Меня, как поставщика 5-дюймовых кремниевых пластин, часто спрашивают о процессе производства этих важнейших компонентов в полупроводниковой промышленности. В этом сообщении блога я подробно расскажу вам, как производятся 5-дюймовые кремниевые пластины, от сырья до конечного полированного продукта.
Шаг 1: Очистка кремния
Путешествие 5-дюймовой кремниевой пластины начинается с очистки кремния. Кремний — второй по распространенности элемент в земной коре, но обычно он встречается в форме диоксида кремния (SiO₂) в песке и кварце. Чтобы получить кремний высокой чистоты для полупроводниковых применений, требуется многоступенчатый процесс очистки.
Первым шагом является восстановление диоксида кремния до кремния металлургического качества (MG-Si) путем его нагревания углеродом в электродуговой печи. В результате этого процесса получается кремний чистотой около 98%. Однако такого уровня чистоты недостаточно для использования в полупроводниках, поэтому необходима дальнейшая очистка.
Следующим шагом является преобразование MG-Si в трихлорсилан (SiHCl₃) путем его взаимодействия с хлористым водородом (HCl). Трихлорсилан — летучее соединение, которое можно очистить фракционной перегонкой. Очищенный трихлорсилан затем восстанавливают водородом с получением высокочистого поликристаллического кремния (полисремния) чистотой до 99,9999999% (9N).
Шаг 2: Выращивание монокристалла
После получения поликремния высокой чистоты его необходимо превратить в слиток монокристаллического кремния. Наиболее распространенным методом выращивания монокристаллического кремния является процесс Чохральского (Cz), разработанный польским учёным Яном Чохральским в 1916 году.
В процессе Cz поликремний помещают в кварцевый тигель и нагревают до температуры плавления (около 1414°C) в атмосфере инертного газа. Затем небольшой затравочный кристалл кремния погружают в расплавленный кремний и медленно вытягивают вверх, вращая. Когда затравочный кристалл вытягивается, расплавленный кремний затвердевает вокруг него, образуя монокристаллический кремниевый слиток.
Диаметр слитка регулируется путем регулирования скорости вытягивания и температуры расплавленного кремния. Для 5-дюймовых кремниевых пластин слиток обычно выращивается до диаметра около 127 мм (5 дюймов). Длина слитка может варьироваться в зависимости от конкретных требований заказчика, но обычно составляет несколько сотен миллиметров.
Шаг 3: Нарезка слитка
После того, как слиток монокристаллического кремния выращен, его необходимо разрезать на отдельные пластины. Это делается с помощью алмазной пилы или проволочной пилы. Пильное полотно или проволока покрыты алмазными частицами, которые чрезвычайно тверды и могут точно разрезать кремниевый слиток.
Толщина пластин обычно составляет от 275 до 725 микрометров, в зависимости от применения. Более толстые пластины более прочны и могут выдерживать более высокие температуры и механические нагрузки, тогда как более тонкие пластины используются в приложениях, где пространство ограничено.
Шаг 4: Шлифование и притирка пластин
После нарезки вафли обычно становятся шероховатыми и имеют неоднородную толщину. Чтобы сделать их пригодными для обработки полупроводников, их необходимо отшлифовать и притереть, чтобы поверхность стала гладкой и ровной.
Шлифование — это первый этап процесса, при котором пластины помещаются на вращающуюся плиту, а шлифовальный круг используется для удаления шероховатого поверхностного слоя. Шлифовальный круг изготовлен из твердого абразивного материала, такого как карбид кремния или алмаз, и предназначен для быстрого и равномерного удаления материала.
После шлифования пластины притираются для дальнейшего улучшения качества поверхности и плоскостности. Притирка — это процесс, при котором пластины помещаются на притирочную пластину, а для полировки поверхности используется суспензия абразивных частиц. Притирочная пластина обычно изготавливается из мягкого материала, например чугуна или меди, а абразивные частицы обычно представляют собой оксид алюминия или диоксид кремния.
Шаг 5: Травление пластин
После шлифовки и притирки на поверхности пластин могут оставаться некоторые повреждения и загрязнения. Чтобы удалить их, пластины травят химическим раствором. Травление — это процесс, при котором поверхность пластины выборочно удаляется путем взаимодействия с химическим травителем.
Существует два основных типа травления: влажное травление и сухое травление. При влажном травлении используется жидкий химический травитель, такой как плавиковая кислота (HF) или азотная кислота (HNO₃), для растворения поверхностного слоя пластины. С другой стороны, при сухом травлении для травления поверхности пластины используется плазма химически активных газов, таких как хлор или фтор.
Выбор метода травления зависит от конкретных требований применения. Мокрое травление, как правило, происходит быстрее и экономичнее, но оно может быть менее точным и может привести к повреждению поверхности пластины. С другой стороны, сухое травление более точное и может использоваться для травления сложных рисунков, но оно более дорогое и требует специального оборудования.
Шаг 6: Полировка пластины
После травления пластины обычно полируются до зеркального блеска поверхности. Полировка — это процесс, при котором пластины помещаются на полировальную подушку, а суспензия абразивных частиц используется для удаления оставшейся шероховатости поверхности. Полировальная подушечка обычно изготавливается из мягкого материала, например полиуретана, а абразивные частицы обычно представляют собой коллоидный диоксид кремния или оксид алюминия.
Процесс полировки тщательно контролируется, чтобы поверхность пластины была плоской и гладкой с точностью до нескольких нанометров. Это важно, поскольку любые неровности поверхности могут повлиять на работу полупроводниковых приборов, изготовленных на пластине.
Шаг 7: Очистка и проверка пластины
После полировки пластин их очищают от оставшихся загрязнений и частиц. Очистка обычно выполняется с использованием комбинации химических растворителей и деионизированной воды. Затем пластины сушат и проверяют на наличие дефектов, таких как царапины, трещины и частицы.
Проверка обычно проводится с использованием оптической микроскопии, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) или атомно-силовой микроскопии (АСМ). Эти методы позволяют производителю с высокой точностью обнаруживать и измерять дефекты на поверхности пластин. Любые пластины, не соответствующие стандартам качества, отбраковываются и перерабатываются.
Шаг 8: Упаковка и доставка вафель
После проверки и одобрения пластин они упаковываются в чистую и защитную среду, чтобы предотвратить загрязнение и повреждение во время транспортировки. Пластины обычно помещают в пластиковый носитель или кассету и запечатывают в пластиковый пакет или контейнер.
Упаковка предназначена для защиты пластин от влаги, пыли и статического электричества. Он также включает этикетки и маркировку, которые предоставляют информацию о размере пластины, ее ориентации и номере партии.
После упаковки вафли готовы к отправке покупателю. Процесс доставки тщательно контролируется, чтобы гарантировать, что вафли доберутся до места назначения в хорошем состоянии. Это может включать использование специализированных транспортных контейнеров, сред с контролируемой температурой и процедур обработки.
Заключение
В заключение отметим, что процесс производства 5-дюймовых кремниевых пластин — это сложный и высокоточный процесс, требующий передовых технологий и опыта. От очистки кремния до окончательной упаковки и отправки — каждый этап процесса тщательно контролируется, чтобы гарантировать качество и производительность пластин.
Как поставщик 5-дюймовых кремниевых пластин мы стремимся предоставлять нашим клиентам высококачественную продукцию, отвечающую их конкретным требованиям. Мы используем новейшие производственные технологии и оборудование, чтобы гарантировать высочайшее качество и надежность наших пластин.
Если вы заинтересованы в покупке 5-дюймовых кремниевых пластин или у вас есть вопросы о нашей продукции, свяжитесь с нами. Мы будем рады обсудить ваши потребности и предоставить вам коммерческое предложение.
Помимо 5-дюймовых кремниевых пластин мы также предлагаем широкий ассортимент кремниевых пластин других размеров, в том числе2-дюймовая кремниевая пластина (50,8 мм),3-дюймовая кремниевая пластина (76,2 мм), и8-дюймовая кремниевая пластина (200 мм). Наша продукция используется в различных областях, включая производство полупроводников, солнечные элементы и микроэлектромеханические системы (МЭМС).
Ссылки
- Сзе, С.М. (1985). Технология СБИС. МакГроу-Хилл.
- Вольф С. и Таубер Р.Н. (1986). Производство кремния в эпоху СБИС, Том 1: Технологический процесс. Решетчатый пресс.
- Маду, MJ (2002). Основы микропроизводства: наука миниатюризации. ЦРК Пресс.