Czochralski-methode

Wafeltjesworden gesneden uit kristalstaven, die zijn geproduceerd uit polykristallijne en pure, ongedoteerde intrinsieke materialen. Het proces waarbij polykristallijn materiaal door smelten en herkristallisatie in enkele kristallen wordt omgezet, staat bekend als kristalgroei. Momenteel worden voor dit proces twee hoofdmethoden gebruikt: de Czochralski-methode en de zone-smeltmethode. Hiervan is de Czochralski-methode (vaak de CZ-methode genoemd) de belangrijkste voor het kweken van enkele kristallen uit smeltingen. In feite wordt meer dan 85% van het monokristallijne silicium geproduceerd met behulp van de Czochralski-methode.

De Czochralski-methode omvat het verwarmen en smelten van zeer zuivere polykristallijne siliciummaterialen tot een vloeibare toestand onder hoog vacuüm of een inerte gasatmosfeer, gevolgd door herkristallisatie om monokristallijn silicium te vormen. De apparatuur die nodig is voor dit proces omvat een Czochralski-eenkristaloven, die bestaat uit een ovenlichaam, een mechanisch transmissiesysteem, een temperatuurcontrolesysteem en een gastransmissiesysteem. Het ontwerp van de oven zorgt voor een uniforme temperatuurverdeling en effectieve warmteafvoer. Het mechanische transmissiesysteem beheert de beweging van de smeltkroes en het entkristal, terwijl het verwarmingssysteem het polysilicium smelt met behulp van een hoogfrequente spoel of een weerstandsverhitter. Het gastransmissiesysteem is verantwoordelijk voor het creëren van een vacuüm en het vullen van de kamer met inert gas om oxidatie van de siliciumoplossing te voorkomen, met een vereist vacuümniveau van minder dan 5 Torr en een zuiverheid van het inerte gas van minimaal 99,9999%.

De zuiverheid van de kristallen staaf is van cruciaal belang, omdat deze de kwaliteit van de resulterende wafel aanzienlijk beïnvloedt. Daarom is het handhaven van een hoge zuiverheid tijdens de groei van enkele kristallen essentieel.

Kristalgroei omvat het gebruik van monokristallijn silicium met een specifieke kristaloriëntatie als uitgangskristal voor het kweken van siliciumstaven. De resulterende siliciumstaaf zal de structurele kenmerken (kristaloriëntatie) van het kiemkristal "erven". Om ervoor te zorgen dat het gesmolten silicium nauwkeurig de kristalstructuur van het entkristal volgt en geleidelijk uitzet tot een grote monokristallijne siliciumstaaf, moeten de omstandigheden bij het contactgrensvlak tussen het gesmolten silicium en de monokristallijne siliciumentkristallen strikt worden gecontroleerd. Dit proces wordt vergemakkelijkt door een Czochralski (CZ) eenkristalgroeioven.

De belangrijkste stappen bij het kweken van monokristallijn silicium via de CZ-methode zijn als volgt:

Voorbereidingsfase:

1. Begin met polykristallijn silicium van hoge zuiverheid en vermaal en reinig het vervolgens met een gemengde oplossing van fluorwaterstofzuur en salpeterzuur.

2. Polijst het entkristal en zorg ervoor dat de oriëntatie ervan overeenkomt met de gewenste groeirichting van het monokristallijne silicium en dat het vrij is van defecten. Eventuele onvolkomenheden zullen worden "geërfd" door het groeiende kristal.

3. Selecteer de onzuiverheden die aan de smeltkroes moeten worden toegevoegd om het geleidbaarheidstype van het groeiende kristal te regelen (N-type of P-type).

4. Spoel alle gereinigde materialen af ​​met zeer zuiver gedeïoniseerd water tot ze neutraal zijn en droog ze vervolgens.

Het laden van de oven:

1. Plaats het gemalen polysilicium in een kwartskroes, zet het entkristal vast, dek het af, evacueer de oven en vul deze met inert gas.

Verwarmen en smelten van polysilicium:

1. Nadat u het met inert gas hebt gevuld, verhit en smelt u het polysilicium in de smeltkroes, doorgaans bij een temperatuur van ongeveer 1420°C.

Groeifase:

1. Deze fase wordt 'zaaien' genoemd. Verlaag de temperatuur tot iets onder 1420°C, zodat het entkristal enkele millimeters boven het vloeistofoppervlak komt te liggen.

2. Verwarm het entkristal ongeveer 2-3 minuten voor om thermisch evenwicht tussen het gesmolten silicium en het entkristal te bereiken.

3. Breng het entkristal na het voorverwarmen in contact met het gesmolten siliciumoppervlak om het entproces te voltooien.

Insnoeringsstadium:

1. Na de zaaistap verhoogt u geleidelijk de temperatuur terwijl het entkristal begint te roteren en langzaam naar boven wordt getrokken, waardoor een klein enkelvoudig kristal ontstaat met een diameter van ongeveer 0,5 tot 0,7 cm, kleiner dan het oorspronkelijke entkristal.

2. Het primaire doel tijdens deze insnoeringsfase is het elimineren van eventuele defecten in het entkristal, evenals eventuele nieuwe defecten die kunnen voortvloeien uit temperatuurschommelingen tijdens het entproces. Hoewel de treksnelheid tijdens deze fase relatief hoog is, moet deze binnen geschikte grenzen worden gehouden om een ​​te snelle werking te voorkomen.

Schouderstadium:

1. Nadat het insnoeren is voltooid, verlaagt u de treksnelheid en verlaagt u de temperatuur, zodat het kristal geleidelijk de vereiste diameter kan bereiken.

2. Zorgvuldige controle van de temperatuur en de treksnelheid tijdens dit schouderproces is essentieel om een ​​gelijkmatige en stabiele kristalgroei te garanderen.

Groeifase met gelijke diameter:

1. Naarmate het schouderproces zijn voltooiing nadert, verhoogt en stabiliseert u de temperatuur langzaam om een ​​uniforme groei in diameter te garanderen.

2. Deze fase vereist een strenge controle van de treksnelheid en temperatuur om de uniformiteit en consistentie van het enkele kristal te garanderen.

Afwerkingsfase:

1. Wanneer de groei van één kristal zijn voltooiing nadert, verhoogt u de temperatuur matig en versnelt u de treksnelheid om de diameter van de kristallen staaf geleidelijk in een punt te laten afnemen.

2. Deze tapsheid helpt defecten te voorkomen die zouden kunnen voortvloeien uit een plotselinge temperatuurdaling wanneer de kristallen staaf de gesmolten toestand verlaat, waardoor de algehele hoge kwaliteit van het kristal wordt gegarandeerd.

Nadat het directe trekken van een enkel kristal is voltooid, wordt de kristalstaaf van de wafel als grondstof verkregen. Door de kristallen staaf door te snijden, wordt de meest originele wafel verkregen. De wafer kan op dit moment echter niet direct worden gebruikt. Om bruikbare wafels te verkrijgen, zijn enkele complexe daaropvolgende bewerkingen vereist, zoals polijsten, reinigen, dunne-filmafzetting, uitgloeien, enz.

Semicorex biedt hoogwaardige kwaliteithalfgeleiderwafels. Als u vragen heeft of aanvullende informatie nodig heeft, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.

Neem contact op met telefoonnummer +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com