روش چوکرالسکی

ویفراز میله های کریستالی که از مواد ذاتی پلی کریستالی و خالص ساخته شده اند، تکه تکه شده اند. فرآیند تبدیل مواد پلی کریستالی به تک بلورها از طریق ذوب و تبلور مجدد به رشد کریستال معروف است. در حال حاضر، دو روش اصلی برای این فرآیند به کار گرفته می شود: روش Czochralski و روش ذوب منطقه. در این میان، روش Czochralski (که اغلب به عنوان روش CZ نامیده می شود) مهم ترین روش برای رشد تک کریستال ها از مذاب است. در واقع، بیش از 85 درصد سیلیکون تک کریستال با استفاده از روش Czochralski تولید می شود.

روش Czochralski شامل حرارت دادن و ذوب مواد سیلیکونی پلی کریستالی با خلوص بالا به حالت مایع تحت خلاء بالا یا جو گاز خنثی و به دنبال آن تبلور مجدد برای تشکیل سیلیکون تک کریستالی است. تجهیزات لازم برای این فرآیند شامل یک کوره تک کریستال Czochralski است که از یک بدنه کوره، یک سیستم انتقال مکانیکی، یک سیستم کنترل دما و یک سیستم انتقال گاز تشکیل شده است. طراحی کوره توزیع یکنواخت دما و اتلاف موثر گرما را تضمین می کند. سیستم انتقال مکانیکی حرکت بوته و کریستال دانه را مدیریت می کند، در حالی که سیستم گرمایش پلی سیلیکون را با استفاده از یک سیم پیچ فرکانس بالا یا یک گرم کننده مقاومتی ذوب می کند. سیستم انتقال گاز وظیفه ایجاد خلاء و پر کردن محفظه با گاز بی اثر برای جلوگیری از اکسید شدن محلول سیلیکون، با سطح خلاء مورد نیاز زیر 5 Torr و خلوص گاز خنثی حداقل 99.9999٪ است.

خلوص میله کریستالی بسیار مهم است، زیرا به طور قابل توجهی بر کیفیت ویفر حاصل تأثیر می گذارد. بنابراین حفظ خلوص بالا در طول رشد تک بلورها ضروری است.

رشد کریستال شامل استفاده از سیلیکون تک کریستالی با جهت کریستالی خاص به عنوان کریستال بذر اولیه برای کشت شمش سیلیکون است. شمش سیلیکون به دست آمده ویژگی های ساختاری (جهت کریستالی) کریستال بذر را به ارث می برد. برای اطمینان از اینکه سیلیکون مذاب دقیقاً از ساختار کریستالی کریستال بذر پیروی می کند و به تدریج به یک شمش سیلیکون تک کریستال بزرگ منبسط می شود، شرایط در رابط تماس بین سیلیکون مذاب و کریستال های دانه سیلیکون تک کریستال باید به شدت کنترل شود. این فرآیند توسط یک کوره رشد تک کریستالی Czochralski (CZ) تسهیل می شود.

مراحل اصلی رشد سیلیکون تک کریستال از طریق روش CZ به شرح زیر است:

مرحله آماده سازی:

1. با سیلیکون پلی کریستالی با خلوص بالا شروع کنید، سپس آن را با استفاده از محلول مخلوط اسید هیدروفلوئوریک و اسید نیتریک خرد و تمیز کنید.

2. کریستال بذر را صیقل دهید و اطمینان حاصل کنید که جهت رشد آن با جهت رشد مورد نظر سیلیکون تک کریستال مطابقت دارد و عاری از نقص است. هر نقصی توسط کریستال در حال رشد "به ارث برده می شود".

3. ناخالصی هایی را که باید به بوته اضافه شوند انتخاب کنید تا نوع هدایت کریستال در حال رشد (از نوع N یا P) کنترل شود.

4. تمام مواد تمیز شده را با آب دیونیزه شده با خلوص بالا بشویید تا خنثی شود، سپس آنها را خشک کنید.

بارگیری کوره:

1. پلی سیلیکون خرد شده را در یک بوته کوارتز قرار دهید، کریستال بذر را محکم کنید، روی آن را بپوشانید، کوره را تخلیه کنید و آن را با گاز بی اثر پر کنید.

گرمایش و ذوب پلی سیلیکون:

1. پس از پر شدن با گاز بی اثر، پلی سیلیکون را در بوته حرارت داده و ذوب کنید، معمولاً در دمای حدود 1420 درجه سانتیگراد.

مرحله رشد:

1. این مرحله به عنوان "بذر" نامیده می شود. دما را کمی کمتر از 1420 درجه سانتیگراد کاهش دهید تا کریستال بذر چند میلی متر بالاتر از سطح مایع قرار گیرد.

2. کریستال بذر را حدود 2-3 دقیقه از قبل گرم کنید تا تعادل حرارتی بین سیلیکون مذاب و کریستال دانه حاصل شود.

3. پس از گرم شدن، کریستال بذر را با سطح سیلیکون مذاب در تماس قرار دهید تا فرآیند کاشت کامل شود.

مرحله گردن زدن:

1. در ادامه مرحله کاشت، به تدریج دما را افزایش دهید در حالی که کریستال بذر شروع به چرخش می کند و به آرامی به سمت بالا کشیده می شود و یک تک بلور کوچک با قطر حدود 0.5 تا 0.7 سانتی متر کوچکتر از بلور بذر اولیه تشکیل می دهد.

2. هدف اولیه در این مرحله گلویی، از بین بردن هر گونه نقص موجود در کریستال بذر و همچنین هرگونه نقص جدیدی است که ممکن است از نوسانات دما در طول فرآیند کاشت ایجاد شود. اگرچه سرعت کشش در این مرحله نسبتاً سریع است، اما باید در محدوده مناسب حفظ شود تا از عملیات بیش از حد سریع جلوگیری شود.

مرحله شانه زدن:

1. پس از اتمام گردن بندی، سرعت کشش را کاهش دهید و دما را کاهش دهید تا کریستال به تدریج به قطر مورد نیاز برسد.

2. کنترل دقیق دما و سرعت کشش در طول این فرآیند شانه زدن برای اطمینان از رشد یکنواخت و پایدار کریستال ضروری است.

مرحله رشد با قطر برابر:

1. با نزدیک شدن به اتمام فرآیند شانه کردن، به آرامی دما را افزایش و تثبیت کنید تا از رشد یکنواخت قطر اطمینان حاصل کنید.

2. این مرحله نیاز به کنترل دقیق سرعت و دما دارد تا یکنواختی و قوام تک کریستال را تضمین کند.

مرحله پایانی:

1. با نزدیک شدن به اتمام رشد تک بلور، دما را به طور متوسط ​​افزایش دهید و سرعت کشش را تسریع کنید تا به تدریج قطر میله کریستال را به یک نقطه کاهش دهید.

2. این باریک شدن به جلوگیری از عیوب ناشی از افت ناگهانی دما در هنگام خروج میله کریستال از حالت مذاب کمک می کند و در نتیجه کیفیت بالای کریستال را تضمین می کند.

پس از اتمام کشیدن مستقیم تک کریستال، میله کریستالی ماده خام ویفر به دست می آید. با برش میله کریستالی اصلی ترین ویفر به دست می آید. با این حال، ویفر را نمی توان به طور مستقیم در این زمان استفاده کرد. برای به دست آوردن ویفرهای قابل استفاده، برخی عملیات پیچیده بعدی مانند پرداخت، تمیز کردن، رسوب لایه نازک، آنیل کردن و غیره مورد نیاز است.

Semicorex کیفیت بالایی را ارائه می دهدویفرهای نیمه هادی. اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com