Czochralski-metoden

Wafersär skivade av kristallstavar, som tillverkas av polykristallina och rena odopade egenmaterial. Processen att omvandla polykristallint material till enkristaller genom smältning och omkristallisering är känd som kristalltillväxt. För närvarande används två huvudmetoder för denna process: Czochralski-metoden och zonsmältningsmetoden. Bland dessa är Czochralski-metoden (ofta kallad CZ-metoden) den mest betydelsefulla för att odla enkristaller från smältor. Faktum är att över 85 % av enkristallkislet produceras med Czochralski-metoden.

Czochralski-metoden involverar uppvärmning och smältning av högrent polykristallint kiselmaterial till ett flytande tillstånd under högt vakuum eller en inert gasatmosfär, följt av omkristallisation för att bilda enkristallin kisel. Utrustningen som behövs för denna process inkluderar en Czochralski enkristallugn, som består av en ugnskropp, ett mekaniskt transmissionssystem, ett temperaturkontrollsystem och ett gasöverföringssystem. Utformningen av ugnen säkerställer en jämn temperaturfördelning och effektiv värmeavledning. Det mekaniska transmissionssystemet hanterar degelns och frökristallens rörelse, medan värmesystemet smälter polykiseln med antingen en högfrekvent spole eller en motståndsvärmare. Gasöverföringssystemet ansvarar för att skapa ett vakuum och fylla kammaren med inert gas för att förhindra oxidation av kisellösningen, med en erforderlig vakuumnivå under 5 Torr och en inert gasrenhet på minst 99,9999 %.

Renheten hos kristallstaven är kritisk, eftersom den avsevärt påverkar kvaliteten på den resulterande wafern. Därför är det viktigt att bibehålla hög renhet under tillväxten av enkristaller.

Kristalltillväxt innebär att man använder enkristallkisel med en specifik kristallorientering som startkristall för att odla kiselgöt. Det resulterande kiselgötet kommer att "ärva" de strukturella egenskaperna (kristallorienteringen) hos groddkristallen. För att säkerställa att det smälta kislet exakt följer kristallstrukturen hos groddkristallen och gradvis expanderar till ett stort enkristallkiselgöt, måste förhållandena vid kontaktgränsytan mellan det smälta kislet och enkristallkiselfrökristallerna kontrolleras strikt. Denna process underlättas av en Czochralski (CZ) enkristalltillväxtugn.

Huvudstegen i att odla enkristallkisel genom CZ-metoden är följande:

Förberedelsestadiet:

1. Börja med högrent polykristallint kisel, krossa och rengör det sedan med en blandad lösning av fluorvätesyra och salpetersyra.

2. Polera frökristallen och se till att dess orientering matchar den önskade tillväxtriktningen för enkristallkislet och att den är fri från defekter. Eventuella brister kommer att "ärvas" av den växande kristallen.

3. Välj de föroreningar som ska läggas till degeln för att kontrollera konduktivitetstypen för den växande kristallen (antingen N-typ eller P-typ).

4. Skölj alla rengjorda material med avjoniserat vatten av hög renhet tills det är neutralt och torka sedan.

Laddar ugnen:

1. Placera det krossade polykislet i en kvartsdegel, fäst frökristallen, täck över den, evakuera ugnen och fyll den med inert gas.

Uppvärmning och smältning av polykisel:

1. Efter fyllning med inert gas, värm och smält polykislet i degeln, vanligtvis vid en temperatur på cirka 1420°C.

Växtstadiet:

1. Detta stadium kallas "sådd". Sänk temperaturen till något under 1420°C så att frökristallen placeras några millimeter ovanför vätskeytan.

2. Förvärm frökristallen i cirka 2-3 minuter för att uppnå termisk jämvikt mellan det smälta kislet och frökristallen.

3. Efter förvärmning, bringa frökristallen i kontakt med den smälta kiselytan för att slutföra fröprocessen.

Halssteg:

1. Efter ympningssteget, öka gradvis temperaturen medan frökristallen börjar rotera och långsamt dras uppåt och bildar en liten enkristall med en diameter på cirka 0,5 till 0,7 cm, mindre än den ursprungliga frökristallen.

2. Det primära målet under detta insnörningssteg är att eliminera eventuella defekter som finns i frökristallen såväl som alla nya defekter som kan uppstå från temperaturfluktuationer under såningsprocessen. Även om draghastigheten är jämförelsevis hög under detta steg, måste den hållas inom lämpliga gränser för att undvika alltför snabb drift.

Shouldering Stage:

1. När halsningen är klar, minska draghastigheten och sänk temperaturen för att tillåta kristallen att gradvis uppnå önskad diameter.

2. Noggrann kontroll av temperatur och draghastighet under denna axelprocess är avgörande för att säkerställa jämn och stabil kristalltillväxt.

Tillväxtstadium med lika diameter:

1. När skulderprocessen närmar sig slutförd, öka och stabilisera temperaturen långsamt för att säkerställa en jämn tillväxt i diameter.

2. Detta steg kräver strikt kontroll av draghastighet och temperatur för att garantera enhetligheten och konsistensen hos enkristallen.

Slutsteg:

1. När enkristalltillväxt närmar sig fullbordad, höj temperaturen måttligt och accelerera draghastigheten för att gradvis avsmalna kristallstavens diameter till en spets.

2. Denna avsmalning hjälper till att förhindra defekter som kan uppstå från ett plötsligt temperaturfall när kristallstaven lämnar det smälta tillståndet, och säkerställer därigenom den övergripande höga kvaliteten på kristallen.

Efter att den direkta dragningen av enkristallen har slutförts erhålls råmaterialets kristallstav av wafern. Genom att skära kristallstaven erhålls den mest originella wafern. Emellertid kan skivan inte användas direkt vid denna tidpunkt. För att erhålla användbara wafers krävs några komplexa efterföljande operationer såsom polering, rengöring, tunnfilmsavsättning, glödgning etc.

Semicorex erbjuder hög kvalitethalvledarskivor. Om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakta telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com