Prepararea siliciu singur cristal și prelucrarea lor primară - studopediya

Siliciul este principalul material utilizat pentru fabricarea circuitelor integrate semiconductoare. Este un material relativ ușor (densitate 2,3 g / cm3), gri, cu un punct de topire de 1420 ° C Temperatura maximă de procesare nu trebuie să depășească 1300 ° C, deoarece la temperaturi mai mari posibile deformări ale piesei.

Materialul de pornire utilizat pentru cipuri semiconductoare, de înaltă puritate siliciu monocristalin având o rezistivitate - 100 ohmi / cm. O astfel de siliciu conținând un atom de impuritate atomi 10 9 siliciu. Acesta este de obicei denumit nealiat sau siliciu cu conductivitate intrinsecă.

Silicea obținut prin reducerea Si02 cu carbon într-un cuptor electric. În această etapă, siliciu are o puritate

98% și nu poate fi utilizat pentru fabricarea circuitelor integrate semiconductoare.

Pentru metodele de siliciu folosind pur float-zona de rafinare și topire.

Metoda zonei de rafinare (fig. 1.4). Lingou-crema TION 1 este plasat într-o barcă de grafit 4. zoaie-schyu inelar de încălzire electrică de înaltă Vatel 2 creează o zonă topită 3 este egală cu 0,1 lungime lingoului. Ea trece prin lingou la o rată de 0,1. 2 mm / min. Atunci când se deplasează din zona de-a lungul materialului de impurități se va acumula în faza lichidă și se concentrează la capătul lingoului, care după procesul de curățare este tăiat. Procedeul se realizează într-o atmosferă protectoare de N2 azot.

Pentru puritate de siliciu necesară este necesară repetarea procesului de curățare a benzii sau pentru a crea unele zone topite.

float-topire metoda (Figura 1.5). Silicon Lingou 2 este stabilită între 1 superior și inferior tijele 5 în interiorul camerei de vid sigilat 6 umplut cu gaz inert. Topire a benzii înguste de material 3 este prevăzut cu o bobină de inducție de înaltă frecvență 4. Ca urmare, mișcarea inductorului de jos în sus, zona topită este mutată de la un capăt al lingou la următorul. Mai mult, părțile superioare și inferioare ale lingou se rotesc în direcții opuse, care asigură o bună amestecare a topiturii. Acest lucru facilitează circulația impurităților se acumulează în partea superioară a lingoului, care este apoi eliminat. Când acest siliciu topit de purificare nu reacționează cu materialul creuzet, deoarece acesta este separat din fluxul de gaz inert. Dezavantajul este performanța scăzută, deoarece acesta poate fi creat doar o singură zonă topită și procesul de curățare trebuie să fie repetată de mai multe ori.

Materialul purificat trebuie preparat un singur cristal, deoarece interfața dintre cristalele individuale și de a reduce mobilitatea transportatorilor degrada caracteristicile ICS.

Metoda Czochralski. Cultivarea de siliciu singur cristal produsă prin metoda Czochralski (figura 1.6). O anumită cantitate de siliciu ultra-pur de la care un singur cristal trebuie obținut, împreună cu un adaos corespunzător a fost introdus într-un creuzet 7 din grafit sau cuarț. Creuzetului și siliciu doza 6 sunt în interiorul cilindrului 1 din cuarț, cu un gaz inert (de obicei, argon). Pentru intrare și de ieșire prevăzut un tub de argon 8 și 10. Amestecul de siliciu cu un material de impurități care vine prin tubul 9, se încălzește la topirea cu ajutorul unui inductor de înaltă frecvență 5.

Temperatura este apoi stabilizată ușor peste nivelul temperaturii de topire de siliciu. După aceea, topitura a fost imersat primer 3, care este un cristal foarte sofisticat și orientat cu precizie de siliciu. Semințe de ceva timp lăsat în topitură să dispară toate defectele de suprafață. Apoi începe să se rotească cu ajutorul mandrina 2 și încet, trăgând dintr-o topitură. Prin reglarea vitezei de tragere și temperatura de topire, se poate menține diametrul și rezistivitatea cristalului în creștere de 4 substanțial constantă. La tragerea tijă există un material de curățare suplimentară, deoarece impuritățile de topire pivot în topitură și însămânțarea rotație îmbunătățește structura cristalină, așa cum facilitată prin mișcarea atomilor la locurile corespunzătoare ale rețelei cristaline. Absența contactului cu pereții creuzetului creștere de cristal permite obținerea unui siliciu uniform dopate monocristaline cu un diametru de până la 150 mm și o lungime de 2 m.

procesare inițială este de măcinare cu diametrul de monocristal și de tăiere pe placa 200. Grosimea 600 microni, care sunt supuse unui tratament mecanic și chimic pentru a obține de înaltă calitate a suprafeței de lucru (Rz<=0,05 мкм; неплоскостность <1 мкм на площади 1 см 2 ).

tehnici de procesare de siliciu. Siliciul are o duritate mare și friabilitate, astfel încât metodele conventionale pentru a procesa inacceptabile.

Tăierea tablă de oțel sau sârmă, cu un abraziv lung a fost metoda principală de tăiere a lingoului în cașete, și numai prin introducerea discurilor de diamant, cu muchia de tăiere interior a fost aplicat mai rar.

Discul de bază metalică 2 (figura 1.7) FABRICARE Urati să creeze un oțel inoxidabil cu o grosime de 0,1. 0,2 mm. Partea de tăiere 3 este saturată granulele de diamant (20 la 40 microni). Lama de tăiere este fixat pe tamburul 1, care se poate roti în jurul axei sale. Lingoul 5 este fixat la mandrina 4 mastic adeziv 7 și este orientat astfel încât discul de tăiere a fost montat strict definit. Placa este tăiat ca rezultat al mișcării rectilinii lingou în raport cu discul rotativ. Lingoul a fost apoi retras în poziția sa inițială și este deplasat cu o distanță egală cu grosimea plăcii. După aceea, procesul de tăiere se repetă. Pentru a elimina produsele de tăiere și eliminarea căldurii din zona de tăiere 6 este alimentat printr-un agent de răcire duză (de obicei, 5% soluție de sodă), ceea ce contribuie la distrugerea materialului și îndepărtarea căldurii. Mașini moderne asigură o precizie de grosime a plăcii (± 20 microni) și rugozitate scăzută a suprafeței (Ra) 0,63 microni. După tăiere, placa este supusă la șlefuire și lustruire și apoi tratate chimic.

Măcinarea wafer necesare pentru a obține o grosime dorită și paralelismul dintre avioane. Aceasta înlătură stratul superficial al cristalului unic rupt atunci când tăierea lingoului.

Placa a fost șlefuită, mai întâi cu una și apoi cealaltă parte pe un fus special la care este lipit cu un amestec de ceară cu colofoniu. Pentru un reazem mai complet plăcile dorn încălzite sunt plasate într-o presă cu o garnitură de cauciuc și se menține până la rece. Când măcinarea mandrinei are o mișcare complexă de rotație-translație, care asigură plăcile de suprafață bune. In timpul măcinării se realizează alimentarea continuă a suspensiei. După prelucrarea pe o parte a plăcii lipite pe latura lustruită a mandrinei, iar cealaltă parte a fost tratată.

După măcinare pe suprafața plăcii este stratul de suprafață deteriorată care este îndepărtat prin șlefuire.

Șlefuirea preliminară este efectuată pe bază de suspensie de pulbere de diamant, cu o granulație mai mică de 3 microni. în materiale țesute (Batista și colab.). Grosimea stratului de sacrificiu este de 2,5 microni.

Șlefuirea finală se face cu un diamant micropowder dimensiune a granulelor de 1 micron la piele de căprioară. O calitate mai mare de procesare furnizează lustruirea chimice mecanice, în care îndepărtarea materialului de pe suprafața tratată se datorează în principal îndepărtarea mecanică rezultată din reacții chimice pelicule moi. Polishing suspensie sau aplicate din pulberi submicronice silice, geluri, aluminiu, zirconiu, suspendat în soluții pe bază de NaOH, KOH, etc. Polisher din piele sau piele de căprioară.

Plăci de comandă, după prelucrare se realizează pe forma geometrică, grosime a stratului mecanic deteriorat și rugozitatea suprafeței. Grosimea plăcilor nu trebuie să difere de valoarea nominală cu mai mult de ± 3 microni, cu o medie de 200 microni grosime. Dacă abateri mari în grosime pot necesita reajustare a echipamentului în multe operații de proces.

Plăci de purificare. Pentru a îndepărta impuritățile obținute în timpul prelucrării, plăcile sunt expuse la curățare lichide și uscate.

plachetelor de purificare și substraturi se efectuează în mod repetat, deoarece contaminarea poate în toate etapele ulterioare ale procesului de fabricație a ICS.

Pentru degresare purificarea lichidului de decapare și clătire.

Degresarea se realizează succesiv, într-o serie de soluții diferite au fost de a alege un solvent care elimină imposibilă orice poluare posibil. Prin îndepărtarea grăsimilor vegetale și animale produse în soluții de peroxid de hidrogen, solvent și săpun m. P. soluție de peroxid de amoniac la cald a fost utilizat pentru curățare chimică. curățare foarte eficient în solvenți organici (benzină, etanol), dar astfel de solvenți sunt toxici și inflamabili. O excepție este Freon, care este neinflamabil, non-toxic și oferă de curățare de înaltă calitate.

Decaparea în formulări acide și alcaline sunt îndepărtate și contaminarea stratului superficial al substratului. gravare electrochimică este realizată în soluții care conțin acid fluorhidric. Un astfel de proces este, de asemenea, numit electrochimic.

plachetelor clătirea și substraturi se face după fiecare etapă de degresare și decapare în apă deionizată ultrapură.

Pentru recoacerea uscat purificare, gaz, ioni și gravare cu plasmă. Aceste metode de curățare elimină utilizarea de substanțe chimice toxice și sunt ușor de automatizat.