Proces produkcji płytek krzemowych
Jun 17, 2024
1. Ekstrakcja i oczyszczanie krzemu:
Wafle krzemowe zaczynają swoje życie jako surowy krzem, który jest wydobywany z kwarcytu, formy skały piaskowcowej kwarcu. Krzem jest oczyszczany poprzez proces obejmujący ogrzewanie węglem w piecu elektrycznym. Proces ten, znany jako redukcja karbotermiczna, wytwarza krzem o jakości metalurgicznej.
2. Udoskonalenie do stopnia elektronicznego:
Aby osiągnąć czystość wymaganą do zastosowań półprzewodnikowych, krzem klasy metalurgicznej przechodzi dalszą rafinację poprzez proces chemiczny znany jako proces Siemensa. Proces ten przekształca krzem w formę polisilikonu o wysokiej czystości, eliminując zanieczyszczenia, takie jak żelazo, aluminium i bor.
3. Topienie i wzrost kryształów:
Oczyszczony polisilikon jest topiony w tyglu kwarcowym w temperaturach przekraczających 1400 stopni. Mały, precyzyjnie zorientowany kryształ zarodkowy krzemu jest zanurzany w stopionym krzemie. Orientacja kryształu zarodkowego pomaga w kierowaniu wzrostem kryształu krzemu o określonej orientacji krystalicznej.
4. Proces Czochralskiego:
Najpopularniejszą metodą hodowli monokrystalicznego krzemu jest proces Czochralskiego. Kryształ zarodkowy, przymocowany do pręta, jest powoli wyciągany i obracany z topnika. Podczas wyciągania krzem krystalizuje na zarodku, tworząc cylindryczny monokryształ.
5. Doping:
W trakcie procesu wzrostu do krzemu mogą być dodawane określone zanieczyszczenia, zwane domieszkami (takie jak bor, fosfor lub arsen), które zmieniają właściwości elektryczne krzemu, przekształcając go w półprzewodnik typu p lub n.
6. Krojenie sztabki:
Po wyhodowaniu monokrystalicznego krzemu, jest on cięty na cienkie dyski za pomocą piły diamentowej. Te dyski to wafle krzemowe. Każdy wafel ma zazwyczaj grubość około 1 mm.
7. Polerowanie:
Następnie wafle są polerowane, aby uzyskać gładką, nieskazitelną powierzchnię. Ten krok jest kluczowy, ponieważ wszelkie niedoskonałości powierzchni mogą mieć wpływ na wydajność urządzeń półprzewodnikowych wykonanych z wafli.
8. Czyszczenie:
Po polerowaniu wafle przechodzą rygorystyczne procesy czyszczenia w celu usunięcia wszystkich zanieczyszczeń powierzchniowych i cząstek. Ten etap często obejmuje wiele rund trawienia i płukania.
9. Kontrola i badania:
Na koniec każdy wafel jest sprawdzany i testowany pod kątem jakości i czystości. Zaawansowany sprzęt metrologiczny jest używany, aby upewnić się, że każdy wafel spełnia surowe standardy wymagane do produkcji półprzewodników.
