Czochralski metode

Vaflerer skåret af krystalstænger, som er fremstillet af polykrystallinske og rene udopede egenmaterialer. Processen med at omdanne polykrystallinsk materiale til enkeltkrystaller gennem smeltning og omkrystallisation er kendt som krystalvækst. I øjeblikket anvendes to hovedmetoder til denne proces: Czochralski-metoden og zonesmeltemetoden. Blandt disse er Czochralski-metoden (ofte omtalt som CZ-metoden) den mest betydningsfulde for dyrkning af enkeltkrystaller fra smelter. Faktisk er over 85% af enkeltkrystal silicium produceret ved hjælp af Czochralski-metoden.

Czochralski-metoden involverer opvarmning og smeltning af polykrystallinske siliciummaterialer med høj renhed til en flydende tilstand under højvakuum eller en inert gasatmosfære efterfulgt af omkrystallisation til dannelse af enkeltkrystalsilicium. Det nødvendige udstyr til denne proces inkluderer en Czochralski enkeltkrystalovn, som består af et ovnlegeme, et mekanisk transmissionssystem, et temperaturkontrolsystem og et gastransmissionssystem. Ovnens design sikrer ensartet temperaturfordeling og effektiv varmeafledning. Det mekaniske transmissionssystem styrer diglens og frøkrystallens bevægelse, mens varmesystemet smelter polysilicium ved hjælp af enten en højfrekvent spole eller en modstandsvarmer. Gastransmissionssystemet er ansvarligt for at skabe et vakuum og fylde kammeret med inert gas for at forhindre oxidation af siliciumopløsningen, med et påkrævet vakuumniveau under 5 Torr og en inert gas renhed på mindst 99,9999%.

Renheden af ​​krystalstangen er kritisk, da den i væsentlig grad påvirker kvaliteten af ​​den resulterende wafer. Derfor er det vigtigt at opretholde høj renhed under væksten af ​​enkeltkrystaller.

Krystalvækst involverer at bruge enkeltkrystalsilicium med en specifik krystalorientering som startkrystal til at dyrke siliciumbarrer. Den resulterende siliciumbarre vil "arve" de strukturelle karakteristika (krystalorientering) af frøkrystallen. For at sikre, at det smeltede silicium nøjagtigt følger krystalstrukturen af ​​podekrystallen og gradvist udvider sig til en stor enkeltkrystal siliciumbarre, skal betingelserne ved kontaktgrænsefladen mellem det smeltede silicium og enkeltkrystal siliciumfrøkrystallerne kontrolleres nøje. Denne proces lettes af en Czochralski (CZ) enkeltkrystalvækstovn.

De vigtigste trin i dyrkning af enkeltkrystal silicium gennem CZ-metoden er som følger:

Forberedelsesstadiet:

1. Begynd med højrent polykrystallinsk silicium, knus og rengør det derefter med en blandet opløsning af flussyre og salpetersyre.

2. Poler frøkrystallen, og sørg for, at dens orientering matcher den ønskede vækstretning for enkeltkrystalsiliciumet, og at den er fri for defekter. Eventuelle ufuldkommenheder vil blive "arvet" af den voksende krystal.

3. Vælg de urenheder, der skal tilføjes til diglen for at kontrollere ledningsevnetypen for den voksende krystal (enten N-type eller P-type).

4. Skyl alle rensede materialer med højrent deioniseret vand, indtil de er neutrale, og tør dem derefter.

Indlæsning af ovnen:

1. Anbring det knuste polysilicium i en kvartsdigel, fastgør frøkrystallen, dæk den til, evakuer ovnen og fyld den med inert gas.

Opvarmning og smeltning af polysilicium:

1. Efter påfyldning med inert gas opvarmes og smeltes polysiliciumet i diglen, typisk ved en temperatur på omkring 1420°C.

Vækststadie:

1. Denne fase kaldes "såning". Sænk temperaturen til lidt under 1420°C, så frøkrystallen er placeret et par millimeter over væskeoverfladen.

2. Forvarm frøkrystallen i ca. 2-3 minutter for at opnå termisk ligevægt mellem det smeltede silicium og frøkrystallen.

3. Efter forvarmning bringes frøkrystallen i kontakt med den smeltede siliciumoverflade for at fuldføre podeprocessen.

Halsningsstadie:

1. Efter podningstrinnet øges temperaturen gradvist, mens podekrystallen begynder at rotere og langsomt trækkes opad, og danner en lille enkelt krystal med en diameter på ca. 0,5 til 0,7 cm, mindre end den oprindelige podekrystal.

2. Det primære mål under denne indsnævningsfase er at eliminere eventuelle defekter, der er til stede i frøkrystallen, såvel som eventuelle nye defekter, der kan opstå som følge af temperatursvingninger under podningsprocessen. Selvom trækhastigheden er forholdsvis høj under dette trin, skal den holdes inden for passende grænser for at undgå for hurtig drift.

Skulderstadie:

1. Når indsnævningen er færdig, skal du reducere trækhastigheden og reducere temperaturen for at tillade krystallen gradvist at opnå den nødvendige diameter.

2. Omhyggelig kontrol af temperatur og trækhastighed under denne skulderproces er afgørende for at sikre jævn og stabil krystalvækst.

Vækststadie med lige diameter:

1. Efterhånden som skulderprocessen nærmer sig afslutningen, skal du langsomt øge og stabilisere temperaturen for at sikre ensartet vækst i diameter.

2. Dette trin kræver stringent kontrol af trækhastighed og temperatur for at garantere ensartetheden og konsistensen af ​​enkeltkrystallen.

Afslutningsfase:

1. Når væksten af ​​en enkelt krystal nærmer sig færdiggørelsen, hæves temperaturen moderat og trækhastigheden accelereres for gradvist at aftage krystalstangens diameter til et punkt.

2. Denne tilspidsning hjælper med at forhindre defekter, der kan opstå fra et pludseligt temperaturfald, når krystalstangen forlader den smeltede tilstand, og sikrer derved den overordnede høje kvalitet af krystallen.

Efter at den direkte trækning af enkeltkrystal er afsluttet, opnås råmaterialets krystalstang af waferen. Ved at skære krystalstangen opnås den mest originale wafer. Waferen kan dog ikke bruges direkte på nuværende tidspunkt. For at opnå brugbare wafere kræves nogle komplekse efterfølgende operationer såsom polering, rensning, tyndfilmaflejring, udglødning osv.

Semicorex tilbyder høj kvalitethalvlederskiver. Hvis du har spørgsmål eller brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com