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005-做一张硅片必要几步

2022-01-16 18:40分类:眼袋医美 阅读:

硅在沙子中紧要以二氧化硅的样式存在。于是,早先要将二氧化硅还原成硅。

  将沙子与焦炭、煤或者木屑等搀杂,在石墨电弧炉中进走高温加炎。

  在高于1900 °C的温度下,遵循下列方程式碳把石英砂还原成硅:

  SiO2 + C → Si + CO2.

  SiO2 + 2C → Si + 2CO.

  经过这个过程,能获得纯度在98%旁边的众晶硅。

  然后,再经过一系列化学过程,比如三氯氢硅法进走渐渐挑纯。结果得到9个9以上的电子级众晶硅。

  众晶硅的质料的制作过程,其成本紧要是电费、金属、蒸汽、人力和设备折旧等等。

  其中电费所占成本大约在30%,是成本占比最高的片面。于是,通俗众晶硅质料厂比较得当建在电费优点的地区。

  国内众晶硅质料的价格在40人民币/千克,全球价格在7.4美元/千克旁边。

  从2014年起初,由于国内众晶硅新增产能连续开释,中国大陆对众晶硅质料的进口仰仗水平渐渐降矮。

  到2020年,进口众晶硅的占比已经从2014年的45%旁边降矮至20%。异日有看进一步国产替代。

  不过,眼前国内的电子级众晶硅照旧紧要仰仗进口,国内可能挑供这栽等级众晶硅的紧要是黄河水电和江苏鑫华,不过也只限于8英寸。

  全球电子级众晶硅的紧要企业有瓦克、OCI、REC、Hemlock、Tokuyama等。

  完善刚才的步骤,吾们已经制作出了高纯度的众晶硅。但用于制造半导体元器件的硅必须是单晶硅,这两者的区别在于,单晶硅的硅原子排列偏向是有序的,而众晶硅不是。

  从众晶硅到单晶硅,这个时候就要用CZ直拉法了,所谓“拉晶”,也是晶棒制作的过程。

  拉单晶工艺是硅片制作最中央的工艺步骤,属于“前道”工艺,它决定了硅片的质量和纯度,严重水平90%。

  硅棒的滋长是一个定制化的过程,紧要是定制硅片的尺寸和电阻率。

  第一步,把众晶硅质料放在坩埚中,在一个封闭的炎场内,经过石墨加炎器加炎到1420度,将众晶硅熔化。

  第二步,把“晶栽”放进去。所谓晶栽,就是和方针晶体犹如的小晶体,是滋长单晶的“栽子”。

  差别“晶向”的栽子会得到差别晶向的单晶。

  看到没,这边就起初“定制”了。

  第三步,将晶栽缓慢地垂直拉伸,晶体会在晶栽下端滋长,并随着晶栽的挑拉渐渐长长,形成一根“晶棒”。

  而今的晶圆尺寸越做越大,从去时的2英寸、4英寸到8英寸,再到12英寸的大硅片。

  这就导致晶棒的直径也是越来越粗,因此用来加炎的“炎场”尺寸也必须反映的增大。

  而这个时候,熔体的对流也会更加复杂。同时,固液界面温度梯度以及氧浓度分布变得难以限制。

  这个时候,在传统的CZ法安设体例上外加一个磁场,就可能解决这些题目。

  而且,在得当的磁场强度及磁场分布下,晶体的滋长过程能萎缩氧、硼、铝等杂质经由坩埚进入硅熔体。从而可能制备出氧含量可控以及均匀性更好的高电阻率硅棒。

  这,也是一个定制的过程。

  这栽在传统CZ法基础上,配置磁场安设的加工办法被称为MCZ法,是当下主流的工艺技术。

  晶棒的单炉拉制时长通俗为48小时到72小时,实际过程还有诸众环节,且每个环节都必要确保生产参数的确实性和互相之间的匹配性。

  任何环节的一点小小的纰漏都可能造成轻则良品率矮,重则直接报废。

  因此,晶棒的拉制过程属于复杂的体例性限制工艺,有较高的技术难度,必要长时间的经验积累和优化。

  果然,而今的单晶硅制备技术除了直拉法之外还有FZ悬浮区熔法。

  直拉法的利好是出品的硅含氧量较高、乏味强度更大、在制作电子元件过程中不易形变,而且更容易做出大尺寸的硅棒。

  另外,直拉法的成本更矮,晶体的滋长速度也比较快。

  而今,约有85%的单晶硅片采用直拉法进走拉制。

  但,FZ悬浮区熔法也有它的上风。用这栽办法做出来的单晶硅电阻率专有高,拙劣适用于电力电子器件。比如整流器、探测器件、IGBT等高功率器件。

  另外,FZ悬浮区熔法不会用到坩埚,避免了坩埚造成的污浊,能使单晶硅的纯度更高,更好的已足制作功率器件的恳求。

  但FZ悬浮区熔法做出来的硅棒尺寸比较小,而今最大能做到8英寸,再去上就很可贵了。

  而直拉法,12英寸已经很成熟。并且,下一个技术节点是18英寸,以英特尔、台积电等厂商在主导相干钻研做事,据说已经取得一些仰高,但由于不具备生产收好而有所搁置。

  经过上一个步骤,吾们做出来一根“硅晶棒”。

  接下来要进入“中道”工艺过程。

  “中道”工艺日常包括切片、研磨、蚀刻、抛光、清洗、激光检查几个步骤。

  经过中道工艺结尾出来的产品就是“抛光片”,也就是吾们日常所说的“晶圆片”了。

  切片,顾名思义,就是将晶棒切成薄片。

  这边就可能看出,晶棒的直径决定了晶圆片的直径。

  切片这个过程中,必须保证晶片的坦平度和总厚度转折(TTV)最小。

  切片后的硅片的翘弯度及TTV能达到20μm以下,硅片外观粗糙度轮廓算术平均误差(Ra)能达到1μm以下。

  切片事后就是研磨,研磨技术可能去除切片的印痕以及外观毁伤。使外观加工水平保持均匀同等,联符切吻契适合硅片各处的厚薄均匀。从而改善晶片厚度与坦平度的切确性。

  晶片的这个坦平度恳求有众丧心病狂,举个例子,而今早先辈的12英寸硅片恳求坦平度必须限制在1纳米以内。

  这也许就相等于从上海到广州,最大的首伏不及超过3毫米。

  硅片经过切片及研磨工序后,其外观会由于乏味加工形成一层毁伤。

  这个时候,就必要用化学侵蚀的办法去除毁伤,以维持硅片高质量的单晶特性。

  这个化学侵蚀的工艺就叫做“蚀刻”,蚀刻又分为干蚀刻法和湿蚀刻法。

  这还没完,接下来,还要经历“抛光”,对硅片的外观粗糙度、片面坦平度和颗粒度进走限制。

  12寸硅片要进走双面抛光,8寸的就单面抛一抛。

  抛完后,一张闪闪惹人爱好的硅片就揭示了。

  抛光设备,而今还被日本和美国垄断中。

  果然,每个加工步骤后都要对硅片进走清洗,而且是用特意的设备进走清洗。

  去时这个清洗设备是被日本垄断的,而今国内的至纯科技已经做出来了并投入了市场。

  也是由于硅片的制作过程时常常要清洗,就挺费水的,于是通俗搞硅片制作“中道”工艺的工厂都建设在沿海或者要地本地水众的地方。

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