वेफर्स हे इंटिग्रेटेड सर्किट्स, डिस्क्रिट सेमीकंडक्टर उपकरणे आणि पॉवर उपकरणांच्या उत्पादनासाठी मुख्य कच्चा माल आहेत. 90% पेक्षा जास्त इंटिग्रेटेड सर्किट्स उच्च-शुद्धतेच्या, उच्च-गुणवत्तेच्या वेफर्सवर बनतात.
वेफर तयार करण्याचे उपकरण म्हणजे विशिष्ट व्यास आणि लांबीच्या सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल रॉड मटेरिअलमध्ये शुद्ध पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन मटेरियल बनवण्याच्या प्रक्रियेला आणि नंतर सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल रॉड मटेरियलला यांत्रिक प्रक्रिया, रासायनिक प्रक्रिया आणि इतर प्रक्रियांच्या मालिकेसाठी अधीन करणे.
सिलिकॉन वेफर्स किंवा एपिटॅक्सियल सिलिकॉन वेफर्स तयार करणारी उपकरणे जी विशिष्ट भौमितिक अचूकता आणि पृष्ठभागाच्या गुणवत्तेच्या आवश्यकता पूर्ण करतात आणि चिप उत्पादनासाठी आवश्यक सिलिकॉन सब्सट्रेट प्रदान करतात.
200 मिमी पेक्षा कमी व्यासासह सिलिकॉन वेफर्स तयार करण्यासाठी विशिष्ट प्रक्रिया प्रवाह आहे:
सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ → ट्रंकेशन → बाह्य व्यास रोलिंग → स्लाइसिंग → चेम्फरिंग → ग्राइंडिंग → एचिंग → गेटरिंग → पॉलिशिंग → क्लीनिंग → एपिटॅक्सी → पॅकेजिंग इ.
300 मिमी व्यासासह सिलिकॉन वेफर्स तयार करण्यासाठी मुख्य प्रक्रिया प्रवाह खालीलप्रमाणे आहे:
सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ → ट्रंकेशन → बाह्य व्यास रोलिंग → स्लाइसिंग → चेम्फरिंग → पृष्ठभाग ग्राइंडिंग → एचिंग → एज पॉलिशिंग → डबल-साइड पॉलिशिंग → सिंगल-साइड पॉलिशिंग → अंतिम क्लीनिंग → एपिटॅक्सी/ॲनलिंग → पॅकेजिंग इ.
1.सिलिकॉन साहित्य
सिलिकॉन ही अर्धसंवाहक सामग्री आहे कारण त्यात 4 व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन आहेत आणि ते इतर घटकांसह आवर्त सारणीच्या IVA गटात आहे.
सिलिकॉनमधील व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन्सची संख्या त्याला चांगला कंडक्टर (1 व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन) आणि इन्सुलेटर (8 व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन) यांच्यामध्ये ठेवते.
शुद्ध सिलिकॉन निसर्गात आढळत नाही आणि उत्पादनासाठी पुरेसे शुद्ध करण्यासाठी ते काढले आणि शुद्ध केले पाहिजे. हे सहसा सिलिका (सिलिकॉन ऑक्साईड किंवा SiO2) आणि इतर सिलिकेट्समध्ये आढळते.
SiO2 च्या इतर प्रकारांमध्ये काच, रंगहीन क्रिस्टल, क्वार्ट्ज, एगेट आणि मांजरीचा डोळा यांचा समावेश होतो.
सेमीकंडक्टर म्हणून वापरलेली पहिली सामग्री 1940 आणि 1950 च्या दशकाच्या सुरुवातीस जर्मेनियम होते, परंतु ती पटकन सिलिकॉनने बदलली.
चार मुख्य कारणांसाठी मुख्य अर्धसंवाहक सामग्री म्हणून सिलिकॉनची निवड केली गेली:
सिलिकॉन सामग्रीची विपुलता: सिलिकॉन हा पृथ्वीवरील दुसऱ्या क्रमांकाचा सर्वात मुबलक घटक आहे, जो पृथ्वीच्या कवचापैकी 25% आहे.
सिलिकॉन सामग्रीचा उच्च वितळण्याचा बिंदू विस्तृत प्रक्रिया सहनशीलतेस अनुमती देतो: 1412°C वर सिलिकॉनचा वितळण्याचा बिंदू 937°C वर जर्मेनियमच्या वितळण्याच्या बिंदूपेक्षा खूप जास्त आहे. उच्च वितळण्याचा बिंदू सिलिकॉनला उच्च-तापमान प्रक्रियांचा सामना करण्यास अनुमती देतो.
सिलिकॉन मटेरियलमध्ये ऑपरेटिंग तापमानाची विस्तृत श्रेणी असते;
सिलिकॉन ऑक्साईडची नैसर्गिक वाढ (SiO2): SiO2 ही उच्च-गुणवत्तेची, स्थिर विद्युत इन्सुलेट सामग्री आहे आणि बाह्य दूषित होण्यापासून सिलिकॉनचे संरक्षण करण्यासाठी उत्कृष्ट रासायनिक अडथळा म्हणून कार्य करते. एकात्मिक सर्किट्समधील समीप कंडक्टरमधील गळती टाळण्यासाठी विद्युत स्थिरता महत्त्वाची आहे. उच्च-कार्यक्षमता मेटल-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (MOS-FET) उपकरणांच्या निर्मितीसाठी SiO2 सामग्रीचे स्थिर पातळ थर वाढवण्याची क्षमता मूलभूत आहे. SiO2 चे सिलिकॉन सारखेच यांत्रिक गुणधर्म आहेत, ज्यामुळे जास्त प्रमाणात सिलिकॉन वेफर वार्पिंगशिवाय उच्च-तापमान प्रक्रिया होऊ शकते.
2. वेफर तयार करणे
सेमीकंडक्टर वेफर्स मोठ्या प्रमाणात सेमीकंडक्टर सामग्रीपासून कापले जातात. या सेमीकंडक्टर सामग्रीला क्रिस्टल रॉड म्हणतात, जे पॉलीक्रिस्टलाइन आणि न केलेल्या आंतरिक सामग्रीच्या मोठ्या ब्लॉकपासून विकसित केले जाते.
पॉलीक्रिस्टलाइन ब्लॉकला मोठ्या सिंगल क्रिस्टलमध्ये बदलणे आणि त्याला योग्य क्रिस्टल ओरिएंटेशन आणि योग्य प्रमाणात एन-टाइप किंवा पी-टाइप डोपिंग देणे याला क्रिस्टल ग्रोथ म्हणतात.
सिलिकॉन वेफर तयार करण्यासाठी सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन इंगॉट्स तयार करण्यासाठी सर्वात सामान्य तंत्रज्ञान म्हणजे झोक्राल्स्की पद्धत आणि झोन मेल्टिंग पद्धत.
2.1 Czochralski पद्धत आणि Czochralski सिंगल क्रिस्टल फर्नेस
Czochralski (CZ) पद्धत, ज्याला Czochralski (CZ) पद्धत असेही म्हटले जाते, वितळलेल्या अर्धसंवाहक-श्रेणीच्या सिलिकॉन द्रवाचे घन एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन इनगॉट्समध्ये योग्य क्रिस्टल अभिमुखतेसह रूपांतर करण्याच्या प्रक्रियेस संदर्भित करते आणि N-प्रकार किंवा P- मध्ये डोप केले जाते. प्रकार
सध्या, झोक्राल्स्की पद्धतीचा वापर करून 85% पेक्षा जास्त सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनचे उत्पादन घेतले जाते.
झोक्रॅल्स्की सिंगल क्रिस्टल फर्नेस म्हणजे प्रक्रिया उपकरणे जे उच्च-शुद्धता असलेल्या पॉलिसिलिकॉन सामग्रीला बंद उच्च व्हॅक्यूम किंवा दुर्मिळ वायू (किंवा अक्रिय वायू) संरक्षण वातावरणात गरम करून द्रवपदार्थात वितळवते आणि नंतर विशिष्ट बाह्यांसह सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन सामग्री तयार करण्यासाठी त्यांचे पुनर्क्रिस्टलीकरण करते. परिमाणे
सिंगल क्रिस्टल फर्नेसचे कार्य तत्व म्हणजे पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन मटेरियल द्रव स्थितीत सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन मटेरिअलमध्ये रिक्रिस्टॉल करण्याची भौतिक प्रक्रिया आहे.
CZ सिंगल क्रिस्टल फर्नेस चार भागांमध्ये विभागली जाऊ शकते: फर्नेस बॉडी, यांत्रिक ट्रांसमिशन सिस्टम, हीटिंग आणि तापमान नियंत्रण प्रणाली आणि गॅस ट्रान्समिशन सिस्टम.
फर्नेस बॉडीमध्ये फर्नेस पोकळी, सीड क्रिस्टल अक्ष, क्वार्ट्ज क्रूसिबल, डोपिंग स्पून, सीड क्रिस्टल कव्हर आणि एक निरीक्षण विंडो समाविष्ट आहे.
भट्टीतील पोकळी हे सुनिश्चित करण्यासाठी आहे की भट्टीतील तापमान समान रीतीने वितरीत केले जाईल आणि उष्णता चांगल्या प्रकारे नष्ट करू शकेल; सीड क्रिस्टल शाफ्टचा वापर सीड क्रिस्टलला वर आणि खाली हलविण्यासाठी आणि फिरविण्यासाठी केला जातो; डोपिंग करणे आवश्यक असलेल्या अशुद्धी डोपिंग चमच्यामध्ये ठेवल्या जातात;
सीड क्रिस्टल कव्हर हे बीज क्रिस्टलला दूषित होण्यापासून संरक्षण करण्यासाठी आहे. मेकॅनिकल ट्रान्समिशन सिस्टीमचा वापर प्रामुख्याने सीड क्रिस्टल आणि क्रूसिबलच्या हालचालींवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी केला जातो.
सिलिकॉन सोल्यूशनचे ऑक्सिडीकरण होत नाही याची खात्री करण्यासाठी, भट्टीतील व्हॅक्यूम डिग्री खूप जास्त असणे आवश्यक आहे, साधारणपणे 5 टॉरपेक्षा कमी आणि जोडलेल्या अक्रिय वायूची शुद्धता 99.9999% पेक्षा जास्त असणे आवश्यक आहे.
सिलिकॉन इंगॉट वाढवण्यासाठी सीड क्रिस्टल म्हणून इच्छित क्रिस्टल ओरिएंटेशनसह सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनचा तुकडा वापरला जातो आणि वाढलेली सिलिकॉन पिंड हे सीड क्रिस्टलच्या प्रतिकृतीसारखे असते.
वितळलेले सिलिकॉन आणि सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन सीड क्रिस्टल यांच्यातील इंटरफेसमधील परिस्थिती अचूकपणे नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. या परिस्थितींमुळे सिलिकॉनचा पातळ थर बीज क्रिस्टलच्या संरचनेची अचूक प्रतिकृती बनवू शकतो आणि शेवटी मोठ्या सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन इंगॉटमध्ये वाढू शकतो.
2.2 झोन वितळण्याची पद्धत आणि झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल फर्नेस
फ्लोट झोन पद्धत (FZ) अत्यंत कमी ऑक्सिजन सामग्रीसह सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन इंगॉट्स तयार करते. फ्लोट झोन पद्धत 1950 च्या दशकात विकसित केली गेली आणि आजपर्यंतचे सर्वात शुद्ध सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन तयार करू शकते.
झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल फर्नेस म्हणजे अशा भट्टीचा संदर्भ जो उच्च व्हॅक्यूम किंवा दुर्मिळ क्वार्ट्ज ट्यूब गॅसमध्ये पॉलीक्रिस्टलाइन रॉड फर्नेस बॉडीच्या उच्च-तापमानाच्या अरुंद बंद क्षेत्राद्वारे पॉलीक्रिस्टलाइन रॉडमध्ये अरुंद वितळण्याचा झोन तयार करण्यासाठी झोन वितळण्याच्या तत्त्वाचा वापर करतो. संरक्षण वातावरण.
एक प्रक्रिया उपकरण जे पॉलीक्रिस्टलाइन रॉड किंवा फर्नेस हीटिंग बॉडीला वितळण्याच्या क्षेत्राकडे हलवते आणि हळूहळू एका क्रिस्टल रॉडमध्ये स्फटिक करते.
झोन मेल्टिंग पद्धतीने सिंगल क्रिस्टल रॉड्स तयार करण्याचे वैशिष्ट्य म्हणजे पॉलिक्रिस्टलाइन रॉड्सची शुद्धता एकल क्रिस्टल रॉड्समध्ये क्रिस्टलायझेशन प्रक्रियेत सुधारली जाऊ शकते आणि रॉड सामग्रीची डोपिंग वाढ अधिक एकसमान असते.
झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल फर्नेसेसचे प्रकार दोन प्रकारांमध्ये विभागले जाऊ शकतात: फ्लोटिंग झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल फर्नेसेस जे पृष्ठभागावरील तणाव आणि क्षैतिज झोन वितळणाऱ्या सिंगल क्रिस्टल फर्नेसेसवर अवलंबून असतात. व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये, झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल फर्नेस सामान्यतः फ्लोटिंग झोन मेल्टिंगचा अवलंब करतात.
झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल फर्नेस उच्च-शुद्धता कमी-ऑक्सिजन सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन क्रूसिबलची आवश्यकता न घेता तयार करू शकते. हे प्रामुख्याने उच्च-प्रतिरोधकता (>20kΩ·cm) सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन तयार करण्यासाठी आणि झोन वितळणारे सिलिकॉन शुद्ध करण्यासाठी वापरले जाते. ही उत्पादने मुख्यतः स्वतंत्र उर्जा उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये वापरली जातात.
झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल फर्नेसमध्ये फर्नेस चेंबर, वरचा शाफ्ट आणि लोअर शाफ्ट (मेकॅनिकल ट्रान्समिशन भाग), क्रिस्टल रॉड चक, सीड क्रिस्टल चक, हीटिंग कॉइल (उच्च वारंवारता जनरेटर), गॅस पोर्ट्स (व्हॅक्यूम पोर्ट), गॅस इनलेट, अप्पर गॅस आउटलेट), इ.
फर्नेस चेंबरच्या संरचनेत, थंड पाण्याचे परिसंचरण व्यवस्थित केले जाते. सिंगल क्रिस्टल फर्नेसच्या वरच्या शाफ्टच्या खालच्या टोकाला एक क्रिस्टल रॉड चक आहे, ज्याचा वापर पॉलीक्रिस्टलाइन रॉड पकडण्यासाठी केला जातो; खालच्या शाफ्टच्या वरच्या टोकाला सीड क्रिस्टल चक आहे, जो सीड क्रिस्टल क्लॅम्प करण्यासाठी वापरला जातो.
हीटिंग कॉइलला उच्च-वारंवारता वीज पुरवठा केला जातो आणि खालच्या टोकापासून सुरू होणाऱ्या पॉलीक्रिस्टलाइन रॉडमध्ये एक अरुंद वितळणारा झोन तयार होतो. त्याच वेळी, वरचे आणि खालचे अक्ष फिरतात आणि खाली येतात, ज्यामुळे वितळणारे क्षेत्र एकाच क्रिस्टलमध्ये स्फटिक होते.
झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल फर्नेसचे फायदे असे आहेत की ते केवळ तयार केलेल्या सिंगल क्रिस्टलची शुद्धता सुधारू शकत नाही, तर रॉड डोपिंगची वाढ अधिक एकसमान बनवू शकते आणि सिंगल क्रिस्टल रॉड अनेक प्रक्रियेद्वारे शुद्ध केले जाऊ शकते.
झोन वितळणाऱ्या सिंगल क्रिस्टल फर्नेसचे तोटे म्हणजे उच्च प्रक्रिया खर्च आणि तयार केलेल्या सिंगल क्रिस्टलचा लहान व्यास. सध्या, एकल क्रिस्टलचा जास्तीत जास्त व्यास 200 मिमी आहे.
झोन मेल्टिंग सिंगल क्रिस्टल फर्नेस उपकरणाची एकूण उंची तुलनेने जास्त आहे आणि वरच्या आणि खालच्या अक्षांचा स्ट्रोक तुलनेने लांब आहे, त्यामुळे यापुढे सिंगल क्रिस्टल रॉड्स वाढवता येतात.
3. वेफर प्रक्रिया आणि उपकरणे
क्रिस्टल रॉडला सिलिकॉन सब्सट्रेट तयार करण्यासाठी प्रक्रियांच्या मालिकेतून जाणे आवश्यक आहे जे सेमीकंडक्टर उत्पादनाच्या आवश्यकता पूर्ण करते, म्हणजे वेफर. प्रक्रियेची मूलभूत प्रक्रिया आहे:
टंबलिंग, कटिंग, स्लाइसिंग, वेफर ॲनिलिंग, चेम्फरिंग, ग्राइंडिंग, पॉलिशिंग, क्लीनिंग आणि पॅकेजिंग इ.
3.1 वेफर एनीलिंग
पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन आणि झोक्राल्स्की सिलिकॉन तयार करण्याच्या प्रक्रियेत, सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनमध्ये ऑक्सिजन असतो. एका विशिष्ट तापमानात, सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनमधील ऑक्सिजन इलेक्ट्रॉन दान करेल आणि ऑक्सिजनचे ऑक्सिजन दातांमध्ये रूपांतर होईल. हे इलेक्ट्रॉन सिलिकॉन वेफरमधील अशुद्धतेसह एकत्रित होतील आणि सिलिकॉन वेफरच्या प्रतिरोधकतेवर परिणाम करतील.
एनीलिंग फर्नेस: भट्टीचा संदर्भ देते जी भट्टीचे तापमान हायड्रोजन किंवा आर्गॉन वातावरणात 1000-1200°C पर्यंत वाढवते. उबदार आणि थंड ठेवल्याने, पॉलिश केलेल्या सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागाजवळचा ऑक्सिजन अस्थिर होतो आणि त्याच्या पृष्ठभागावरून काढून टाकला जातो, ज्यामुळे ऑक्सिजनचा अवक्षेप होतो आणि थर पडतो.
प्रक्रिया उपकरणे जी सिलिकॉन वेफर्सच्या पृष्ठभागावरील सूक्ष्म दोष विरघळवतात, सिलिकॉन वेफर्सच्या पृष्ठभागाजवळील अशुद्धतेचे प्रमाण कमी करतात, दोष कमी करतात आणि सिलिकॉन वेफर्सच्या पृष्ठभागावर तुलनेने स्वच्छ क्षेत्र तयार करतात.
ॲनिलिंग भट्टीला उच्च तापमानामुळे उच्च-तापमान भट्टी देखील म्हणतात. उद्योग सिलिकॉन वेफर ॲनिलिंग प्रक्रियेला गेटरिंग देखील म्हणतात.
सिलिकॉन वेफर ॲनिलिंग फर्नेसमध्ये विभागलेले आहे:
- क्षैतिज ऍनीलिंग भट्टी;
-उभ्या annealing भट्टी;
-रॅपिड ॲनिलिंग भट्टी.
क्षैतिज ॲनिलिंग फर्नेस आणि उभ्या ॲनिलिंग फर्नेसमधील मुख्य फरक म्हणजे प्रतिक्रिया चेंबरची मांडणी दिशा.
क्षैतिज ॲनिलिंग फर्नेसचा रिॲक्शन चेंबर क्षैतिजरित्या संरचित आहे, आणि सिलिकॉन वेफर्सचा बॅच ॲनिलिंग भट्टीच्या रिॲक्शन चेंबरमध्ये त्याच वेळी ॲनिलिंगसाठी लोड केला जाऊ शकतो. एनीलिंगची वेळ सामान्यतः 20 ते 30 मिनिटे असते, परंतु ॲनिलिंग प्रक्रियेद्वारे आवश्यक तापमानापर्यंत पोहोचण्यासाठी प्रतिक्रिया कक्षांना जास्त वेळ गरम करण्याची आवश्यकता असते.
उभ्या ॲनिलिंग फर्नेसच्या प्रक्रियेमध्ये ॲनिलिंग उपचारासाठी ॲनिलिंग भट्टीच्या रिॲक्शन चेंबरमध्ये सिलिकॉन वेफर्सचा बॅच एकाच वेळी लोड करण्याची पद्धत देखील स्वीकारली जाते. रिॲक्शन चेंबरमध्ये उभ्या संरचनेचा लेआउट आहे, ज्यामुळे सिलिकॉन वेफर्स क्वार्ट्ज बोटमध्ये क्षैतिज स्थितीत ठेवता येतात.
त्याच वेळी, क्वार्ट्ज बोट रिॲक्शन चेंबरमध्ये संपूर्णपणे फिरू शकत असल्याने, रिॲक्शन चेंबरचे ॲनिलिंग तापमान एकसमान असते, सिलिकॉन वेफरवरील तापमान वितरण एकसमान असते आणि त्यात उत्कृष्ट ॲनिलिंग एकरूपता वैशिष्ट्ये आहेत. तथापि, उभ्या ॲनिलिंग भट्टीची प्रक्रिया किंमत क्षैतिज ॲनिलिंग भट्टीपेक्षा जास्त आहे.
रॅपिड ॲनिलिंग फर्नेस सिलिकॉन वेफरला थेट गरम करण्यासाठी हॅलोजन टंगस्टन दिवा वापरते, जे 1 ते 250°C/s च्या विस्तृत श्रेणीमध्ये जलद गरम किंवा कूलिंग मिळवू शकते. पारंपारिक ऍनीलिंग भट्टीपेक्षा गरम किंवा थंड होण्याचा दर वेगवान आहे. रिॲक्शन चेंबरचे तापमान ११०० डिग्री सेल्सिअसपेक्षा जास्त गरम होण्यासाठी फक्त काही सेकंद लागतात.
———————————————————————————————————————————————————— ——
सेमिसेरा देऊ शकतातग्रेफाइट भाग,मऊ/कठोर वाटले,सिलिकॉन कार्बाइड भाग, CVD सिलिकॉन कार्बाइड भाग, आणिSiC/TaC लेपित भाग30 दिवसात पूर्ण सेमीकंडक्टर प्रक्रियेसह.
तुम्हाला वरील सेमीकंडक्टर उत्पादनांमध्ये स्वारस्य असल्यास, कृपया प्रथमच आमच्याशी संपर्क साधण्यास अजिबात संकोच करू नका.
दूरध्वनी: +८६-१३३७३८८९६८३
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
पोस्ट वेळ: ऑगस्ट-26-2024