Phương pháp Czochralski

bánh xốpđược cắt từ các thanh tinh thể, được sản xuất từ ​​​​các vật liệu nội tại đa tinh thể và tinh khiết, không pha tạp. Quá trình biến đổi vật liệu đa tinh thể thành các tinh thể đơn thông qua quá trình nấu chảy và kết tinh lại được gọi là sự phát triển của tinh thể. Hiện nay, hai phương pháp chính được sử dụng cho quá trình này: phương pháp Czochralski và phương pháp nấu chảy vùng. Trong số này, phương pháp Czochralski (thường được gọi là phương pháp CZ) là phương pháp quan trọng nhất để phát triển các tinh thể đơn từ tan chảy. Trên thực tế, hơn 85% silicon đơn tinh thể được sản xuất bằng phương pháp Czochralski.

Phương pháp Czochralski bao gồm việc nung nóng và nấu chảy các vật liệu silicon đa tinh thể có độ tinh khiết cao thành trạng thái lỏng trong điều kiện chân không cao hoặc môi trường khí trơ, sau đó kết tinh lại để tạo thành silicon đơn tinh thể. Thiết bị cần thiết cho quá trình này bao gồm lò nung đơn tinh thể Czochralski, bao gồm thân lò, hệ thống truyền động cơ học, hệ thống kiểm soát nhiệt độ và hệ thống truyền khí. Thiết kế của lò đảm bảo phân bổ nhiệt độ đồng đều và tản nhiệt hiệu quả. Hệ thống truyền động cơ học quản lý chuyển động của nồi nấu kim loại và tinh thể hạt, trong khi hệ thống gia nhiệt làm tan chảy polysilicon bằng cách sử dụng cuộn dây tần số cao hoặc lò sưởi điện trở. Hệ thống truyền khí có nhiệm vụ tạo chân không và lấp đầy khoang bằng khí trơ để ngăn chặn quá trình oxy hóa dung dịch silicon, với độ chân không yêu cầu dưới 5 Torr và độ tinh khiết của khí trơ tối thiểu 99,9999%.

Độ tinh khiết của thanh pha lê là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của tấm wafer thu được. Vì vậy, việc duy trì độ tinh khiết cao trong quá trình phát triển của các tinh thể đơn lẻ là điều cần thiết.

Sự phát triển của tinh thể liên quan đến việc sử dụng silicon đơn tinh thể có định hướng tinh thể cụ thể làm tinh thể mầm ban đầu để nuôi dưỡng các thỏi silicon. Thỏi silicon thu được sẽ “kế thừa” đặc điểm cấu trúc (hướng tinh thể) của tinh thể hạt. Để đảm bảo silicon nóng chảy tuân theo cấu trúc tinh thể của tinh thể hạt giống một cách chính xác và dần dần mở rộng thành một thỏi silicon đơn tinh thể lớn, các điều kiện tại giao diện tiếp xúc giữa silicon nóng chảy và tinh thể hạt silicon đơn tinh thể phải được kiểm soát chặt chẽ. Quá trình này được hỗ trợ bởi lò tăng trưởng đơn tinh thể Czochralski (CZ).

Các bước chính trong việc phát triển silicon đơn tinh thể thông qua phương pháp CZ như sau:

Giai đoạn chuẩn bị:

1. Bắt đầu với silicon đa tinh thể có độ tinh khiết cao, sau đó nghiền nát và làm sạch nó bằng dung dịch hỗn hợp axit hydrofluoric và axit nitric.

2. Đánh bóng tinh thể hạt, đảm bảo rằng hướng của nó phù hợp với hướng phát triển mong muốn của silicon đơn tinh thể và nó không có khuyết tật. Bất kỳ sự không hoàn hảo nào sẽ được "thừa kế" bởi tinh thể đang phát triển.

3. Chọn tạp chất cần thêm vào nồi nấu kim loại để kiểm soát loại độ dẫn điện của tinh thể đang phát triển (loại N hoặc loại P).

4. Rửa sạch tất cả các vật liệu đã làm sạch bằng nước khử ion có độ tinh khiết cao cho đến khi trung tính, sau đó lau khô.

Đang tải lò:

1. Đặt polysilicon đã nghiền nát vào nồi nấu kim loại thạch anh, cố định tinh thể hạt, đậy nắp, lấy chân không khỏi lò và đổ đầy khí trơ vào.

Polysilicon sưởi ấm và nóng chảy:

1. Sau khi đổ đầy khí trơ, đun nóng và làm tan chảy polysilicon trong nồi nấu kim loại, thường ở nhiệt độ khoảng 1420°C.

Giai đoạn phát triển:

1. Giai đoạn này được gọi là "gieo hạt". Hạ nhiệt độ xuống dưới 1420°C một chút để tinh thể mầm ở vị trí cách bề mặt chất lỏng vài mm.

2. Làm nóng trước tinh thể hạt trong khoảng 2-3 phút để đạt được trạng thái cân bằng nhiệt giữa silicon nóng chảy và tinh thể hạt.

3. Sau khi làm nóng trước, đưa tinh thể hạt tiếp xúc với bề mặt silicon nóng chảy để hoàn tất quá trình gieo hạt.

Giai đoạn thắt cổ:

1. Sau bước gieo hạt, tăng dần nhiệt độ trong khi tinh thể hạt bắt đầu quay và được kéo từ từ lên trên, tạo thành một tinh thể nhỏ có đường kính khoảng 0,5 đến 0,7 cm, nhỏ hơn tinh thể hạt ban đầu.

2. Mục tiêu chính trong giai đoạn thắt cổ này là loại bỏ bất kỳ khiếm khuyết nào có trong tinh thể hạt giống cũng như bất kỳ khiếm khuyết mới nào có thể phát sinh do biến động nhiệt độ trong quá trình gieo hạt. Mặc dù tốc độ kéo tương đối nhanh trong giai đoạn này nhưng nó phải được duy trì trong giới hạn thích hợp để tránh vận hành quá nhanh.

Giai đoạn gánh vác:

1. Sau khi thắt cổ xong, giảm tốc độ kéo và giảm nhiệt độ để tinh thể dần dần đạt được đường kính yêu cầu.

2. Kiểm soát cẩn thận nhiệt độ và tốc độ kéo trong quá trình đóng vai này là điều cần thiết để đảm bảo sự phát triển tinh thể đồng đều và ổn định.

Giai đoạn tăng trưởng đường kính bằng nhau:

1. Khi quá trình tạo vai gần hoàn thành, hãy tăng từ từ và ổn định nhiệt độ để đảm bảo đường kính tăng trưởng đồng đều.

2. Giai đoạn này yêu cầu kiểm soát chặt chẽ tốc độ kéo và nhiệt độ để đảm bảo tính đồng nhất và nhất quán của đơn tinh thể.

Giai đoạn hoàn thiện:

1. Khi sự phát triển của một tinh thể đơn lẻ sắp hoàn thành, hãy tăng nhiệt độ vừa phải và tăng tốc độ kéo để giảm dần đường kính của thanh tinh thể thành một điểm.

2. Việc giảm dần này giúp ngăn ngừa các khuyết tật có thể phát sinh do nhiệt độ giảm đột ngột khi thanh tinh thể thoát khỏi trạng thái nóng chảy, do đó đảm bảo chất lượng cao tổng thể của tinh thể.

Sau khi hoàn thành việc kéo trực tiếp tinh thể đơn, sẽ thu được thanh tinh thể nguyên liệu thô của tấm bán dẫn. Bằng cách cắt thanh pha lê, người ta sẽ thu được tấm wafer nguyên bản nhất. Tuy nhiên, wafer không thể được sử dụng trực tiếp vào thời điểm này. Để có được các tấm wafer có thể sử dụng được, cần phải thực hiện một số thao tác phức tạp tiếp theo như đánh bóng, làm sạch, lắng đọng màng mỏng, ủ, v.v.

Semicorex cung cấp chất lượng caotấm bán dẫn. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Số điện thoại liên hệ +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com