन बत्ती प्रयोग गर्दछ, जसले 1 देखि 250 डिग्री सेल्सियस/सेकेन्डको फराकिलो दायरामा द्रुत ताप वा चिसो प्राप्त गर्न सक्छ। ताप वा शीतलन दर परम्परागत annealing भट्टी भन्दा छिटो छ। प्रतिक्रिया कक्षको तापक्रम ११०० डिग्री सेल्सियसभन्दा माथि तातो हुन केही सेकेन्ड मात्र लाग्छ।
————————————————————————————————————————————————— ——
सेमिसेरा प्रदान गर्न सक्छग्रेफाइट भागहरू,नरम/कठोर महसुस भयो,सिलिकन कार्बाइड पार्ट्स, CVD सिलिकन कार्बाइड पार्ट्स, रSiC/TaC लेपित भागहरू30 दिनमा पूर्ण अर्धचालक प्रक्रियाको साथ।
यदि तपाइँ माथिको अर्धचालक उत्पादनहरूमा रुचि राख्नुहुन्छ भने, कृपया हामीलाई पहिलो पटक सम्पर्क गर्न नहिचकिचाउनुहोस्।
टेलिफोन: +८६-१३३७३८८९६८३
व्हाट्सएप: +८६-१५९५७८७८१३४
Email: sales01@semi-cera.com
पोस्ट समय: अगस्ट-26-2024