Som leverantör av 5-tums kiselwafers får jag ofta frågan om tillverkningsprocessen för dessa väsentliga komponenter i halvledarindustrin. I det här blogginlägget kommer jag att ta dig igenom de detaljerade stegen för hur 5-tums kiselwafers tillverkas, från råvarorna till den slutliga polerade produkten.
Steg 1: Silikonrening
Resan för en 5-tums kiselwafer börjar med rening av kisel. Kisel är det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan, men det finns vanligtvis i form av kiseldioxid (SiO₂) i sand och kvarts. För att erhålla högrent kisel för halvledarapplikationer krävs en reningsprocess i flera steg.
Det första steget är reduktionen av kiseldioxid till kisel av metallurgisk kvalitet (MG-Si) genom att värma det med kol i en elektrisk ljusbågsugn. Denna process ger kisel med en renhet på cirka 98 %. Denna renhetsnivå är dock inte tillräcklig för halvledaranvändning, så ytterligare rening är nödvändig.
Nästa steg är omvandlingen av MG-Si till triklorsilan (SiHCl3) genom att reagera det med väteklorid (HCl). Triklorsilan är en flyktig förening som kan renas genom fraktionerad destillation. Den renade triklorsilanen reduceras sedan med väte för att producera högrent polykristallint kisel (polykisel) med en renhet på upp till 99,9999999 % (9N).
Steg 2: Enkristalltillväxt
När väl polykisel med hög renhet har erhållits måste det omvandlas till ett enkristallkiselgöt. Den vanligaste metoden för att odla enkristallkisel är Czochralski (Cz)-processen, som utvecklades av den polske forskaren Jan Czochralski 1916.
I Cz-processen placeras polykislet i en kvartsdegel och värms upp till sin smältpunkt (ca 1414°C) i en inert gasatmosfär. En liten frökristall av kisel doppas sedan i det smälta kislet och dras långsamt uppåt medan den roterar. När frökristallen dras, stelnar det smälta kislet runt den och bildar ett enkristallkiselgöt.
Tackans diameter styrs genom att justera draghastigheten och temperaturen på det smälta kislet. För 5-tums kiselwafers odlas götet vanligtvis till en diameter av cirka 127 mm (5 tum). Tackans längd kan variera beroende på kundens specifika krav, men den är vanligtvis flera hundra millimeter.
Steg 3: Götskiva
Efter att enkristallkiselgötet har odlats måste det skivas i enskilda skivor. Detta görs med hjälp av en diamantsåg eller en vajersåg. Sågbladet eller tråden är belagd med diamantpartiklar, som är extremt hårda och kan skära igenom kiselgötet med precision.
Tjockleken på skivorna är vanligtvis mellan 275 och 725 mikrometer, beroende på applikation. Tjockare wafers är mer robusta och tål högre temperaturer och mekaniska påfrestningar, medan tunnare wafers används för applikationer där utrymmet är begränsat.
Steg 4: Slipning och varvning av rån
När skivorna väl är skivade är de vanligtvis grova och har en ojämn tjocklek. För att göra dem lämpliga för halvledarbearbetning måste de slipas och överlappas för att få en jämn och plan yta.
Slipning är det första steget i processen, där skivorna placeras på en roterande platta och en slipskiva används för att ta bort det grova ytskiktet. Slipskivan är gjord av ett hårt slipande material, såsom kiselkarbid eller diamant, och är utformad för att ta bort material snabbt och jämnt.
Efter slipning lappas skivorna för att ytterligare förbättra ytfinishen och planheten. Lappning är en process där skivorna placeras på en lappplatta och en slurry av slipande partiklar används för att polera ytan. Lappplattan är vanligtvis gjord av ett mjukt material, såsom gjutjärn eller koppar, och de slipande partiklarna är vanligtvis aluminiumoxid eller kiseldioxid.
Steg 5: Wafer Etsning
Efter slipning och lappning kan skivorna fortfarande ha vissa ytskador och föroreningar. För att ta bort dessa etsas skivorna med en kemisk lösning. Etsning är en process där skivans yta selektivt avlägsnas genom att reagera den med ett kemiskt etsmedel.
Det finns två huvudtyper av etsning: våtetsning och torretsning. Våtetsning använder ett flytande kemiskt etsmedel, såsom fluorvätesyra (HF) eller salpetersyra (HNO3), för att lösa upp skivans ytskikt. Torretsning, å andra sidan, använder ett plasma av reaktiva gaser, såsom klor eller fluor, för att etsa skivans yta.
Valet av etsningsmetod beror på applikationens specifika krav. Våtetsning är generellt sett snabbare och mer kostnadseffektiv, men den kan vara mindre exakt och kan orsaka skador på skivans yta. Torretsning, å andra sidan, är mer exakt och kan användas för att etsa komplexa mönster, men det är dyrare och kräver specialutrustning.
Steg 6: Wafer Polering
Efter etsning poleras skivorna vanligtvis för att uppnå en spegelliknande ytfinish. Polering är en process där skivorna placeras på en polerplatta och en slurry av slipande partiklar används för att ta bort den återstående ytråheten. Polerkudden är vanligtvis gjord av ett mjukt material, såsom polyuretan, och de slipande partiklarna är vanligtvis kolloidal kiseldioxid eller aluminiumoxid.
Poleringsprocessen kontrolleras noggrant för att säkerställa att ytan på skivan är platt och slät till inom några nanometer. Detta är viktigt eftersom alla ytojämnheter kan påverka prestandan hos halvledarenheterna som tillverkas på skivan.
Steg 7: Rengöring och inspektion av wafer
När skivorna väl är polerade rengörs de för att avlägsna eventuella kvarvarande föroreningar och partiklar. Rengöring görs vanligtvis med en kombination av kemiska lösningsmedel och avjoniserat vatten. Skivorna torkas sedan och inspekteras för defekter, såsom repor, sprickor och partiklar.
Inspektion görs vanligtvis med hjälp av optisk mikroskopi, svepelektronmikroskopi (SEM) eller atomkraftsmikroskopi (AFM). Dessa tekniker gör det möjligt för tillverkaren att upptäcka och mäta defekter på skivans yta med hög precision. Alla wafers som inte uppfyller kvalitetskraven kasseras och återvinns.
Steg 8: Wafer förpackning och frakt
Efter att wafers har inspekterats och godkänts förpackas de i en ren och skyddande miljö för att förhindra kontaminering och skador under frakt. Skivorna placeras vanligtvis i en plastbärare eller en kassett och förseglas i en plastpåse eller en behållare.
Förpackningen är designad för att skydda wafers från fukt, damm och statisk elektricitet. Den innehåller också etiketter och markeringar som ger information om waferstorlek, orientering och partinummer.
När waferna är förpackade är de redo att skickas till kunden. Fraktprocessen är noggrant kontrollerad för att säkerställa att wafers anländer till sin destination i gott skick. Detta kan innebära användning av specialiserade fraktcontainrar, temperaturkontrollerade miljöer och hanteringsprocedurer.
Slutsats
Sammanfattningsvis är tillverkningsprocessen av 5-tums kiselwafers en komplex och mycket exakt process som kräver avancerad teknik och expertis. Från reningen av kisel till den slutliga förpackningen och frakten kontrolleras varje steg i processen noggrant för att säkerställa kvaliteten och prestanda för wafers.
Som leverantör av 5-tums kiselwafers är vi fast beslutna att förse våra kunder med högkvalitativa produkter som uppfyller deras specifika krav. Vi använder den senaste tillverkningstekniken och utrustningen för att säkerställa att våra wafers är av högsta kvalitet och tillförlitlighet.
Om du är intresserad av att köpa 5-tums kiselwafers eller har några frågor om våra produkter är du välkommen att kontakta oss. Vi diskuterar gärna dina behov och ger dig en offert.
Förutom 5-tums kiselwafers erbjuder vi även ett brett utbud av andra kiselwaferstorlekar, bl.a.2 tums silikonskiva (50,8 mm),3 tums silikonskiva (76,2 mm), och8 tums silikonskiva (200 mm). Våra produkter används i en mängd olika applikationer, inklusive halvledartillverkning, solceller och mikroelektromekaniska system (MEMS).
Referenser
- Sze, SM (1985). VLSI-teknik. McGraw-Hill.
- Wolf, S. & Tauber, RN (1986). Silicon Processing for the VLSI Era, Volym 1: Process Technology. Gallerpress.
- Madou, MJ (2002). Grunderna i mikrotillverkning: vetenskapen om miniatyrisering. CRC Tryck.