Equipos de proceso de semiconductores: fabricación de obleas.

El proceso de preparación de la oblea: convertir la arena en obleas de silicio en las que se pueden tallar líneas requiere un proceso largo y complejo. Esta noticia se centra en los siguientes procesos: purificación de silicio, extracción de cristales, corte, pulido, hasta la producción de obleas de silicio utilizables y algunos detalles del proceso principal. Los contenidos principales son la introducción del proceso, los objetivos del proceso y la construcción del equipo.

Primero observe cierta información básica sobre las obleas y la ruta del proceso.

Los principales tamaños de oblea son obleas de silicio de 4 "y 6", y la aplicación actual de obleas de silicio de 8 "y 12" se está expandiendo. Estos diámetros son 100 mm, 150 mm, 200 mm, 300 mm. El aumento del diámetro de la oblea de silicio reduce el coste de fabricación de un único chip.

El equipo de preparación de obleas se refiere al material de polisilicio puro en un cierto diámetro y longitud de material de varilla de cristal único de silicio, y luego el material de varilla de cristal único de silicio a través de una serie de procesamiento mecánico, tratamiento químico y otros procesos, en una oblea de silicio o silicio epitaxial. Oblea que cumple ciertos requisitos de precisión geométrica y requisitos de calidad de la superficie, para proporcionar el sustrato de silicio requerido para los equipos de fabricación de chips.

El proceso típico para la preparación de obleas de silicio con un diámetro inferior a 200 mm es el siguiente:

Crecimiento de monocristal → truncamiento → laminado del diámetro exterior → corte → biselado → rectificado → grabado → absorción de impurezas → pulido → limpieza → epitaxia → envasado;

1,Características de los materiales de silicio.

El silicio es un material semiconductor porque tiene cuatro electrones de valencia y se ubica junto con otros elementos en el grupo IVA de la tabla periódica. El número de electrones de valencia del silicio lo sitúa justo en el medio de un buen conductor (1 electrón de valencia) y un aislante (8 electrones de valencia).

2,Purificación del silicio

El silicio puro no se puede encontrar en la naturaleza y debe refinarse y purificarse para convertirse en el silicio puro necesario para la fabricación. Suele encontrarse en sílice (óxido de silicio o SiO2) y otros silicatos. El silicio debe purificarse antes de poder utilizarse para fabricar chips.

3,Ctirando de cristal

El proceso de fabricación de silicio monocristalino a partir de silicio policristalino se divide principalmente en CZ y FZ. Actualmente, la mayoría de las obleas semiconductoras se producen mediante el método de la czochralasa. El método Czochralski (Czochralski) para monocristales metálicos fue inventado por Cekolowski en 1916. El método de tracción de reloj de silicio monocristalino incluye fusión, soldadura, estirado del cuello, colocación de hombros, torneado de hombros, crecimiento de diámetro igual y pasos de acabado.

4,Recocido de oblea de silicio

Efecto del horno de recocido: se refiere al equipo de proceso en el que, en el entorno de hidrógeno o argón, la temperatura en el horno aumenta a 1000 ~ 1200 ° C y el oxígeno cerca de la superficie de la oblea de silicio pulida se volátil desde la superficie a través del calor. conservación y enfriamiento, de modo que la precipitación de oxígeno se forma en capas, los microdefectos en la superficie de la oblea de silicio se disuelven, la cantidad de impurezas cerca de la superficie de la oblea de silicio se reduce, los defectos se reducen y el área relativamente limpia se forma en la superficie de la oblea de silicio.

Debido a la alta temperatura del tubo del horno de recocido, también se le llama horno de alta temperatura. El proceso de recocido de obleas de silicio también se denomina absorción de impurezas en la industria.

El horno de recocido de obleas de silicio se divide en:

· - horno de recocido horizontal;

· - horno de recocido vertical;

· - Horno de recocido rápido.

5,Rebanada de lingote de silicio

Se cortan los cabezales y finales de lingote y se prueban las dimensiones (para determinar los parámetros del proceso para el procesamiento posterior). En la actualidad, el método más utilizado es el corte con varios hilos, que tiene mayor eficiencia y mejor calidad de corte.

El corte con varios cables es un nuevo método de corte en el que el abrasivo se lleva al área de procesamiento de semiconductores para su rectificado mediante el movimiento alternativo de alta velocidad del cable metálico, y los materiales duros y quebradizos, como los semiconductores, se cortan en cientos de láminas a al mismo tiempo. La máquina cortadora CNC de múltiples hilos ha reemplazado gradualmente el tradicional corte de círculo interno, convirtiéndose en la principal forma de procesamiento de corte de obleas de silicio.

6,Bordes redondeados y superficie de pulido.

Cuando un lingote se corta en forma de oblea, formará un borde afilado, con bordes, rebabas, astillas, pequeñas grietas u otros defectos. La forma del borde y el diámetro exterior de la oblea deben ajustarse para evitar la influencia del agrietamiento del borde en la resistencia de la oblea, daños a la superficie de la oblea y traer partículas contaminantes al proceso posterior. El proceso de pulido elimina las marcas de sierra y las roturas en la superficie de la oblea durante el corte, de modo que la superficie de la oblea alcance el acabado requerido.

7,Grabando

Se utiliza una solución química para eliminar la capa dañada en la superficie de la oblea causada por la presión del procesamiento.

8,Pulido

Pulido de obleas utilizando una suspensión ultrafina (diámetro de partícula de 10 a 100 nm, compuesta de Al2O3, SiO2 o CeO2), combinada con métodos de presión, erosión, mecánicos y químicos para pulir la superficie de la oblea entre las dos juntas giratorias, para obtener una excelente planitud de la superficie. .

El proceso de pulido (en adelante denominado método de pulido) se puede dividir en principio en las tres categorías siguientes según la acción entre el líquido de pulido y la superficie de la oblea de silicio.

1.Pulido mecanico

Actualmente, el método de pulido mecánico ya no se utiliza en la industria.

2.Pulido químico

En la producción industrial, el pulido químico normalmente sólo se utiliza como tratamiento previo antes del pulido, y no como un proceso de pulido únicamente.

3.Método de pulido mecánico químico.(CMP)

El método de pulido mecánico químico utiliza el efecto dual del líquido de pulido sobre la superficie del pulido mecánico de la oblea de silicio y la corrosión química, y tiene las ventajas tanto del pulido mecánico como del pulido químico. CMP es una de las tecnologías desarrolladas por la industria para fabricar obleas de gran diámetro y es el método de pulido más utilizado en la industria moderna de fabricación de semiconductores.

9,Limpieza

Limpie las obleas a fondo con productos químicos ultrapuros para eliminar los contaminantes del proceso.

10,Inspección

Mediante inspección óptica, asegúrese de que el tamaño, la forma, el acabado de la superficie, la planitud y otros indicadores técnicos de la oblea cumplan con las especificaciones.

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