Plachete de siliciu: dificil defabricat și cu bariere ridicate. Acest articol descrie procesul de fabricare aplachetelor, analiza costurilor de fabricație și principalele bariere.
Procesul de fabricare aplachetelor
Materia primă pentruplachetele de siliciu este cuarțul, denumit în mod obișnuit nisip, care poate fi extras direct din natură.Procesul de fabricare a plachetelor poate fi realizat în mai multe etape.Dezoxidare și purificare, rafinare a polisiliciului, lingouri monocristaline (tije),tumbling, tăierea plachetelor, lustruirea plachetelor, recoacere,testare, ambalare și alte etape.
Dezoxidare și purificare: Materia primă pentruinstalațiile de fabricare a plachetelor de siliciu este minereul de cuarț, principala materie primă pentruminereul de cuarț fiind dioxidul de siliciu (SiO2). Minereul de cuarț este mai întâi dezoxigenat și purificat într-un proces care include sortarea,separarea magnetică, flotația, degazarea la temperaturi ridicate și așa mai departe. Principalele impurități din minereu sunt îndepărtate, cum ar fi fierul,aluminiul și alte impurități.
Rafinarea siliciuluipolicristalin: După obținerea SiO2 relativ pur, se realizează o reacție chimică pentru a produce siliciu monocristalin. Reacția principală este SiO2 + CàSi + CO, cu monoxid de carbon (CO) ca gaz, care se evaporă directdupă încheierea reacției. Astfel, rămân doar cristalele de siliciu. În acest moment,siliciul este policristalin și grosier, cu unele impurități, cum ar fi fier, aluminiu, carbon, bor, fosfor,cupru și așa mai departe. Pentru a filtra excesul de impurități, siliciul brut rezultat trebuie să fie spălat cuacid, folosind în mod obișnuit acid clorhidric (HCl), acid sulfuric (H2SO4) etc.Conținutul de siliciu după imersiunea în acid este, în general, de peste 99,7%.În timpul procesului de decapare, fierul, aluminiul și alte elemente sunt dizolvate în acid și filtrate. Cu toate acestea, siliciul reacționează, de asemenea, cu acidul pentru a forma SiHCl3(triclorură de siliciu) sau SiCl4 (tetraclorură desiliciu). Cu toate acestea, ambele substanțe sunt gazoase, astfel încât, după spălareacu acid, impuritățile inițiale, cum ar fi fierul și aluminiul, au fost dizolvate în acid, dar siliciul atrecut în stare gazoasă. În cele din urmă, SiHCl3 sau SiCl4 gazos de înaltăpuritate este redus cu hidrogen pentru a obține polisiliciu de înaltă puritate, SiHCl3+H2àSi+3HCl, SICl4+2H2àSi+4HCl. înacest punct se obține polisiliciu pentru producție.
CZ (metoda de tragere directă)
Metoda tragerii drepte (CZ) aplachetelor de siliciu este utilizată în principal în cazul cipurilor logice și de memorie și reprezintă aproximativ 95% din piață; metoda tragerii drepte a luat naștere în 1918, când Czochralski a tras filamente finedin metal topit, de unde și numele de metoda CZ. Aceasta este tehnologiadominantă pentru cultivarea siliciului monocristalin înprezent. Principalul proces implică plasarea polisiliciului într-un creuzet, încălzireaacestuia până la topire, apoi prinderea unei bucăți de cristal de sămânță de siliciu monocristal, suspendarea acesteia deasupracreuzetului și tragerea ei în linie dreaptă, cu un capăt introdus în topitură până latopire, apoi rotirea lentă și ridicarea ei în sus. În acest fel, la interfața dintre lichid și solid se formează un singur cristal prin condensare treptată.Deoarece întregul proces poate fi considerat ca o replicare a cristalelor de sămânță, cristalele de siliciu rezultate sunt cristale unicede siliciu. În plus, dopajul plachetelor se realizează, deasemenea, în timpul procesului de extracție a monocristalelor, de obicei atât în fază lichidă, cât și în fază gazoasă. Dopajul în fază lichidă înseamnă că creuzetul este dopat cu elemente de tip P sau N, carepot fi trase direct în tija de siliciu în timpul procesului de tragere amonocristalelor.
Rularea diametrului: Deoareceeste dificil de controlat diametrul tijelor de siliciu monocristal în timpulprocesului de tragere a monocristalelor, pentru a obține diametre standard, cum ar fi 6", 8", 12"etc., tijele de siliciu sunt rulate și șlefuite. După ce se extrage un singur cristal, diametrul lingouluieste laminat și rectificat, rezultând o suprafață netedă și o eroare dimensională mai mică.
Tăiere și șanfrenare: După obținerea lingourilor, se taie plachetele. Lingourilesunt plasate pe un tăietor staționar și se taie în conformitate cu programul de tăierestabilit. Datorită grosimii mici a plachetelor de siliciu, marginileplachetelor tăiate sunt foarte ascuțite. Scopul șanfrenării este de a crea o margine netedă.Placheta șanfrenată are o tensiune centrală mai mică, ceeace o face mai rezistentă și mai puțin predispusă la fragmentare la fabricarea ulterioară acipurilor.
Lustruire: Scopul principal allustruirii este de a face suprafața plăcuței mai netedă, plană și fără deteriorări și de a asigura o grosime constantă de lao plăcuță la alta.
Testarea și ambalarea: După obținerea plachetelor lustruite, este necesar să setesteze proprietățile electrice ale acestora, cum ar fi rezistivitatea și alți parametri. Cele mai multe fabrici de discuri au unserviciu de discuri epitaxiale, iar dacă sunt necesare discuri epitaxiale, atunci se realizează creșterea epitaxială a discurilor. În cazul în care nu este nevoie deplachete epi, acestea sunt ambalate și expediate către alte fabrici de plachete epitaxiale sau fabrici deplachete.
FZ (zonare fracționată)
Plachetele de siliciu cu fuziunede zonă (FZ) sunt utilizate în principal în unele cipuri de putere, cu o cotă de piață de aproximativ 4%; plachetele de siliciu realizate cuFZ (fuziune de zonă) sunt utilizate în principal pentru dispozitive deputere. Dimensiunile plăcilor sunt în principal de 8" și 6", iar în prezent, aproximativ 15% dintre elesunt realizate prin metoda FZ. În comparație cu plachetele realizate prin metoda CZ, metoda FZse caracterizează printr-o rezistivitate relativ ridicată, opuritate mai mare și o rezistență la tensiuni înalte, dar este mai dificil de realizat plachete de maridimensiuni și are proprietăți mecanice slabe, astfel încât este adesea utilizată pentruplachete pentru dispozitive de putere și mai rar pentru circuite integrate.
Metoda de fuziune zonală pentrufabricarea tijelor de siliciu monocristalin constă în trei etape: încălzireapolisiliciului, contactul