วิธี Czochralski

เวเฟอร์ถูกหั่นเป็นชิ้นจากแท่งคริสตัล ซึ่งผลิตจากวัสดุโพลีคริสตัลไลน์และวัสดุภายในที่ไม่มีการเจือปนบริสุทธิ์ กระบวนการเปลี่ยนวัสดุโพลีคริสตัลไลน์ให้เป็นผลึกเดี่ยวผ่านการหลอมและการตกผลึกใหม่เรียกว่าการเติบโตของคริสตัล ปัจจุบันมีการใช้วิธีการหลักสองวิธีสำหรับกระบวนการนี้: วิธี Czochralski และวิธีการละลายโซน วิธี Czochralski (มักเรียกว่าวิธี CZ) เป็นวิธีที่สำคัญที่สุดในการปลูกผลึกเดี่ยวจากการหลอมละลาย ในความเป็นจริง มากกว่า 85% ของซิลิคอนผลึกเดี่ยวถูกผลิตขึ้นโดยใช้วิธี Czochralski

วิธี Czochralski เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนและการหลอมวัสดุซิลิกอนโพลีคริสตัลไลน์ที่มีความบริสุทธิ์สูงให้กลายเป็นสถานะของเหลวภายใต้สุญญากาศสูงหรือบรรยากาศก๊าซเฉื่อย ตามด้วยการตกผลึกซ้ำเพื่อสร้างซิลิคอนผลึกเดี่ยว อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้ประกอบด้วยเตาผลึกเดี่ยวของ Czochralski ซึ่งประกอบด้วยตัวเตา ระบบส่งกำลังทางกล ระบบควบคุมอุณหภูมิ และระบบส่งก๊าซ การออกแบบเตาเผาช่วยให้มั่นใจได้ถึงการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอและการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ระบบส่งกำลังทางกลจะจัดการการเคลื่อนที่ของถ้วยใส่ตัวอย่างและผลึกเมล็ดพืช ในขณะที่ระบบทำความร้อนจะละลายโพลีซิลิคอนโดยใช้ขดลวดความถี่สูงหรือเครื่องทำความร้อนแบบต้านทาน ระบบส่งก๊าซมีหน้าที่สร้างสุญญากาศและเติมก๊าซเฉื่อยในห้องเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของสารละลายซิลิกอน โดยมีระดับสุญญากาศที่ต้องการต่ำกว่า 5 Torr และความบริสุทธิ์ของก๊าซเฉื่อยอย่างน้อย 99.9999%

ความบริสุทธิ์ของแท่งคริสตัลถือเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของเวเฟอร์ที่ได้ ดังนั้นการรักษาความบริสุทธิ์ให้สูงในระหว่างการเติบโตของผลึกเดี่ยวจึงเป็นสิ่งสำคัญ

การเจริญเติบโตของผลึกเกี่ยวข้องกับการใช้ซิลิกอนผลึกเดี่ยวที่มีการวางแนวคริสตัลเฉพาะเป็นผลึกเมล็ดเริ่มต้นในการเพาะเลี้ยงแท่งซิลิคอน แท่งซิลิคอนที่เกิดขึ้นจะ "สืบทอด" ลักษณะโครงสร้าง (การวางแนวคริสตัล) ของผลึกเมล็ด เพื่อให้แน่ใจว่าซิลิคอนหลอมเหลวจะเป็นไปตามโครงสร้างผลึกของผลึกเมล็ดพืชอย่างถูกต้อง และค่อยๆ ขยายตัวเป็นแท่งซิลิคอนผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ เงื่อนไขที่ส่วนต่อประสานระหว่างซิลิคอนหลอมเหลวและผลึกเมล็ดซิลิคอนผลึกเดี่ยวจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด กระบวนการนี้อำนวยความสะดวกโดยเตาเติบโตผลึกเดี่ยวของ Czochralski (CZ)

ขั้นตอนหลักในการปลูกซิลิคอนผลึกเดี่ยวด้วยวิธี CZ มีดังนี้

ขั้นตอนการเตรียมการ:

1. เริ่มต้นด้วยซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ที่มีความบริสุทธิ์สูง จากนั้นบดและทำความสะอาดโดยใช้สารละลายผสมของกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดไนตริก

2. ขัดผลึกเมล็ดพืช โดยให้แน่ใจว่าการวางแนวตรงกับทิศทางการเติบโตที่ต้องการของซิลิคอนผลึกเดี่ยว และไม่มีข้อบกพร่อง ความไม่สมบูรณ์ใดๆ จะถูก "สืบทอด" โดยคริสตัลที่กำลังเติบโต

3. เลือกสิ่งเจือปนที่จะเติมลงในถ้วยใส่ตัวอย่างเพื่อควบคุมประเภทการนำไฟฟ้าของคริสตัลที่กำลังเติบโต (ประเภท N หรือประเภท P)

4. ล้างวัสดุที่ทำความสะอาดทั้งหมดด้วยน้ำปราศจากไอออนที่มีความบริสุทธิ์สูงจนเป็นกลาง จากนั้นจึงเช็ดให้แห้ง

กำลังโหลดเตา:

1. วางโพลีซิลิคอนที่บดแล้วลงในเบ้าหลอมควอตซ์ ยึดคริสตัลเมล็ดพืชไว้ ปิดฝา อพยพออกจากเตา และเติมก๊าซเฉื่อย

เครื่องทำความร้อนและการหลอมโพลีซิลิคอน:

1. หลังจากเติมก๊าซเฉื่อยแล้ว ให้ความร้อนและละลายโพลีซิลิคอนในเบ้าหลอม โดยทั่วไปที่อุณหภูมิประมาณ 1,420°C

ระยะการเจริญเติบโต:

1. ขั้นตอนนี้เรียกว่า "การเพาะ" ลดอุณหภูมิลงให้ต่ำกว่า 1,420°C เล็กน้อย เพื่อให้ผลึกเมล็ดอยู่ในตำแหน่งเหนือพื้นผิวของเหลวสองสามมิลลิเมตร

2. เปิดเครื่องผลึกเมล็ดประมาณ 2-3 นาทีเพื่อให้ได้สมดุลทางความร้อนระหว่างซิลิคอนหลอมเหลวและผลึกเมล็ด

3. หลังจากอุ่นให้นำผลึกเมล็ดมาสัมผัสกับพื้นผิวซิลิกอนหลอมเหลวเพื่อให้กระบวนการเพาะเมล็ดสมบูรณ์

ระยะคอ:

1. ตามขั้นตอนการเพาะ ค่อยๆ เพิ่มอุณหภูมิในขณะที่ผลึกเมล็ดเริ่มหมุนและถูกดึงขึ้นอย่างช้าๆ กลายเป็นผลึกเดี่ยวขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.5 ถึง 0.7 ซม. ซึ่งเล็กกว่าผลึกเมล็ดเริ่มต้น

2. เป้าหมายหลักในระหว่างระยะคอนี้คือการกำจัดข้อบกพร่องใดๆ ที่มีอยู่ในผลึกเมล็ด รวมถึงข้อบกพร่องใหม่ใดๆ ที่อาจเกิดขึ้นจากความผันผวนของอุณหภูมิในระหว่างกระบวนการเพาะเมล็ด แม้ว่าความเร็วในการดึงจะค่อนข้างเร็วในระหว่างขั้นตอนนี้ แต่จะต้องรักษาไว้ภายในขีดจำกัดที่เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการทำงานที่เร็วเกินไป

เวทีไหล่:

1. หลังจากการคอเสร็จสิ้น ให้ลดความเร็วในการดึงและลดอุณหภูมิเพื่อให้คริสตัลค่อยๆ ได้เส้นผ่านศูนย์กลางที่ต้องการ

2. การควบคุมอุณหภูมิและความเร็วในการดึงอย่างระมัดระวังในระหว่างกระบวนการแบกไหล่นี้ถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการเติบโตของคริสตัลจะสม่ำเสมอและมั่นคง

ระยะการเจริญเติบโตของเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน:

1. ในขณะที่กระบวนการบ่าใกล้เสร็จสิ้น ให้ค่อยๆ เพิ่มและทำให้อุณหภูมิคงที่เพื่อให้แน่ใจว่าเส้นผ่านศูนย์กลางจะมีการเติบโตสม่ำเสมอ

2. ขั้นตอนนี้ต้องมีการควบคุมความเร็วและอุณหภูมิในการดึงอย่างเข้มงวดเพื่อรับประกันความสม่ำเสมอและความสม่ำเสมอของผลึกเดี่ยว

ขั้นตอนสุดท้าย:

1. เมื่อการเติบโตของผลึกเดี่ยวใกล้จะเสร็จสมบูรณ์ ให้เพิ่มอุณหภูมิปานกลางและเร่งอัตราการดึงเพื่อค่อยๆ ลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งคริสตัลให้เป็นจุดหนึ่ง

2. การเรียวนี้ช่วยป้องกันข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นจากอุณหภูมิที่ลดลงอย่างกะทันหันเมื่อแท่งคริสตัลออกจากสถานะหลอมเหลว ดังนั้นจึงรับประกันคุณภาพโดยรวมของคริสตัลในระดับสูง

หลังจากการดึงผลึกเดี่ยวโดยตรงเสร็จสิ้น จะได้แท่งคริสตัลดิบของเวเฟอร์ โดยการตัดแท่งคริสตัลจะได้เวเฟอร์ดั้งเดิมที่สุด อย่างไรก็ตาม เวเฟอร์ไม่สามารถใช้งานได้โดยตรงในขณะนี้ เพื่อให้ได้แผ่นเวเฟอร์ที่ใช้งานได้ จำเป็นต้องมีการดำเนินการที่ซับซ้อนในภายหลัง เช่น การขัดเงา การทำความสะอาด การสะสมฟิล์มบาง การอบอ่อน ฯลฯ

Semicorex นำเสนอคุณภาพสูงเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์- หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com