Mint 5 hüvelykes szilícium lapkák szállítója, gyakran kérdeznek tőlem ezeknek az alapvető alkatrészeknek a gyártási folyamatáról a félvezetőiparban. Ebben a blogbejegyzésben végigvezetem az 5 hüvelykes szilícium ostyák gyártási lépésein, a nyersanyagoktól a polírozott végtermékig.
1. lépés: Szilícium tisztítás
Az 5 hüvelykes szilícium ostya útja a szilícium tisztításával kezdődik. A szilícium a második legelterjedtebb elem a földkéregben, de általában szilícium-dioxid (SiO₂) formájában található meg a homokban és a kvarcban. A félvezető alkalmazásokhoz való nagy tisztaságú szilícium előállításához többlépcsős tisztítási eljárásra van szükség.
Az első lépés a szilícium-dioxid kohászati minőségű szilíciummá (MG-Si) történő redukálása szénnel történő hevítéssel elektromos ívkemencében. Ezzel az eljárással körülbelül 98%-os tisztaságú szilíciumot állítanak elő. Ez a tisztasági szint azonban nem elegendő a félvezető felhasználáshoz, ezért további tisztításra van szükség.
A következő lépés az MG-Si triklór-szilánná (SiHCl3) történő átalakítása hidrogén-kloriddal (HCl) történő reagáltatással. A triklórszilán egy illékony vegyület, amely frakcionált desztillációval tisztítható. A tisztított triklór-szilánt ezután hidrogénnel redukálják, így nagy tisztaságú polikristályos szilíciumot (poliszilíciumot) állítanak elő, amelynek tisztasága eléri a 99,9999999%-ot (9N).
2. lépés: Egykristály növekedés
Miután megkaptuk a nagy tisztaságú poliszilíciumot, egykristályos szilíciumtömbbé kell alakítani. Az egykristályos szilícium termesztésének leggyakoribb módja a Czochralski (Cz) eljárás, amelyet Jan Czochralski lengyel tudós dolgozott ki 1916-ban.
A Cz eljárás során a poliszilíciumot kvarctégelybe helyezik, és inert gázatmoszférában olvadáspontjára (kb. 1414 °C) melegítik. Ezután egy kis szilíciumkristályt mártottak az olvadt szilíciumba, és lassan felfelé húzzák, miközben forog. Ahogy a magkristályt húzzák, az olvadt szilícium megszilárdul körülötte, és egy kristályos szilícium tömböt képez.
A tuskó átmérőjét a húzási sebesség és az olvadt szilícium hőmérsékletének beállításával szabályozzák. Az 5 hüvelykes szilícium ostyák esetében a bugát általában körülbelül 127 mm (5 hüvelyk) átmérőjűre növesztik. A tuskó hossza a vevő egyedi igényeitől függően változhat, de általában több száz milliméter.
3. lépés: Rúdszeletelés
Az egykristályos szilícium rúd termesztése után külön ostyákra kell szeletelni. Ez gyémántfűrésszel vagy drótfűrésszel történik. A fűrészlap vagy a huzal gyémántrészecskékkel van bevonva, amelyek rendkívül kemények és precízen át tudják vágni a szilíciumtömböt.
Az ostyák vastagsága jellemzően 275 és 725 mikrométer között van, az alkalmazástól függően. A vastagabb lapkák robusztusabbak, és ellenállnak a magasabb hőmérsékletnek és a mechanikai igénybevételnek, míg a vékonyabb lapkákat olyan alkalmazásokban használják, ahol korlátozott a hely.
4. lépés: Ostyacsiszolás és lapozás
Miután az ostyákat felszeletelték, általában durvák és nem egyenletes vastagságúak. Ahhoz, hogy alkalmasak legyenek a félvezető feldolgozásra, csiszolni és átlapolni kell őket, hogy sima és sík felületet kapjanak.
A köszörülés a folyamat első lépése, amikor az ostyákat egy forgó lapra helyezik, és egy csiszolókoronggal távolítják el az érdes felületi réteget. A csiszolókorong kemény csiszolóanyagból, például szilícium-karbidból vagy gyémántból készül, és az anyag gyors és egyenletes eltávolítására készült.
Csiszolás után az ostyákat átlapolják, hogy tovább javítsák a felületi minőséget és a simaságot. A lelapolás egy olyan folyamat, amelyben az ostyákat egy lapolólemezre helyezik, és csiszolószemcsékből álló szuszpenziót használnak a felület polírozására. A fedőlemez általában puha anyagból, például öntöttvasból vagy rézből készül, és a csiszolószemcsék jellemzően alumínium-oxid vagy szilícium-dioxid.
5. lépés: Ostya maratása
Az ostyákon csiszolás és lelapolás után még lehet némi felületi sérülés és szennyeződés. Ezek eltávolítására az ostyákat vegyi oldattal maratják. A maratás egy olyan folyamat, ahol az ostya felületét szelektíven eltávolítják kémiai maratószerrel reagáltatva.
A maratásnak két fő típusa van: nedves és száraz maratás. A nedves maratáshoz folyékony kémiai maratószert, például hidrogén-fluoridot (HF) vagy salétromsavat (HNO₃) használnak az ostya felületi rétegének feloldására. A száraz maratáshoz viszont reaktív gázok, például klór vagy fluor plazmáját használják az ostya felületének maratására.
A maratási módszer kiválasztása az alkalmazás speciális követelményeitől függ. A nedves maratás általában gyorsabb és költséghatékonyabb, de lehet, hogy kevésbé pontos, és károsíthatja az ostya felületét. A száraz maratás viszont precízebb, és bonyolult minták marására is használható, de drágább és speciális felszerelést igényel.
6. lépés: Ostyapolírozás
A maratást követően az ostyákat általában polírozzák, hogy tükörszerű felületet kapjanak. A polírozás egy olyan folyamat, amelyben az ostyákat egy polírozópárnára helyezik, és csiszolószemcsékből álló szuszpenziót használnak a megmaradt felületi érdesség eltávolítására. A polírozó párna általában puha anyagból, például poliuretánból készül, és a csiszolószemcsék jellemzően kolloid szilícium-dioxid vagy alumínium-oxid.
A polírozási folyamatot gondosan ellenőrzik, hogy az ostya felülete néhány nanométeres pontossággal lapos és sima legyen. Ez azért fontos, mert a felületi egyenetlenségek befolyásolhatják a lapkára gyártott félvezető eszközök teljesítményét.
7. lépés: Az ostya tisztítása és ellenőrzése
Miután az ostyákat kifényesítették, megtisztítják, hogy eltávolítsák a megmaradt szennyeződéseket és részecskéket. A tisztítást általában kémiai oldószerek és ioncserélt víz kombinációjával végzik. Az ostyákat ezután megszárítják, és megvizsgálják, hogy nincsenek-e benne hibák, például karcolások, repedések és részecskék.
Az ellenőrzés általában optikai mikroszkóppal, pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) vagy atomerőmikroszkóppal (AFM) történik. Ezek a technikák lehetővé teszik a gyártó számára, hogy nagy pontossággal észlelje és mérje meg a lapka felületén lévő hibákat. Minden olyan ostyát, amely nem felel meg a minőségi előírásoknak, visszautasítjuk és újrahasznosítjuk.
8. lépés: Ostyacsomagolás és szállítás
Az ostyák ellenőrzését és jóváhagyását követően tiszta és védőkörnyezetbe csomagolják, hogy elkerüljék a szennyeződést és a szállítás során bekövetkező sérüléseket. Az ostyákat jellemzően műanyag hordozóba vagy kazettába helyezik, és műanyag zacskóba vagy tartályba zárják.
A csomagolást úgy tervezték, hogy megvédje az ostyákat a nedvességtől, a portól és a statikus elektromosságtól. Tartalmaz olyan címkéket és jelöléseket is, amelyek információt nyújtanak az ostya méretéről, tájolásáról és tételszámáról.
Az ostyák becsomagolása után készen állnak a vevőhöz történő szállításra. A szállítási folyamatot gondosan ellenőrzik, hogy az ostyák jó állapotban érkezzenek meg rendeltetési helyükre. Ez magában foglalhatja speciális szállítási konténerek használatát, szabályozott hőmérsékletű környezetet és kezelési eljárásokat.
Következtetés
Összefoglalva, az 5 hüvelykes szilícium lapkák gyártási folyamata összetett és rendkívül precíz folyamat, amely fejlett technológiát és szakértelmet igényel. A szilícium tisztításától a végső csomagolásig és szállításig a folyamat minden lépését gondosan ellenőrzik, hogy biztosítsák az ostyák minőségét és teljesítményét.
Az 5 hüvelykes szilícium lapkák szállítójaként elkötelezettek vagyunk amellett, hogy ügyfeleinknek minőségi termékeket biztosítsunk, amelyek megfelelnek speciális követelményeiknek. A legújabb gyártási technikákat és berendezéseket használjuk, hogy ostyáink a legmagasabb minőséget és megbízhatóságot biztosítsák.
Ha 5 hüvelykes szilícium ostya vásárlása iránt érdeklődik, vagy kérdése van termékeinkkel kapcsolatban, forduljon hozzánk bizalommal. Szívesen megbeszéljük igényeit és árajánlatot adunk.
Az 5 hüvelykes szilícium ostyákon kívül egyéb szilícium lapkák széles skáláját kínáljuk, pl.2 hüvelykes szilícium ostya (50,8 mm),3 hüvelykes szilícium ostya (76,2 mm), és8 hüvelykes szilícium ostya (200 mm). Termékeinket különféle alkalmazásokban használják, beleértve a félvezetőgyártást, a napelemeket és a mikroelektromechanikai rendszereket (MEMS).
Hivatkozások
- Sze, SM (1985). VLSI technológia. McGraw-Hill.
- Wolf, S. és Tauber, RN (1986). Szilíciumfeldolgozás a VLSI-korszakhoz, 1. kötet: Folyamattechnológia. Rácsprés.
- Madou, MJ (2002). A mikrogyártás alapjai: A miniatürizálás tudománya. CRC Press.