Czochralski-metoden

Wafereer skåret i skiver av krystallstenger, som er produsert av polykrystallinske og rene udopede egenmaterialer. Prosessen med å transformere polykrystallinsk materiale til enkeltkrystaller gjennom smelting og omkrystallisering er kjent som krystallvekst. For tiden brukes to hovedmetoder for denne prosessen: Czochralski-metoden og sonesmeltemetoden. Blant disse er Czochralski-metoden (ofte referert til som CZ-metoden) den mest betydningsfulle for dyrking av enkeltkrystaller fra smelter. Faktisk er over 85% av enkrystall silisium produsert ved hjelp av Czochralski-metoden.

Czochralski-metoden innebærer oppvarming og smelting av polykrystallinske silisiummaterialer med høy renhet til en flytende tilstand under høyvakuum eller en inert gassatmosfære, etterfulgt av omkrystallisering for å danne enkeltkrystall silisium. Utstyret som er nødvendig for denne prosessen inkluderer en Czochralski enkrystallovn, som består av en ovnskropp, et mekanisk overføringssystem, et temperaturkontrollsystem og et gassoverføringssystem. Utformingen av ovnen sikrer jevn temperaturfordeling og effektiv varmeavledning. Det mekaniske overføringssystemet styrer bevegelsen til digelen og frøkrystallen, mens varmesystemet smelter polysilisiumet ved hjelp av enten en høyfrekvent spole eller en motstandsvarmer. Gassoverføringssystemet er ansvarlig for å skape et vakuum og fylle kammeret med inert gass for å forhindre oksidasjon av silisiumløsningen, med et nødvendig vakuumnivå under 5 Torr og en inertgassrenhet på minst 99,9999 %.

Renheten til krystallstangen er kritisk, siden den påvirker kvaliteten på den resulterende waferen betydelig. Derfor er det viktig å opprettholde høy renhet under veksten av enkeltkrystaller.

Krystallvekst innebærer å bruke enkeltkrystallsilisium med en spesifikk krystallorientering som startfrøkrystall for å dyrke silisiumbarrer. Den resulterende silisiumblokken vil "arve" de strukturelle egenskapene (krystallorientering) til frøkrystallen. For å sikre at det smeltede silisiumet nøyaktig følger krystallstrukturen til frøkrystallen og gradvis utvides til en stor enkeltkrystall silisiumblokk, må forholdene ved kontaktgrensesnittet mellom det smeltede silisiumet og enkeltkrystallsilisiumfrøkrystallene kontrolleres strengt. Denne prosessen tilrettelegges av en Czochralski (CZ) enkeltkrystallvekstovn.

Hovedtrinnene i å dyrke enkeltkrystall silisium gjennom CZ-metoden er som følger:

Forberedelsesstadiet:

1. Begynn med høyrent polykrystallinsk silisium, knus og rengjør det deretter med en blandet løsning av flussyre og salpetersyre.

2. Poler frøkrystallen, og sørg for at orienteringen samsvarer med ønsket vekstretning for enkeltkrystallsilisiumet og at den er fri for defekter. Eventuelle ufullkommenheter vil "arves" av den voksende krystallen.

3. Velg urenhetene som skal legges til digelen for å kontrollere konduktivitetstypen til den voksende krystallen (enten N-type eller P-type).

4. Skyll alle rengjorte materialer med avionisert vann med høy renhet til nøytral, og tørk dem deretter.

Lasting av ovnen:

1. Plasser det knuste polysilisiumet i en kvartsdigel, fest frøkrystallen, dekk den til, evakuer ovnen og fyll den med inertgass.

Oppvarming og smelting av polysilisium:

1. Etter påfylling med inert gass, oppvarm og smelt polysilisiumet i digelen, typisk ved en temperatur på rundt 1420°C.

Vekststadium:

1. Dette stadiet blir referert til som "såing". Senk temperaturen til litt under 1420°C slik at frøkrystallen er plassert noen millimeter over væskeoverflaten.

2. Forvarm frøkrystallen i ca. 2-3 minutter for å oppnå termisk likevekt mellom det smeltede silisiumet og frøkrystallen.

3. Etter forvarming, bring frøkrystallen i kontakt med overflaten av smeltet silisium for å fullføre frøprosessen.

Halsingsstadiet:

1. Etter såtrinnet øker du gradvis temperaturen mens frøkrystallen begynner å rotere og trekkes sakte oppover, og danner en liten enkeltkrystall med en diameter på ca. 0,5 til 0,7 cm, mindre enn den opprinnelige frøkrystallen.

2. Det primære målet under dette innsnøringsstadiet er å eliminere eventuelle defekter som er tilstede i frøkrystallen, samt eventuelle nye defekter som kan oppstå fra temperatursvingninger under seedingsprosessen. Selv om trekkhastigheten er relativt høy under dette stadiet, må den holdes innenfor passende grenser for å unngå for rask drift.

Skulderstadiet:

1. Etter at innsnevningen er fullført, reduser trekkhastigheten og reduser temperaturen for å la krystallen gradvis oppnå ønsket diameter.

2. Nøye kontroll av temperatur og trekkhastighet under denne skulderprosessen er avgjørende for å sikre jevn og stabil krystallvekst.

Vekststadium med lik diameter:

1. Når skulderprosessen nærmer seg fullføring, øk og stabiliser temperaturen sakte for å sikre jevn vekst i diameter.

2. Dette stadiet krever streng kontroll av trekkehastighet og temperatur for å garantere ensartetheten og konsistensen til enkeltkrystallen.

Avslutningsfase:

1. Når enkeltkrystallveksten nærmer seg fullførelse, øk temperaturen moderat og akselerer trekkhastigheten for å gradvis avta krystallstangens diameter til en spiss.

2. Denne avsmalningen bidrar til å forhindre defekter som kan oppstå fra et plutselig temperaturfall når krystallstaven forlater den smeltede tilstanden, og sikrer dermed den generelle høye kvaliteten til krystallen.

Etter at den direkte trekkingen av enkeltkrystall er fullført, oppnås råmaterialets krystallstang til waferen. Ved å kutte krystallstangen får man den mest originale waferen. Imidlertid kan oblaten ikke brukes direkte på dette tidspunktet. For å oppnå brukbare wafere kreves det noen kompliserte påfølgende operasjoner som polering, rengjøring, tynnfilmavsetning, gløding, etc..

Semicorex tilbyr høy kvalitethalvlederskiver. Hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakt telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com