Táirgeadh Wafer Sileacan

Foinse: mksinst.com

Íonú Sileacan Polaicriostailíneach Grád Leictreonach (Polysilicon)

Schematic of a submerged electrode arc furnace used in the production of MG-Si

Fíor 1. Scéimreach foirnéise stua leictreoid báite a úsáidtear i dtáirgeadh MG-Si.

Siliconis an dara heilimint is flúirseach i screamh an domhain (is é ocsaigin an chéad cheann). Tarlaíonn sé go nádúrtha i gcarraigeacha agus gaineamh sileacáite (ina bhfuil Si-O). Déantar an sileacain eiliminteach a úsáidtear i monarú feiste leathsheoltóra a tháirgeadh ó ghaineamh Grianchloch agus grianchloch ard-íonachta, nach bhfuil mórán eisíontais ann. Is éard atá i sileacain ghrád leictreonach, an t-ainm a úsáidtear don ghrád sileacain a úsáidtear i monarú feiste leathsheoltóra, slabhra de phróisis ag tosú le gaineamh grianchloch nó grianchloch a thiontú go “sileacain ghrád mhiotaleolaíoch” (MG-Si), i leictreach foirnéise stua (Fíor 1) de réir an imoibrithe cheimiceach:

SiO2+ C → Si + CO2

Tugtar “grád metallurgical” ar sileacain a ullmhaítear ar an mbealach seo ós rud é go ndéantar an chuid is mó de tháirgeadh an domhain i ndéanamh cruach i ndáiríre. Tá sé thart ar 98% íon.MG-Si nach bhfuil íon go leor le húsáid go díreach i ndéantúsaíocht leictreonaice. Déantar codán beag (5% - 10%) de tháirgeadh MG-Si ar fud an domhain a íonú tuilleadh le húsáid i ndéantúsaíocht leictreonaice. Is próiseas ilchéime é íonú MG-Si go sileacain ghrád leathsheoltóra (leictreonach), a thaispeántar go scéimeach i bhFíor 2. Sa phróiseas seo, cuirtear MG-Si ar an gcéad talamh i muileann liathróid chun an-bhreá a tháirgeadh (75%< Cáithníní 40 µM) a chuirtear ansin chuig Imoibreoir Leaba Sreabhraithe (FBR). Imoibríonn an MG-Si le gás aigéad hidreaclórach ainhidriúil (HCl), ag 575 K (thart ar 300ºC) de réir an imoibrithe:

Si + 3HCl → SiHCl3+ H2

Déanann an t-imoibriú hidreaclóirídithe san FBR táirge gásach atá thart ar 90% tríchlóraigin (SiHCl3). Is é an 10% eile den ghás a tháirgtear sa chéim seo tetrachlorosilane, SiCl den chuid is mó4, le roinnt déchlorosilane, SiH2Cl2. Cuirtear an meascán gáis seo trí shraith de dhriogadh codánach a íonaíonn an tríchlóraosilane agus a bhailíonn agus a athúsáid na seachtháirgí teitreaclóraileach agus déchlórarasóil. Táirgeann an próiseas íonúcháin seo tríchlorosilane an-íon le neamhíonachtaí móra sna codanna ísle in aghaidh an billiún. Déantar sileacain íonaithe polacriostalach soladach a tháirgeadh ó tríchlóraitilane ard-íonachta ag úsáid modh ar a dtugtar “Próiseas Siemens.” Sa phróiseas seo, déantar an tríchlorosilane a chaolú le hidrigin agus tugtar é d'imoibreoir sil-leagain gaile ceimiceach. Déantar na coinníollacha imoibrithe a choigeartú sa chaoi is go ndéantar sileacain pholacriostalach a thaisceadh ar slata sileacain a théitear le leictreachas de réir droim ar ais an imoibriú foirmithe tríchlorosilane:

SiHCl3+ H2→ Si + 3HC

Fotháirgí ón imoibriú sil-leagain (H.2, HCl, SiHCl3, SiCl4agus SiH2Cl2) déantar iad a ghabháil agus a athchúrsáil tríd an bpróiseas táirgthe agus íonú tríchlóraitiléin mar a thaispeántar i bhFíor 2. Tá ceimic na bpróiseas táirgthe, íonúcháin agus sil-leagain sileacain a bhaineann le sileacain ghrád leathsheoltóra níos casta ná an tuairisc shimplí seo. Tá roinnt ceimiceán malartach ann freisin ar féidir, agus a úsáidtear, le haghaidh táirgeadh polysilicon.

rocess flow diagram for the production of semiconductor grade (electronic grade) silicon

Fíor 2. Léaráid sreafa próisis chun sileacain ghrád leathsheoltóra (grád leictreonach) a tháirgeadh.

Déantús Aonair Crystal Silicon Wafer

Is slisní tanaí iad na sliseoga sileacain a bhfuil cur amach againn orthu siúd sa tionscal leathsheoltóra i ndáiríre de chriostal mór amháin sileacain a d’fhás as sileacain pholacriostalach ghrád leictreonach leáite. Tugtar an próiseas Czochralski ar an bpróiseas a úsáidtear chun na criostail aonair seo a fhás i ndiaidh a aireagóir, Jan Czochralski. Taispeánann Figiúr 3 an t-ord bunúsach agus na comhpháirteanna a bhfuil baint acu le próiseas Czochralski.

Schematic of Czochralski process (b) Process equipment (reproduced with permission, PVA TePla AG 2017)

Fíor 3. Scéimreach de phróiseas Czochralski (b) Trealamh próiseála (atáirgthe le cead, PVA TePla AG 2017).

Déantar an próiseas Czochralski i ndlísheomra in-aslonnaithe, dá ngairtear “puller criostail” go coitianta a choinníonn breogán mór, grianchloch de ghnáth, agus eilimint téimh leictreach (Fíor 3 (a)). Déantar polysilicon de ghrád leathsheoltóra a luchtú (a mhuirearú) sa bhreogán mar aon le méideanna beachta aon dopants mar fhosfair nó bórón a d’fhéadfadh a bheith ag teastáil chun tréithe sonraithe P nó N a thabhairt do na sliseoga táirge. Cuireann aslonnú aon aer as an seomra chun ocsaídiú an sileacain téite a sheachaint le linn an phróisis fáis. Téitear an breogán luchtaithe go leictreach go teocht atá leordhóthanach chun an polaisiúicríd a leá (níos mó ná 1421ºC). Nuair a dhéantar an muirear sileacain a leá go hiomlán, íslítear criostail síl beag, suite ar shlat, isteach sa sileacain leáite. De ghnáth bíonn an criostail síl thart ar 5 mm ar trastomhas agus suas le 300 mm ar fhad. Feidhmíonn sé mar “thosaitheoir” d’fhás an chriostal sileacain níos mó ón leá. Tá an criostail síl suite ar an tslat le gné criostail aitheanta atá dírithe go hingearach sa leá (sainítear gnéithe criostail le “Innéacsanna Miller”). I gcás criostail síl, aghaidheanna ag a bhfuil innéacsanna Miller de< 100>="">< 110=""> nó< 111=""> a roghnaítear de ghnáth. Comhlíonfaidh an fás criostail ón leá an treoshuíomh tosaigh seo, ag tabhairt treoshuíomh criostail aitheanta don chriostal mór deiridh deiridh. Tar éis tumtha sa leá, tarraingítear an criostail síl go mall (cúpla cm / uair) ón leá de réir mar a fhásann an criostail níos mó. Cinneann an luas tarraingthe trastomhas deiridh an chriostal mhóir. Rothlaítear an criostail agus an breogán araon le linn tarraingt criostail chun aonchineálacht an dáilte criostail agus dopant a fheabhsú. Tá cruth sorcóireach ar an gcriostal mór deiridh; tugtar “boule.” Is é fás Czochralski an modh is eacnamaíche chun boules criostail sileacain a tháirgeadh atá oiriúnach chun sliseoga sileacain a tháirgeadh le haghaidh déantús ginearálta gléas leathsheoltóra (ar a dtugtar sliseoga CZ). Is féidir leis an modh boules a fhoirmiú atá mór go leor chun sliseoga sileacain suas le 450 mm ar trastomhas a tháirgeadh. Mar sin féin, tá teorainneacha áirithe ag an modh. Ós rud é go bhfástar an boule i grianchloch (SiO2) breogán, bíonn roinnt éillithe ocsaigine sa sileacain i gcónaí (1018 adamh cm-3 nó 20 ppm de ghnáth). Baineadh úsáid as breogáin ghraifít chun an t-éilliú seo a sheachaint, ach cruthaíonn siad eisíontais charbóin sa sileacain, cé go bhfuil siad ag ord méide níos ísle sa tiúchan. Laghdaíonn neamhíonachtaí ocsaigine agus carbóin fad idirleathadh iompróra mionlaigh sa ghránán deiridh sileacain. Tá aonchineálacht dhopach sna treoracha aiseach agus gathacha teoranta freisin i sileacain Czochralski, rud a fhágann go bhfuil sé deacair sliseoga a bhfuil friotaí níos mó ná 100 ohm-cm acu a fháil.

Is féidir sileacain íonachta níos airde a tháirgeadh trí mhodh ar a dtugtar scagadh Crios Snámhphointe (FZ). Sa mhodh seo, tá tinne sileacain pholacriostalach suite go hingearach sa seomra fáis, faoi fholús nó atmaisféar támh. Níl an tinne i dteagmháil le haon cheann de chomhpháirteanna an tseomra ach amháin an gás comhthimpeallach agus criostail síl de threoshuíomh aitheanta ag a bhonn (Fíor 4). Téitear an tinne ag baint úsáide as cornaí neamhtheagmhála minicíochta raidió (RF) a bhunaíonn crios d’ábhar leáite san tinne, de ghnáth thart ar 2 cm ar tiús. Sa phróiseas FZ, bogann an tslat go hingearach anuas, ag ligean don chrios leáite bogadh suas fad an tinne, ag brú eisíontais chun tosaigh ar an leá agus ag fágáil sileacain criostail aonair an-íonaithe ina dhiaidh. Tá friotachas chomh hard le 10,000 ohm-cm ag sliseoga sileacain FZ.

Fíor 4. Cumraíocht fáis criostail crios snámhphointe.

Nuair a bheidh an boule sileacain cruthaithe, gearrtar é ina fhaid inbhainistithe agus gach talamh faid go dtí an trastomhas atá ag teastáil. Cuirtear árasáin treoshuímh a léiríonn dópáil sileacain agus treoshuíomh sliseog ar lú iad ná 200 mm trastomhas isteach sa bhút ag an bpointe seo. Maidir le sliseoga a bhfuil trastomhais níos lú ná 200 mm acu, tá an príomh-árasán (is mó) dírithe ingearach le hais criostail shonraithe mar< 111=""> nó< 100=""> (féach Fíor 5). Tugann árasáin thánaisteacha (níos lú) le fios an cineál p-cineál nó n-cineál é wafer. Baineann sliseoga 200 mm (8-orlach) agus 300 mm (12-orlach) úsáid as bearradh amháin atá dírithe ar an ais criostail shonraithe chun treoshuíomh wafer a léiriú gan aon táscaire don chineál dópála. Taispeánann Figiúr 3 an gaol idir cineál wafer agus socrú árasáin ar imeall an wafer.

Wafer flat designators for different wafer orientation and doping

Fíor 5. Ainmneoirí árasán Wafer le haghaidh treoshuíomh agus dópáil wafer éagsúil.

Tar éis an boule a bheith curtha ar talamh go dtí an trastomhas atá ag teastáil agus na árasáin a chruthú, gearrtar é i slisníní tanaí ag baint úsáide as lann corraithe diamant nó sreang chruach. De ghnáth déantar imill na slisní sileacain a shlánú ag an gcéim seo. Cuirtear marcálacha léasair ag ainmniú cineál sileacain, friotachas, déantúsóir, srl. In aice leis an bpríomh-árasán ag an am seo. Tá an dá dhromchla den slice neamhchríochnaithe curtha ar an talamh agus á lapáil chun na slisní go léir a thabhairt laistigh de thiús sonraithe agus lamháltas cothrom. Tugann meilt an slice isteach i dtiús garbh agus lamháltas comhréidh agus ina dhiaidh sin déanann an próiseas lapála an giota deireanach d’ábhar nach dteastaíonn a bhaint as aghaidheanna na slice, rud a fhágann dromchla réidh, cothrom gan bholadh. Is gnách go bhfaigheann lapping lamháltais níos lú ná aonfhoirmeacht 2.5 µm i gcothroime dromchla na mbog.

Baineann an chéim dheiridh i monarú sliseog sileacain go ceimiceacheitseáilaon sraitheanna dromchla a d’fhéadfadh damáiste criostail agus éilliú carntha a shiúl le linn sábhadh, meilt agus lapáil; ina dhiaidh sinsnasta meicniúil ceimiceach(CMP) chun dromchla an-fhrithchaiteach, scríobtha agus saor ó dhamáiste a tháirgeadh ar thaobh amháin den wafer. Cuirtear an eitse cheimiceach i gcrích trí thuaslagán eitseála d’aigéad hidreafluarach (HF) a mheascadh le haigéid nítreach agus aicéiteach atá in ann sileacain a thuaslagadh. I CMP, cuirtear slisní sileacain ar iompróir agus cuirtear iad i meaisín CMP áit a ndéantar snasta ceimiceach agus meicniúil le chéile. De ghnáth, fostaíonn CMP ceap snasta crua polúireatán in éineacht le sciodar de alúmana scaipthe go mín nó cáithníní scríobacha shilice i dtuaslagán alcaileach. Is é táirge críochnaithe an phróisis CMP an wafer sileacain a bhfuil cur amach againn air, mar úsáideoirí. Tá dromchla an-fhrithchaiteach, scríobtha agus saor ó dhamáiste aige ar thaobh amháin ar féidir feistí leathsheoltóra a dhéanamh.

Táirgeadh Wafer Leathsheoltóra Comhdhéanta

Is ábhair thábhachtacha iad leathsheoltóirí cumaisc i go leor gairis leictreonaice míleata agus speisialtachta eile cosúil le léasair, gairis leictreonacha ardmhinicíochta, soilse stiúir, glacadóirí optúla, ciorcaid chomhtháite opto-leictreonacha, srl. Úsáideadh GaN go coitianta i go leor feidhmchlár tráchtála tráchtála éagsúla ó na 1990idí. .

Soláthraíonn Tábla 1 liosta de na leathsheoltóirí cumaisc eiliminteacha agus dénártha (dhá ghné) mar aon le cineál a bhearna bhanda agus a méid. Chomh maith leis na leathsheoltóirí cumaisc dhénártha, tugtar leathsheoltóirí cumaisc thrínártha (trí ghné) agus úsáidtear iad i ndéantús feiste. Cuimsíonn leathsheoltóirí cumaisc thrínártha ábhair mar arsanaide galium alúmanaim, AlGaAs, arsanaide indium gallium, InGaAs agus arsenide alúmanaim indium, InAlAs. Tá leathsheoltóirí cumaisc ceathrúna (ceithre ghné) ar eolas freisin agus úsáidtear iad i micreictreonaic nua-aimseartha.

Is é an cumas uathúil astaithe solais atá ag leathsheoltóirí cumaisc gur leathsheoltóirí bearna banda dírí iad. Léiríonn Tábla 1 na leathsheoltóirí a bhfuil an mhaoin seo acu. Braitheann tonnfhad an tsolais a astaíonn feistí a tógadh ó leathsheoltóirí bearna banda díreach ar fhuinneamh bhearna an bhanda. Trí innealtóireacht sciliúil a dhéanamh ar struchtúr bearna banda na bhfeistí ilchodacha a tógadh ó leathsheoltóirí cumaisc éagsúla le bearnaí díreacha banda, bhí innealtóirí in ann gairis astaithe solais stáit sholadaigh a tháirgeadh a chuimsíonn ó na léasair a úsáidtear i gcumarsáid snáthoptaice go bolgáin solais faoi stiúir ardéifeachtúlachta. Tá plé mionsonraithe ar impleachtaí bearnaí díreacha in aghaidh bearnaí indíreacha in ábhair leathsheoltóra lasmuigh de scóip na hoibre seo.

Is féidir leathsheoltóirí cumaisc dhénártha simplí a ullmhú ar an mórchóir, agus déantar sliseoga criostail aonair a tháirgeadh trí phróisis atá cosúil leis na cinn a úsáidtear i ndéantúsaíocht sliseog sileacain. Is féidir GaAs, InP agus tinní leathsheoltóra cumaisc eile a fhás trí úsáid a bhaint as an modh Czochralski nó Bridgman-Stockbarger agus ullmhaítear sliseoga ar bhealach cosúil le táirgeadh sliseog sileacain. Tá riochtú dromchla na mballaí leathsheoltóra cumaisc, (ie, iad a dhéanamh machnamhach agus cothrom) casta toisc go bhfuil dhá ghné ar a laghad i láthair agus is féidir leis na heilimintí seo freagairt le hirisí agus scríobaigh i bhfaisean éagsúla.

Córas Ábhar	Ainm	Foirmle	Bearna Fuinnimh (eV)	Cineál Banda (I=indíreach; D=díreach)
IV	Diamant	C	5.47	I
	Sileacan	Si	1.124	I
	Germanium	Ge	0.66	I
	Stán Liath	Sn	0.08	D
IV-IV	Comhdhúile Sileacan	SiC	2.996	I
IV-IV	Sileacan-Germanium	SixGe1-x	Var.	I
IIV-V	Sulfide Luaidhe	PbS	0.41	D
	Selenide Luaidhe	PbSe	0.27	D
	Telluride Luaidhe	PbTe	0.31	D
III-V	Nítríd Alúmanam	AlN	6.2	I
	Fosphide Alúmanam	AlP	2.43	I
	Arsenide Alúmanam	AlAs	2.17	I
	Antimonide Alúmanam	AlSb	1.58	I
	Nítríd Gallium	GaN	3.36	D
	Fosphide Gallium	GaP	2.26	I
	Arsenide Gallium	GaAs	1.42	D
	Antamonide Gallium	GaSb	0.72	D
	Nítríd Indium	Ostán	0.7	D
	Fosphide Indium	InP	1.35	D
	Arsanaide Indium	InAs	0.36	D
	Antimonide Indium	InSb	0.17	D
II-VI	Suilfíd since	ZnS	3.68	D
	Selenide Sinc	ZnSe	2.71	D
	Telluride since	ZnTe	2.26	D
	Sulfide Caidmiam	CdS	2.42	D
	Seilíd Caidmiam	CdSe	1.70	D
	Caidmiam Telluride	CdTe	1.56	D

Tábla 1. Na leathsheoltóirí eiliminteacha agus na leathsheoltóirí cumaisc dhénártha.

Íonú Sileacan Polaicriostailíneach Grád Leictreonach (Polysilicon)

Déantús Aonair Crystal Silicon Wafer

Táirgeadh Wafer Leathsheoltóra Comhdhéanta

Industrias relacionadas

Glaoigh Linn