Метод на Чохралски

Вафлиса нарязани от кристални пръчки, които са произведени от поликристални и чисти нелегирани вътрешни материали. Процесът на трансформиране на поликристален материал в единични кристали чрез топене и рекристализация е известен като растеж на кристали. Понастоящем за този процес се използват два основни метода: методът на Чохралски и методът на зоново топене. Сред тях методът на Чохралски (често наричан метод CZ) е най-значимият за отглеждане на монокристали от стопилка. Всъщност над 85% от монокристалния силиций се произвежда по метода на Чохралски.

Методът на Чохралски включва нагряване и топене на високочисти поликристални силициеви материали в течно състояние под висок вакуум или атмосфера на инертен газ, последвано от прекристализация за образуване на монокристален силиций. Оборудването, необходимо за този процес, включва монокристална пещ на Чохралски, която се състои от тяло на пещта, механична трансмисионна система, система за контрол на температурата и газопреносна система. Конструкцията на пещта осигурява равномерно разпределение на температурата и ефективно разсейване на топлината. Механичната трансмисионна система управлява движението на тигела и зародишния кристал, докато нагревателната система разтапя полисилиция, използвайки или високочестотна намотка, или съпротивителен нагревател. Газопреносната система е отговорна за създаването на вакуум и запълването на камерата с инертен газ, за ​​да се предотврати окисляването на силициевия разтвор, с необходимо ниво на вакуум под 5 Torr и чистота на инертния газ най-малко 99,9999%.

Чистотата на кристалната пръчка е от решаващо значение, тъй като значително влияе върху качеството на получената вафла. Следователно поддържането на висока чистота по време на растежа на монокристалите е от съществено значение.

Растежът на кристали включва използването на монокристален силиций със специфична кристална ориентация като начален зародишен кристал за култивиране на силициеви блокове. Полученият силициев слитък ще "наследи" структурните характеристики (кристална ориентация) на зародишния кристал. За да се гарантира, че разтопеният силиций следва точно кристалната структура на зародишния кристал и постепенно се разширява в голям монокристален силициев слитък, условията на контактната повърхност между разтопения силиций и монокристалните силициеви зародишни кристали трябва да бъдат строго контролирани. Този процес се улеснява от пещ за растеж на единични кристали на Чохралски (CZ).

Основните стъпки в отглеждането на монокристален силиций чрез CZ метода са както следва:

Подготвителен етап:

1. Започнете с поликристален силиций с висока чистота, след това го натрошете и почистете, като използвате смесен разтвор на флуороводородна киселина и азотна киселина.

2. Полирайте зародишния кристал, като се уверите, че неговата ориентация съответства на желаната посока на растеж на монокристалния силиций и че е без дефекти. Всички несъвършенства ще бъдат "наследени" от нарастващия кристал.

3. Изберете примесите, които да се добавят към тигела, за да контролирате вида на проводимостта на растящия кристал (или N-тип, или P-тип).

4. Изплакнете всички почистени материали с дейонизирана вода с висока чистота до неутрално състояние, след което ги изсушете.

Зареждане на пещта:

1. Поставете натрошения полисилиций в кварцов тигел, закрепете зародишния кристал, покрийте го, евакуирайте пещта и я напълнете с инертен газ.

Нагряване и топене на полисилиций:

1. След напълване с инертен газ, загрейте и разтопете полисилиция в тигела, обикновено при температура от около 1420°C.

Етап на растеж:

1. Този етап се нарича "засяване". Намалете температурата до малко под 1420°C, така че зародишният кристал да е разположен на няколко милиметра над повърхността на течността.

2. Загрейте предварително зародишния кристал за около 2-3 минути, за да постигнете термично равновесие между разтопения силиций и зародишния кристал.

3. След предварително загряване, приведете зародишния кристал в контакт с повърхността на разтопения силиций, за да завършите процеса на засяване.

Етап на шиене:

1. След стъпката на засяване, постепенно увеличете температурата, докато зародишният кристал започне да се върти и бавно се издърпва нагоре, образувайки малък единичен кристал с диаметър от около 0,5 до 0,7 cm, по-малък от първоначалния зародишен кристал.

2. Основната цел по време на този етап на образуване на шия е да се елиминират всички дефекти, присъстващи в зародишния кристал, както и всички нови дефекти, които могат да възникнат от температурни колебания по време на процеса на зародиш. Въпреки че скоростта на теглене е сравнително висока по време на този етап, тя трябва да се поддържа в подходящи граници, за да се избегне прекалено бърза работа.

Етап на рамене:

1. След като шийката приключи, намалете скоростта на издърпване и температурата, за да позволите на кристала постепенно да достигне необходимия диаметър.

2. Внимателният контрол на температурата и скоростта на издърпване по време на този процес на рамо е от съществено значение, за да се осигури равномерен и стабилен растеж на кристалите.

Етап на растеж с равен диаметър:

1. Тъй като процесът на раменете наближава към своя край, бавно увеличете и стабилизирайте температурата, за да осигурите равномерен растеж в диаметър.

2. Този етап изисква строг контрол на скоростта на изтегляне и температурата, за да се гарантира еднородността и консистенцията на единичния кристал.

Завършващ етап:

1. Докато растежът на единичен кристал наближава завършването, умерено повишете температурата и ускорете скоростта на издърпване, за да стесните постепенно диаметъра на кристалния прът до точка.

2. Това стесняване помага да се предотвратят дефекти, които биха могли да възникнат от внезапно понижаване на температурата, когато кристалната пръчка излезе от разтопеното състояние, като по този начин се гарантира общото високо качество на кристала.

След завършване на директното издърпване на монокристал се получава кристалната пръчка от суровината на пластината. Чрез разрязване на кристалната пръчка се получава най-оригиналната вафла. Вафлата обаче не може да се използва директно в момента. За да се получат използваеми пластини, са необходими някои сложни последващи операции като полиране, почистване, отлагане на тънък слой, отгряване и др.

Semicorex предлага високо качествополупроводникови пластини. Ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com