Kaedah Czochralski

Waferdihiris daripada batang kristal, yang dihasilkan daripada polihabluran dan bahan intrinsik tidak terdop tulen. Proses mengubah bahan polihablur menjadi kristal tunggal melalui peleburan dan penghabluran semula dikenali sebagai pertumbuhan kristal. Pada masa ini, dua kaedah utama digunakan untuk proses ini: kaedah Czochralski dan kaedah lebur zon. Antaranya, kaedah Czochralski (sering dirujuk sebagai kaedah CZ) adalah yang paling penting untuk mengembangkan kristal tunggal daripada cair. Malah, lebih 85% silikon kristal tunggal dihasilkan menggunakan kaedah Czochralski.

Kaedah Czochralski melibatkan pemanasan dan peleburan bahan silikon polihabluran ketulenan tinggi ke dalam keadaan cecair di bawah vakum tinggi atau suasana gas lengai, diikuti dengan penghabluran semula untuk membentuk silikon kristal tunggal. Peralatan yang diperlukan untuk proses ini termasuk relau kristal tunggal Czochralski, yang terdiri daripada badan relau, sistem penghantaran mekanikal, sistem kawalan suhu dan sistem penghantaran gas. Reka bentuk relau memastikan pengagihan suhu seragam dan pelesapan haba yang berkesan. Sistem penghantaran mekanikal menguruskan pergerakan crucible dan kristal benih, manakala sistem pemanasan mencairkan polysilicon menggunakan sama ada gegelung frekuensi tinggi atau pemanas rintangan. Sistem penghantaran gas bertanggungjawab untuk mencipta vakum dan mengisi ruang dengan gas lengai untuk mengelakkan pengoksidaan larutan silikon, dengan tahap vakum yang diperlukan di bawah 5 Torr dan ketulenan gas lengai sekurang-kurangnya 99.9999%.

Ketulenan rod kristal adalah kritikal, kerana ia memberi kesan ketara kepada kualiti wafer yang terhasil. Oleh itu, mengekalkan ketulenan yang tinggi semasa pertumbuhan kristal tunggal adalah penting.

Pertumbuhan kristal melibatkan penggunaan silikon kristal tunggal dengan orientasi kristal tertentu sebagai kristal benih permulaan untuk menanam jongkong silikon. Jongkong silikon yang terhasil akan "mewarisi" ciri-ciri struktur (orientasi kristal) kristal benih. Untuk memastikan silikon cair dengan tepat mengikut struktur kristal kristal benih dan secara beransur-ansur mengembang menjadi jongkong silikon kristal tunggal yang besar, keadaan pada antara muka sentuhan antara silikon cair dan kristal benih silikon kristal tunggal mesti dikawal dengan ketat. Proses ini difasilitasi oleh relau pertumbuhan kristal tunggal Czochralski (CZ).

Langkah-langkah utama dalam mengembangkan silikon kristal tunggal melalui kaedah CZ adalah seperti berikut:

Peringkat Penyediaan:

1. Mulakan dengan silikon polihabluran ketulenan tinggi, kemudian hancurkan dan bersihkan menggunakan larutan campuran asid hidrofluorik dan asid nitrik.

2. Gilap kristal benih, pastikan orientasinya sepadan dengan arah pertumbuhan yang dikehendaki bagi silikon kristal tunggal dan ia bebas daripada kecacatan. Sebarang ketidaksempurnaan akan "diwarisi" oleh kristal yang semakin meningkat.

3. Pilih kekotoran yang akan ditambahkan pada pijar untuk mengawal jenis kekonduksian kristal yang semakin meningkat (sama ada jenis-N atau jenis-P).

4. Bilas semua bahan yang telah dibersihkan dengan air ternyahion ketulenan tinggi sehingga neutral, kemudian keringkannya.

Memuatkan Relau:

1. Letakkan polysilicon yang dihancurkan ke dalam mangkuk kuarza, selamatkan kristal benih, tutupnya, kosongkan relau, dan isi dengan gas lengai.

Pemanasan dan Peleburan Polysilicon:

1. Selepas mengisi dengan gas lengai, panaskan dan cairkan polisilikon dalam pijar, biasanya pada suhu sekitar 1420°C.

Peringkat Berkembang:

1. Peringkat ini dirujuk sebagai "pembenihan." Turunkan suhu kepada sedikit di bawah 1420°C supaya kristal benih diletakkan beberapa milimeter di atas permukaan cecair.

2. Panaskan hablur benih selama kira-kira 2-3 minit untuk mencapai keseimbangan terma antara silikon cair dan hablur benih.

3. Selepas pemanasan awal, bawa kristal benih bersentuhan dengan permukaan silikon cair untuk melengkapkan proses pembenihan.

Peringkat leher:

1. Mengikuti langkah pembenihan, tingkatkan suhu secara beransur-ansur sementara kristal benih mula berputar dan ditarik perlahan-lahan ke atas, membentuk kristal tunggal kecil dengan diameter kira-kira 0.5 hingga 0.7 cm, lebih kecil daripada kristal benih awal.

2. Matlamat utama semasa peringkat necking ini adalah untuk menghapuskan sebarang kecacatan yang terdapat pada kristal benih serta sebarang kecacatan baru yang mungkin timbul daripada turun naik suhu semasa proses pembenihan. Walaupun kelajuan menarik adalah agak pantas semasa peringkat ini, ia mesti dikekalkan dalam had yang sesuai untuk mengelakkan operasi yang terlalu pantas.

Peringkat Memikul:

1. Selepas necking selesai, kurangkan kelajuan menarik dan kurangkan suhu untuk membolehkan kristal mencapai diameter yang diperlukan secara beransur-ansur.

2. Kawalan berhati-hati terhadap suhu dan kelajuan menarik semasa proses memikul ini adalah penting untuk memastikan pertumbuhan kristal yang sekata dan stabil.

Peringkat Pertumbuhan Diameter Sama:

1. Apabila proses memikul hampir selesai, perlahan-lahan naikkan dan stabilkan suhu untuk memastikan pertumbuhan seragam diameter.

2. Peringkat ini memerlukan kawalan ketat ke atas kelajuan dan suhu tarikan untuk menjamin keseragaman dan ketekalan kristal tunggal.

Peringkat Penamat:

1. Apabila pertumbuhan kristal tunggal menghampiri siap, naikkan suhu secara sederhana dan percepatkan kadar tarikan untuk mengecilkan diameter rod kristal secara beransur-ansur menjadi satu titik.

2. Tirus ini membantu mengelakkan kecacatan yang mungkin timbul daripada penurunan suhu secara tiba-tiba apabila rod kristal keluar dari keadaan cair, dengan itu memastikan kualiti kristal yang tinggi secara keseluruhan.

Selepas penarikan terus kristal tunggal selesai, rod kristal bahan mentah wafer diperolehi. Dengan memotong batang kristal, wafer paling asli diperolehi. Walau bagaimanapun, wafer tidak boleh digunakan secara langsung pada masa ini. Untuk mendapatkan wafer yang boleh digunakan, beberapa operasi seterusnya yang kompleks seperti penggilap, pembersihan, pemendapan filem nipis, penyepuhlindapan, dll. diperlukan.

Semicorex menawarkan kualiti tinggiwafer semikonduktor. Jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami.

Hubungi # telefon +86-13567891907

E-mel: sales@semicorex.com