Transcript Si wafer el‹ ll¡t sa

Si egykristály előállítása
•
•
•
•
•
Kristálytan
Si anyag előállítása
Egykristálynövesztés
Szeletgyártás
Minőségellenőrzés
Mi is az igazán fontos?
Kristálytani alapok
Kocka
TKK
LKK
Kristálytani alapok
A fontosabb síkokhoz tartozó Miller indexek
Kristálytani alapok
Gyémántrács
Si wafer előállítása
Alapanyag (Quartzite)
Desztilláció és
redukció
Polikristályos szilícium
Kristálynövesztés
Egykristályos szilícium
Wafer
Csiszolás,
fűrészelés,
polírozás
Ívkemence
Tisztítás
•
•
•
•
•
Kvarc redukálása itt történik
1. MGS
SiO2+2C=Si+2CO
2. SiHCl3 képződése
3. Tisztítás desztillálással
4. CVD reaktorban: EGS
Czochralski- és függő zónás
módszerek
Czochlarski egykristály növesztési eljárás
Forgatás és húzás
Indító kristály
Egykristályos
szilícium
Olvadék
Kvarc tégely
Fűtőtest
Vízhűtéses
burkolat
Czochlarski kristályhúzó berendezés
Zónás (float zone) egykristály növesztés
Védőgáz
Polikristályos
Si rúd
RF
Indító kristály
Gázkivezetés
Olvadt rész
RF
tekercs
Zónás (float zone) berendezés
Egykristályos szilíciumrúd
Szilíciumrúd megmunkálása
Szeletelés
ID fűrész geometria
ID szeletelő
Szeletelés
• Szilícium szelet
felületének
azonosítása
• Fűrészelés
• Pattintás
• Polírozás
Nagy átmérőjű szeletek: becsípés (notch)
Nagy átmérőjű szeletek: becsípés
(notch)
Epitaxiális rétegnövesztéshez [111] irányban orientált szilíciumot használnak,
mert ebben az irányban a legsűrűbb az atomok elhelyezkedése.
[111] –től eltérnek 7°-kal szeleteléskor, hogy könnyebb legyen a
rétegnövesztés a kialakult kis lépcsők miatt. Rétegnövesztéskor mindig a
lépcsőknél indul meg a növekedés, mert itt tudnak a többihez igazodni.
Ellenőrzés: röntgen diffrakció
Szelet felületének kialakítása
Szilícium szelet méretek
Átmérő
Vastagság [μm]
2"
4"
6"
8"
12"
(30
cm!)
275
525
675
725
775
Egyedi atom:
Elektronenergiaszintek
származtatása:
hullámegyenlet
megoldása.
Egyedülálló atom: diszkrét energiaszintek. A szintek közötti
elektron-átmenet az energiaszintek közötti energia-különbséggel
megegyező energiájú foton kibocsátásával, illetve elnyelésével jár
együtt. Adott energia-szintről az elektron végtelenbe való
eltávolításához az ionizációs potenciállal egyenlő energia közlése
szükséges.
Kristályrács (félvezető)
Kristályrács (félvezető)
a diszkrét
energiaszintek
sávokká
szélesednek (ok:
Pauli elv)
A hullámegyenlet megoldása periodikus potenciáltér és végtelen
kristálytérfogat (Bloch határfeltétel) esetére megadja az elektron
által elfoglalható energiaszinteket, sávokat.
Sávszerkezetek:
Intrinsic félvezető
1: generáció
2: vezetés a
vezetési sávban
3: vezetés a
vegyértéksávban
(lyukvezetés)
4: rekombináció
Intrinsic félvezető
Fermi függvény sávszerkezet
töltéshordozók
N típusú félvezető
P típusú félvezető
Felületi (Nss) és tömbi (donor, akceptor, mély)
energia állapotok egykristályos félvezetőben
oxigén
Polikristályos
(multikristályos)
szilárdtest
Amorf szilárdtest
Si elektromos tulajdonságai
ρ int  250 .000 Ωcm
adalékolás
3 vegyértékű adalék: AKCEPTOR (B, Ga, In) – p típus
5 vegyértékű adalék: DONOR (P, As, Sb) – n típus
1
15 adalékatom
intrinsic : n i  p i  10
 alapanyag ~ 10
3
cm
cm 3
21 atom
3
22
1 cm anyagban10 db atomvan  max.adalék olás ~ 10
cm 3
10
Fajlagos ellenállás
R□=ρ/w
4 tűs mérés
R□
ha a szelet n-típusú,
homogén adalékolású
R□= 123 Ω/□
w= 325 μm
ρ=4 Ωcm
ND≈1015 atom/cm3
Múlt és jövőbeli szelet méretek
Szelet tesztelése
• Minta lézer + mikrohullámú besugárzása ->mPCD
• A hullám visszaverődéséből következtetni lehet a
(kisebbségi) töltéshordozó koncentrációra-lecsengése->t
• Kristályhibák:
– „0” D  ponthiba, mely a diffúziót segíti elő
– „1” D  vonal diszlokáció
– „2” D  sík
– „3” D  precipitátum. (Pld.: ha a szilárd oldékonyságnál több
adalékot viszünk a szeletre, a többlet az első melegítésnél kiválik).
Szelet tesztelése, egyéb, érintésmentes
szelettérképezési mérések:
•
•
•
•
•
örvényáramú méréssel fajlagos ellenállás (adalékolás) térkép,
szeletvastagság térképezése kapacitív érzékelővel,
felületi fotofeszültség (SPV) mérése (diffúziós hossz),
felületi töltések analizálása,
pásztázó infravörös mikroszkópia
Szelet tesztelése, egyéb, mérések:
mélynívó spektroszkóp:
(speciális C-V
mérés a tiltott
sávban fellépő
energiaszintek
vizsgálatára)
PN teszter
(egyszerűsített, kapacitiv SPV mérő vezetési
típus megállapításához)
Szelet tervezés
• Minden
technológiához
megfelelő alapanyag
• Felső aktív réteg
kristályhiba mentes
• Alatta kialakuló
hibákat (pont, 2D, 3D)
hőkezeléssel lehet
eltávolítani
• Alul a sérült hátoldali
tartomány
A Si szelet keresztmetszete a
legfontosabb tartományokkal