метод Чохральского

Вафлинарезаны из кристаллических стержней, которые производятся из поликристаллических и чистых нелегированных материалов. Процесс превращения поликристаллического материала в монокристаллы путем плавления и рекристаллизации известен как рост кристаллов. В настоящее время для этого процесса применяют два основных метода: метод Чохральского и метод зонной плавки. Среди них метод Чохральского (часто называемый методом CZ) является наиболее значимым для выращивания монокристаллов из расплавов. Фактически, более 85% монокристаллического кремния производится методом Чохральского.

Метод Чохральского включает нагрев и плавление поликристаллических кремниевых материалов высокой чистоты в жидкое состояние в условиях высокого вакуума или атмосферы инертного газа с последующей рекристаллизацией с образованием монокристаллического кремния. Оборудование, необходимое для этого процесса, включает монокристаллическую печь Чохральского, состоящую из корпуса печи, системы механической передачи, системы контроля температуры и системы подачи газа. Конструкция печи обеспечивает равномерное распределение температуры и эффективный отвод тепла. Механическая система передачи управляет движением тигля и затравочного кристалла, а система нагрева плавит поликремний с помощью высокочастотной катушки или резистивного нагревателя. Система газопередачи отвечает за создание вакуума и заполнение камеры инертным газом для предотвращения окисления раствора кремния, с необходимым уровнем вакуума ниже 5 Торр и чистотой инертного газа не менее 99,9999%.

Чистота кристаллического стержня имеет решающее значение, поскольку она существенно влияет на качество получаемой пластины. Поэтому поддержание высокой чистоты во время выращивания монокристаллов имеет важное значение.

Выращивание кристаллов предполагает использование монокристаллического кремния с определенной ориентацией кристаллов в качестве исходного затравочного кристалла для выращивания кремниевых слитков. Полученный слиток кремния «наследует» структурные характеристики (ориентацию кристалла) затравочного кристалла. Чтобы гарантировать, что расплавленный кремний точно повторяет кристаллическую структуру затравочного кристалла и постепенно расширяется в большой слиток монокристаллического кремния, условия на границе контакта между расплавленным кремнием и затравочными кристаллами монокристаллического кремния должны строго контролироваться. Этот процесс облегчается печью для выращивания монокристаллов Чохральского (CZ).

Основные этапы выращивания монокристаллического кремния методом CZ заключаются в следующем:

Этап подготовки:

1. Начните с поликристаллического кремния высокой чистоты, затем измельчите и очистите его с помощью смешанного раствора плавиковой и азотной кислот.

2. Отполируйте затравочный кристалл, убедившись, что его ориентация соответствует желаемому направлению роста монокристалла кремния и что он не содержит дефектов. Любые недостатки будут «унаследованы» растущим кристаллом.

3. Выберите примеси, добавляемые в тигель, чтобы контролировать тип проводимости растущего кристалла (N-тип или P-тип).

4. Промойте все очищенные материалы деионизированной водой высокой чистоты до нейтрального состояния, затем высушите их.

Загрузка печи:

1. Поместите измельченный поликремний в кварцевый тигель, закрепите затравочный кристалл, накройте его, вакуумируйте печь и заполните ее инертным газом.

Нагревание и плавление поликремния:

1. После заполнения инертным газом нагрейте и расплавьте поликремний в тигле, обычно при температуре около 1420°C.

Стадия роста:

1. Этот этап называется «посев». Понизьте температуру чуть ниже 1420°C, чтобы затравочный кристалл располагался на несколько миллиметров над поверхностью жидкости.

2. Предварительно нагрейте затравочный кристалл в течение примерно 2-3 минут, чтобы достичь теплового равновесия между расплавленным кремнием и затравочным кристаллом.

3. После предварительного нагрева принесите затравочный кристалл в контакт с поверхностью расплавленного кремния, чтобы завершить процесс затравки.

Стадия шейки:

1. После этапа затравки постепенно увеличивайте температуру, в то время как затравочный кристалл начинает вращаться и медленно вытягивается вверх, образуя небольшой монокристалл диаметром примерно от 0,5 до 0,7 см, меньший, чем исходный затравочный кристалл.

2. Основной целью на этапе образования шейки является устранение любых дефектов, присутствующих в затравочном кристалле, а также любых новых дефектов, которые могут возникнуть из-за колебаний температуры во время процесса затравки. Хотя скорость вытягивания на этом этапе сравнительно высока, ее необходимо поддерживать в соответствующих пределах, чтобы избежать чрезмерно быстрой работы.

Стадия плеч:

1. После завершения образования шейки уменьшите скорость вытягивания и уменьшите температуру, чтобы кристалл постепенно достиг необходимого диаметра.

2. Тщательный контроль температуры и скорости вытягивания во время процесса формирования плеч необходим для обеспечения равномерного и стабильного роста кристаллов.

Стадия роста равного диаметра:

1. Когда процесс образования буртиков близок к завершению, медленно увеличьте и стабилизируйте температуру, чтобы обеспечить равномерный рост диаметра.

2. Этот этап требует строгого контроля скорости и температуры вытягивания, чтобы гарантировать однородность и консистенцию монокристалла.

Завершающий этап:

1. Когда рост монокристалла приближается к завершению, умеренно поднимите температуру и увеличьте скорость вытягивания, чтобы постепенно сузить диаметр кристаллического стержня до точки.

2. Такое сужение помогает предотвратить дефекты, которые могут возникнуть из-за внезапного падения температуры при выходе кристаллического стержня из расплавленного состояния, тем самым обеспечивая общее высокое качество кристалла.

После завершения прямого вытягивания монокристалла получается кристаллический стержень пластины. Разрезав хрустальный стержень, получается самая оригинальная вафля. Однако в настоящее время пластину нельзя использовать непосредственно. Для получения пригодных к использованию пластин необходимы некоторые сложные последующие операции, такие как полировка, очистка, нанесение тонких пленок, отжиг и т. д.

Semicorex предлагает высококачественныеполупроводниковые пластины. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Контактный телефон +86-13567891907.

Электронная почта: sales@semicorex.com