OD KŘEMENE KE KŘEMÍKOVÉ DESCE Výroba monokrystalů křemíku a křemíkových desek Verze 2.1 Cz Silicon V2.1 Cz.
Download ReportTranscript OD KŘEMENE KE KŘEMÍKOVÉ DESCE Výroba monokrystalů křemíku a křemíkových desek Verze 2.1 Cz Silicon V2.1 Cz.
Slide 1
OD KŘEMENE KE
KŘEMÍKOVÉ DESCE
Výroba monokrystalů křemíku
a křemíkových desek
Verze 2.1 Cz
Silicon V2.1 Cz
Slide 2
VPS
Tato prezentace byla vytvořena pro potřeby společnosti ON Semiconductor, s cílem přiblížit principy
výroby monokrystalů křemíku a křemíkových desek.
Podrobnosti z výrobního procesu, obrázky a videoklipy pochází ze společnosti TEROSIL, a.s., se
sídlem v Rožnově pod Radhoštěm, Česká republika. Děkujeme za jejich přátelskou výpomoc při
tvorbě této prezentace.
V rámci úsilí o neustálé zlepšování našich výrobků Vám budeme vděčni za jakékoliv připomínky a
návrhy, jež by nám pomohly při výrobě dalších verzí podobných prezentací.
Piešťany, březen 2002
VPS s.r.o., P.O. Box B-11, Partizanska 31, 921 01 Piestany 1, Slovensko
tel., fax.: +421 33 7730151, email: [email protected]
Silicon V2.1 Cz
2
Slide 3
Ovládání prezentace
Ovládání pomocí myši
Video
Kliknutí levého tlačítka myši, pokud kurzor
myši není na některém ovládacím tlačítku
anebo na videu, posune prezentaci o jeden
krok vpřed.
Pokud je na snímku video, je v hnědém
rámečku, jako vpravo dole na tomto snímku.
Umístěním kurzoru myši na plochu videa se
tvar kurzoru změní na . Stlačení levého
tlačítka myši pak spustí video.
Kliknutím levého tlačítka na běžící video se
video zastaví.
Ovládání z klávesnice
Stejnou funkci jako levé tlačítko myši má
klávesa N (nezávisle na poloze kurzoru).
Opačnou funkci, tedy návrat o jeden krok
zpět, má klávesa P. Prezentace se ukončí
klávesou Esc.
Ovládací tlačítka na snímku
Umístěním kurzoru myši na tlačítko se tvar
kurzoru změní na . Stlačení levého tlačítka
myši pak aktivuje jeho funkci .
přechod na snímek Obsah
návrat na poslední zobrazený snímek
následující snímek
konec prezentace
Silicon V2.1 Cz
Pokud si nevšimnete průběh některé
animace, stiskněte klávesu P (zpět) a
znovu spusťte animaci klávesou N (vpřed).
3
Slide 4
Obsah
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
Kliknutím na tento rámeček
přejdete na snímek s pokyny k
ovládání prezentace
Silicon V2.1 Cz
4
Slide 5
Úvod
Společnost TEROSIL, a.s., se sídlem v Rožnově
pod Radhoštěm, Česká republika, je výrobcem
monokrystalů křemíku, křemíkových desek a
epitaxních vrstev pro široké použití v
elektronice a mikroelektronice.
Majoritním vlastníkem firmy TEROSIL, a.s. je
společnost ON Semiconductor, světový
výrobce vysoce výkonných integrovaných
obvodů pro komunikační účely, řízení napájení
a jiných standardních polovodičových prvků.
Silicon V2.1 Cz
5
Slide 6
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Tento
Když
odstraníme
malý materiálem
kousekčernou
hmoty
hmotu
nazýváme
z pouzdra,
čip - křemík
vidíme,
Základním
čipu
je polovodič
.
že anglického
(z
přívody směřují
slovakchip
malému
- úlomek).
kousku
Pokřemíku,
zvětšeníve
kterém jeho
vidíme
probíhá
strukturu.
celá činnost integrovaného obvodu.
Silicon V2.1 Cz
6
Slide 7
Křemík
Křemík se vnachází
příroděna
nevyskytuje
Zemi ve velkém
v elementárním
množství. stavu,
Země je
aletvořena
ve
přibližně 40% železa,
sloučeninách.
Hlavními
28%
z nich
kyslíku
jsou akřemičitany
14,5% křemíku.
a křemen.
V zemské
Křemenný
kůře
je křemík
písek
(SiOzastoupen
dokonce
zdroj křemíku
jako druhý
pronejčastější
polovodičový
prvek
průmysl.
- 28%.
2) je základní
Bod tání
1 413°C
Složení Zeměkoule
Bod varu
2 355°C
Hustota
2 332 kg/m3
Tvrdost
7 dle Mohsovy stupnice
Si
Ostatní
Fe
O2
Šířka zakázaného Eg = 1,12 eV
pásu
Atomová hustota
Silicon V2.1 Cz
5 . 1022 atomů/cm3
7
Slide 8
Křemík - struktura
Nutnose
Křemík
Krystalografická
Když
Každý
dodat,
atom
jeposune
chemický
křemíku
že vhodné
kopie
struktura
prvek
má
takovéto
vlastnosti
čtyři
křemíku
ze čtvrté
sousedy
struktury
pro
jeskupiny
seo 1/4
periodické
diamantového
tělesové
kterými
polovodičové
tvoří
úhlopříčky,
soustavy
vazbu.
součástky
typu. Jejím
původní
prvků.
má
základem
křemík
i posunuté
pouze
je plošně
atomy
centrovaná
tvoří
tehdy,
jižkdyž
zmíněnou
jsou
kubická
atomy
mřížku
mřížka
v celém
diamantového
- krychle
objemus čipu
atomy
typu.
ve vrcholechpřesně
uspořádány
a ve středech
podle této
stěn.
krystalové
mřížky. Takovému uspořádání říkáme
monokrystal. Na následujícím obrázku je
znázorněn výhled fiktivního pozorovatele uvnitř
monokrystalu křemíku.
28,0885
Si
14
2,33 g/cm3
Křemík
Silicon V2.1 Cz
8
Slide 9
Křemík - uvnitř krystalu
Silicon V2.1 Cz
9
Slide 10
Krystalografické poruchy
Krystalografických
Jakákoliv
Atom
Atom,
Hranová
Šroubovou
chybějící
který
dislokace
nedokonalost
dislokaci
přebývá
v pravidelné
poruch
vznikne,
vlze
pravidelné
ve
zjednodušeně
je
struktuře
pokud
struktuře
celá struktuře
řada.
jekrystalu
do
způsobuje
popsat
Defekty
pravidelné
krystalu,
jetak,
považována
lze
prázdné
jako
zviditelnit
struktury
se nazývá
kdybychom
místo
za
krystalu
pomocí
poruchu
vakanci.
intersticiál.
vložena
vrstvu
selektivního
atomů
celá
- defekt.
leptání
polorovina
částečně
Porucha
povrchu
rozstřihli
atomů
může
křemíku.
navíc.
aovlivnit
posunuli
Krystalografické
elektrické
vzájemně
a mechanické
na
poruchy
opačnou
se
vlastnosti
stranu.
pak
objevíkrystalu.
podobně jako na tomto mikrosnímku.
Ke znázornění různých typů těchto poruch použijeme
zjednodušenou strukturu krystalu (ne křemíku).
Silicon V2.1 Cz
Vakance
Hranová dislokace
Intersticiál
Šroubová dislokace
10
Slide 11
B
Bor
III.A
IV.A
30.97376
V.A
15
28.0855
P
Fosfor
14
Si
Křemík
74,9216
33
As
Arzén
121.75
51
Sb
(Negativní)
5
(Pozitivní)
Typ vodivosti P
10,81
Rozsah
Příměsí
Z
Pro
fyzikálního
dopování
koncentrací
některých
hlediska,
křemíku
chemických
dopantů
stačí
příměs
nepatrné
používaných
bóru
prvků
vyvolá
-množství
dopantů
v křemíku
polovodičovém
dopantu.
- lze jiný
výrazně
Jeho ovlivnit
14
20
3
elektrickoujevodivost
mechanismus
koncentrace
průmyslu
od
sepřenosu
10
vyjadřuje
do
křemíku.
10
elektrického
v počtu
atomůatomů
dopantu/cm
proudu,
dopantu
než. příměs
Samotná
na jednotkové
fosforu
krystalová
a
3).atomů/cm
3. jako křemík s typem
Používákřemíku
arzénu.
množství
mřížka
Křemík
se
křemíku
zejména
dopovaný
obsahuje
(obvykle
bór, 5.10
fosfor,
bórem
cm22
označujeme
arzén a antimon.
vodivosti P. Křemík dopovaný fosforem, arzénem nebo antimonem je
křemík s typem vodivosti N.
Typ vodivosti N
Dopování
Antimon
Silicon V2.1 Cz
11
Slide 12
Křemíková deska
Pomocná faseta
P <100>
Hlavní faseta
<111>
Silicon V2.1 Cz
Nahlediska
Čip
Proto
Křemíková
Z
Typ
Desky
následujících
integrovaného
vodivosti
se
sevyrábí
nařežou
vlastností
deska
(Pmnoho
nebo
stránkách
je
zobvodu
ingotu
kruhového
křemíkové
N)
čipů
a je
krystalografická
monokrystalu
Vám
najednou
velmi
tvaru.
desky
poskytneme
malý,
Používají
na
je důležitá
jedné
má
křemíku.
se
plochu jen
křemíkové
průměry
orientace
Monokrystalický
detailní
popis
100,
krystalografické
křemíkové
několik
desce,
celého
125,
ingot
ačtverečních
150
nakonec
desky
procesu
se
mm
vyrábí
struktury
jsou
i více.
se
výroby
milimetrů.
zzakódovány
deska
roztaveného
Deska
vzhledem
křemíkových
rozřeže
Vyrábět
průměru
ve
k na
každý
jednotlivé
100
jejímu
vzájemné
křemíku
desek.
mm
čip
povrchu.
ve
má
samostatně
čipy.
poloze
speciálních
tloušťku
V hlavní
praxi
asi
byzařízeních.
jsou
apůl
bylo
pomocné
milimetru.
významné
komplikované,
fasety.
Materiál
dvě Funkční
ne-li
nemožné.
desky
orientace,
strana
bývá
křemíkové
které
dopován,
sedesky
označují
a jejetedy
leštěná.
<111>
typuaP<100>.
nebo N.
<100>
12
Slide 13
Výroba křemíku
Křemenný písek
Tento křemík
Prvním
Hutní
krokem
není
je je
sice
přeměna
dostatečně
velmi čistý,
křemenného
čistý
není
pro
ale písku na
křemík, a to chemickou
polovodičovou
monokrystalický.
technologii.
Označujeme
reakcí
Proto
jej
křemene
je
jako
převeden
s uhlíkem.
na
Takto vzniká(SiHCl
trichlorsilan
polykrystalický
hutní
křemík
), který
nebopo
polykrystal.
čištění destilací a
3křemík.
následné reakcikřemík
Polykrystalický
s vodíkem
pro elektroniku
(H2) vytvoří(viz
vysoce
čistý křemíkobrázek)
následující
pro elektroniku.
je základním materiálem pro
výrobu monokrystalů křemíků.
SiO2 + 2C
Si + 2CO
Hutní křemík
Si + 3HCl
SiHCl3 + H2
Trichlorsilan
Čištění trichlorsilanu
SiHCl3 + H2
Silicon V2.1 Cz
Si + 3HCl
Křemík pro elektroniku
13
Slide 14
Polykrystalický křemík
Silicon V2.1 Cz
14
Slide 15
Souhrn kapitoly č.1
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
15
Slide 16
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Nazávěrečné
Proces,
Cílem
Rostoucí
Vsádka
Poté
Po
Monokrystal
Šipky
V
této
dosažení
přiloženém
jena
metody
počáteční
rychlost
sve
obrázku
krystal
polykrystalem
kterém
postupně
fázi
požadovaného
je
videozáznamu
tažení
bude
přeměnit
fázi
je
naznačují,
jerychlost
je
monokrystal
kopírovat
roste
snížena,
rychlost
sevýchozí
roztaví
tažení
aprůměru
jak
je
můžete
tažení
což
krystalografickou
se
vytahován
vyráběn
materiál
vzvýšena,
monokrystal
vede
kelímku
krystalu
vidět
větší,
ke
zvzaby
aby
z i se
taveniny,
monokrystal
orientaci
křemenného
udržel
zvětšování
provedeme
taveniny.
kelímek
došlo
jednotlivé
ke
malý
otáčejí.
zmenšení
zárodku.
popsal
Rozhodující
fáze
průměru
tzv.
průměr
křemíku.
skla.
procesu
zarovnání.
Kelímek
jako
Do
Proto
průměru
rostoucího
monokrystalu.
první
vzniklé
parametry
Do
růstu
se
musí
kelímku
Czochralski
navíc
krystalu.
monokrystalu
taveniny
být
krystalu,
tohoto
zzvedá,
zárodek
Vkřemenného
této
Úzký
se
vprocesu,
tzv.
roce
aby
ponoří
druhé
vybrán
konec
křemíku.
krček.
byla
1918.
fázi
jež
Od téjebýt
skla
podle
monokrystalický
Smyslem
růstu
musí
klesající
snižuje
se
požadované
doby
vložen
vliv
vytvoří
hladina
kontrolovány,
tvorby
teplotního
byla
polykrystal
tzv.
tato
taveniny
zárodek,
krčku
orientace
hlava.
metoda
šoku
je
jsou:
odstranění
(viz
stále
který
na
teplota,
finální
značně
foto)
zbytek
ve
se stejné
otáčí
akřemíkové
dislokací
rychlost
dopant.
vylepšena
těla
avýšce.
současně
krystalu,
tažení,
z a je
stále
Zárodek
desky.
vytahuje
krystalu.
rychlosti
ke
kterému
nejpoužívanějším
otáčení,
monokrystalu
z taveniny.
dojde tlak
přiNa
vytažení
argonu
umístíme
způsobem
jeho konci
akrystalu
jeho
doroste
výroby
zařízení
průtok.
z taveniny.
vysoce
na
kvalitních
výrobu
monokrystal.
monokrystalu
monokrystalů
- do
křemíku.
tažičky.
Směr otáčení zárodku
Držák
Zarovnání
zárodku
Zárodek
Kelímek z
křemenného skla
Krček
Hlava
Grafitový kelímek
(susceptor)
Tělo
Špička
Tavenina
Grafitové
vyhřívací těleso
Hřídel
Směr otáčení
kelímku
Silicon V2.1 Cz
16
Slide 17
Tažička Czochralského
Přívod argonu
Schematickou
Kelímek
Kolem
Další
Zvedací
Celý
Oddělovací
systém
část
grafitového
mechanismus,
z zařízení
křemenného
ventil
je kresbu
umístěn
umožňuje
kelímku
je tepelný
tažičky
skla
jenž
ve vakuové
se
přístup
je
drží
štít,
Czochralského
nachází
ta zárodek
držen
část,
který
do
komoře
grafitovým
která
grafitové
horní
snižuje
a rostoucí
sobsahuje
komory
nyní
pláštěm,
tepelné
taveninu
kelímkem.
vyhřívací
ztráty.
monokrystal,
který
bez
můžete
zavzdušnění
je chlazen
srovnat
křemíku.
těleso
Oba
umožňuje
kelímky
svodou.
(topidlo).
komory
obrázkem
Materiál
Proces
kontrolovat
jsou
dolní.
kelímku
skutečného
umístěny
růsturychlost
musí
krystalu
nazařízení.
být
grafitovém
tažení
vybrán
je
a
tak, aby reagoval
podstavci,
otáčení.
kontrolován
který
počítačem,
umožňuje
s taveninou
a také
jejich
jen
sledován
otáčení
velmi pomalu.
pyrometrem
a zdvih.Protoa
je jediným vhodným materiálem, jenž může být použit,
kamerou.
křemenné sklo.
Kelímek z křemenného skla
Grafitový kelímek
Oddělovací
ventil
Směr otáčení
zárodku
Lanko
Držák zárodku
Kamera
(kontrola průměru)
Průzor
Grafitové vyhřívací těleso
Tepelný štít
Optický
pyrometr
Hřídel
Vodou
chlazený plášť
Vakuové
odsávání
Přívody elektrického proudu
Silicon V2.1 Cz
Otáčení kelímku
17
Slide 18
Rozhraní krystal - tavenina
Základem
Rozhodující
Teplota
Ke
Proudění
krystalizaci
oblasti
taveniny
celého
je kontrola
mezi
dochází
procesu
v taveninou
je
kelímku
také
na
teploty
ovlivněno
je
rozhraní
přeměna
má
a
nakrystalem
velký
rozhraní
mezi
otáčením
taveniny
vlivkrystalem
na
mezi
musí
tvar
v
pevnou
krystalem
být
a
rozhraní
krystalu,
taveninou.
udržována
látku.
a
otáčením
ana
taveninou,
Tvar
Aby
kolísání
na bodu
rozhraní
krystal
kelímku,
množství
zejména
tuhnutí.
rostl,
přímo
i vytahováním
atomy
Toto
příměsí
kontrola
ovlivňuje
jetaveniny
během
toku
krystalu.
se
musí uspořádat
tepla.
nejstudenější
dokonalost
růstu
Správná
krystalu.
kombinace
krystalizace
část
Samovolné
dotaveniny
krystalové
otáčení
a radiální
proudění
(vkrystalu
mřížky
opačném
rozložení
vzniká
apevného
kelímku
případě
díky
příměsí
jeby
skupenství.
k
v
teplotním
používána
tuhnutí docházelo
krystalu.
rozdílům
Konkávní
pro
Proto
dosažení
jevivelmi
tvar
tavenině
v jiných
požadovaného
pomáhá
důležitá
oblastech).
- obrázek
odstranit
kontrola
proudění
vlevo
Přísuny
dole.
aprůběhutepla
úbytky
dislokace
obrázek
vpravo
procesu
a jemusí
udržován
dole.
na
býtrozhraní
sledovány
během
mezi
celého
a regulovány
taveninou
růstu těla
atak,
krystalem.
aby
krystalu.
byl zajištěn správný růst krystalu.
Krystal
průřez
(černě)
Rozhraní krystal - tavenina
Tavenina
Proudění tepla
Směr otáčení krystalu
Proudění
Konvexní rozhraní
Přísun tepla
Úbytek tepla
Bez otáčení
Silicon V2.1 Cz
Proudění
Konkávní rozhraní
Směr otáčení kelímku
18
Slide 19
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
V krystalu
Kyslík
Uhlík
se
je do
nejběžnější
setaveniny
nalézajídostane
příměsí
i stopy dalších
vjako
monokrystalu.
nečistota
nečistot.
z Jeho
polykrystalu,
Jejich
hlavním
a
koncentrace
také reakcí
zdrojem
jemezi
alejenižší
grafitovým
materiál
než kelímku
koncentrace
vyhřívacím
- křemenné
uhlíku
tělesem
asklo
hromadí
a
(SiO
monooxidem
se
hlavně
ve zbytku
křemíku
kelímku
taveniny,
odpařujícím
reagujekterý
s taveninou
se
zůstane
z taveniny.
av vytváří
kelímku.
2). Povrch
monooxid křemíku
Koncentrace
uhlíku(SiO).
v krystalu
Většina
je mnohem
monooxidu
menší
se odpaří
než
povrchem taveniny,
koncentrace
kyslíku.ale malé množství v tavenině zůstane.
SiO + 2C
CO, CO2
SiO
SiC + CO
CO, CO2
SiO
SiO
SiO
SiO
Kelímek
z křemenného skla
Grafitové
vyhřívací těleso
Silicon V2.1 Cz
Grafitový kelímek
19
Slide 20
Rozdělovací koeficient
10
dopanty
kovy
Koncentrace
Důležitou
Při
Například
Většina
růstuprvků
krystalu
operací
fosfor
dopantu
mámá
jsou
rozdělovací
v procesu
rozdělovací
vvekrystalu
vzájemném
výroby
koeficient
bude
koeficient
kontaktu
nejnižší
menší
monokrystalu
pevný
0,35.
než
na
počátečním
1.To
monokrystal
Díky
znamená,
tomu
jehorním
přidání
seže
azabuduje
tekutá
vkonci
blízkosti
přesného
tavenina.
a do
nejvyšší
rozhraní
krystalu
množství
Nanaje
jenv
dopantu
rozhraní
krystalu
část
spodním
dopantu.
koncentrace
do
mezi
konci
kelímku
Zbytek
nimi
krystalu.
dochází
se
dopantu
zůstává
vsádkou
Na kgrafu
přerozdělení
v(fosforu)
tavenině,
polykrystalu.
vlevo 0,35
dole
kde
dopantu.
krát
se
vidíte
během
koncentrace
příklad
Míru
celého
rozložení
přerozdělení
fosforu
procesu
koncentrací
v hromadí.
tavenině.
dopantudopantu
Jelikož
Abychom
udává v
rozdělovací
docílili
koncentrace
celém
krystalu.
požadovanou
koeficient.
dopantu
Těžkéúroveň
vkovy
Je
tavenině
tomají
poměr
dopantu
velmi
narůstá,
vnízké
koncentrací
krystalu,
zvětšuje
rozdělovací
se
musí
ikoeficienty,
dopantu
koncentrace
být koncentrace
v monokrystalu
což
dopantu
vede
dopantu
kvpozdějšímu
krystalu.
a v
tavenině.čištění
tavenině
dalšímu
přiměřeně
materiálu.
větší.
Koncentrace dopantu/Odpor
vs. délka ingotu (příklad)
Rozdělovací
koeficient
0,000008
0,000025
0,00003
0,0004
0,0007
0,023
0,07
0,3
0,35
0,8
1,25
Prvek
8
Fe
Au
Ni
Cu
N
Sb
C
As
P
B
O
Rozdělovací koeficient: k =
CLIQUID
koncentrace
CSOLID = 3,5 x 1018 cm-3
odpor
8
7
6
6
800
0
200
C(p) = C0(1-p)k-1
400
600
Odpor [mWcm]
Koncentrace [1019cm-3]
CSOLID
CLIQUID = 1,0 x 1019 cm-3
L [mm]
p - normalizovaná délka (p = 1 for Lmax)
k - segregační koeficient
Silicon V2.1 Cz
20
Slide 21
Ingot
Silicon V2.1 Cz
21
Slide 22
Souhrn kapitoly č.2
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
22
Slide 23
Broušení a měření monokrystalu
Na členění
Monokrystal
Při
Část
Krystalografická
další
krystalu
stránce
krystalu
se
serozřeže
orientace
vloží
naleznete
sedo
odřeže
na
zařízení
osy
několik
fotografii
několik
válce
na
částí.
je
válce
broušení,
tenkých
dána
U monokrystalu
koncové
orientací
desek
kde se
části
na
zárodku.
odbrousí
měření.
křemíku
se ověří,
Nas
zda neobsahuje
Obvykle
povrch
povrchu
fasetou.
krystalu
krystalu
se měříaž
dislokace.
měrný
sedo
vybrousí
požadovaného
odpor,
Konce
rovina
koncentrace
krystalu
- průměru
faseta,
se
kyslíku
aodstraní.
válce.
tím se
a uhlíku.
označí Výběr
několikakrystalografická
radiální
desek umožňujeorientace
zjistit průběhy
krystalu.
měřených
Správnáparametrů.
pozice fasety
se přesně určí pomocí rentgenové difrakce.
Rentgenové
záření
Čidlo
Silicon V2.1 Cz
23
Slide 24
Ořezaný Ingot
Silicon V2.1 Cz
24
Slide 25
Souhrn kapitoly č.3
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
25
Slide 26
Výroba křemíkových desek
Narušení
Výroba
Pila
Při
řezání
je vyrobena
desek
povrchu
desek
z monokrystalu
zjetenkého
desek
důležité
je nerezového
zapříčiněno
docílit
křemíku
rovnýzačíná
kotouče
tím,
řez vžeurčitém
operací
řezání
sřezání.
úhlu
je
otvorem
určitou
ke Ke
krystalografické
formou
uprostřed.
krystalu
broušení.
seVnitřní
přilepí
orientaci.
Kostří
grafitová
poškození
pily
Abychom
pokrývá
podložka.
dochází
dosáhli
Lepidlo
diamantový
co
kdekoliv,
největší
drží
kde
výtěžnosti,
bort
desku
je pila
s niklovou
i vpoté,
kontaktu
je nutné
comatricí.
ji pila
snemrhat
krystalem.
odřeže
Toto ostří
příliš
Narušený
se
z monokrystalu.
používá
materiálem
materiál
kmusí
řezání
a minimálně
býtmonokrystalu
odstraněn
narušovat
několika
křemíku.
povrch
následujícími
desek.
Kvůli tomu jeNa
operacemi.
ostří
přiloženém
pily chlazeno
videuauvidíte
omýváno
krátké
vodou
záběry
s
zdetergentem.
procesu řezání.
VIDEO 352 x 288
Nerezový kotouč
Křemík
Diamantový bort
s niklovou matricí
Narušení
materiálu
Silicon V2.1 Cz
26
Slide 27
Broušení hran desky
Brusný
Po
Deska
řezání
se
kotouč
umístí
mají má
desky
nadrážku
vakuový
ostrévehrany.
držák,
tvaruTyto
špičky
kdehrany
se
nyní zaoblíme
pomalu
projektilu,
otáčí,
kterýzatímco
do
požadujeme
tvarubrusný
projektilu,
i pro
kotouč
tvar
což rotující
zvětší
hrany
jejich rychlostí
větší
desky.
pevnost
V drážce
ajeodolnost
se
tlačen
nachází
proti
vůči
diamantové
její
možné
hraně.lámavosti v
dalším procesu výroby.
částečky.
Velká rychlost
Malá rychlost
Silicon V2.1 Cz
27
Slide 28
Oboustranné lapování
Křemíkové
Dalším
Desky
Brusná
se
krokem
suspenze
umístí
desky
ve
do
v(roztok
výrobě
unašečích
unašeče,
Al
křemíkových
vodou
jsoupopisovaný
hnány
desek
a
je
2Okde
3asníže
operace
mezi
detergentem)
lapovací
dvěma
lapování.
kotouč
litinovými
seuvidíte
nanese
Jejím
lapovacími
na
cílem
navideu
povrch
je sudělat
kotouči.
ukázkou
desek.
povrch
Desky
desky
Unašeč
se
oboustranného
mezi
hladký,
je
lapovacími
tenčí
rovný
planetárního
nežkotouči
desky
a rovnoběžný.
apohybují,
lapovacího
umožňuje,
a tím
aby
zařízení.
se
obě
strany
odstraňuje
Pro
lepší
desek
demonstraci
část
byly
narušeného
lapovány
byl nadzvednut
současně.
křemíku. Povrch
horní je
poté vícekotouč,
lapovací
stejnoměrný
abychom
a desky
mohlijsou
vidět
velmi
pohyb
rovné.
desek. Na konci videa je ukázka celého zařízení
během lapovacího procesu.
Lapovací kotouč
Brusná suspenze Unašeč
VIDEO 352 x 288
Křemíková deska
Ozubený věnec
Lapovací kotouč
Silicon V2.1 Cz
28
Slide 29
Leptání
Oba způsoby
Lapování
Jedna
Další
Diagram
způsob
z metod
vpravo
siceleptání
leptání,
umožní
leptání
dole křemíkových
znázorňuje
louhové
odstranit
desek jei kyselinové,
větší
použití
rychlosti
desek
částje
narušeného
alkalického
kyselinové
leptání
mají
svéu výhody
typického
leptání.
hydroxidu
povrchu
a nevýhody.
Běžně
kyselinového
desky,
jakose
jezanechá
používá
hydroxid
Všechny
a ale
roztok
tyto
za
sebou
draselný
HNO
louhového
aspekty
tenkou,
HF.
je(KOH).
třeba
leptání.
Někdy
stejnoměrně
zvážit
Desky
Je
se vidět,
do
při
seroztoku
výběru
ponoří
porušenou
že leptání
vhodného
přidávají
do roztoku
3 a
vrstvu.
KOH
další
kyselinou
typu
leptání.
chemické
s vodou
Proto
je po
Jejich
musí
asi
celou
sloučeniny,
na
být
srovnání
2dobu
použity
minuty.
trvání
aby
naleznete
další
Teplota
byla
velmi
metody,
reakce
v
kterékontrolovaletná.
roztoku
lépe
silné,
níže
uvedené
odstraní
a proto
je obvykle
musí
tabulce.
poškození
zvýšena
býtVřízeno
každém
z lapování
napozorně
cca
případě
100°C.
bez
ažjedo
toho,
Poté
tento
okamžiku,
Na
další
se
abydesky
proces
stránce
způsobily
kdy
hodně
ponoří
májedeska
obrázek
jakékoliv
prudký
do lázně
požadované
azařízení
další.
je nutno
Kna
tomuto
jej
účelu
s
pevně
vlastnosti.
leptání
deionizovanou
se
řídit,
s obvykle
chemickou
jelikož
vodou,
používá
nemá
lázní.
aby
vlastnost
chemické
byly zastaveny
leptání.
další reakce.
samočinné
regulace.
Louhové leptání
Si + H2O + 2KOH
K2SiO3 + 2H2
Kyselinové leptání
3Si + 4HNO3 + 18HF
3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
Si + 4HNO3 + 6HF
H2SiF6 + 4NO2 + 4H2O
Relativní rychlost leptání vs. čas
Kyselinové
Vytváří povrch, který
má leptové důlky
Vytváří hladký
povrch.
Leptací rychlost je
konstantní během
celé životnosti lázně.
Leptací rychlost se
mění.
Snadno řiditelné;
leptací rychlost klesá
při odstranění
narušení povrchu
Obtížně řiditelný;
leptací rychlost není
omezena narušením
povrchu.
Není rizikové vůči
životnímu prostředí.
Uvolňuje plyny, jež
musí být asanovány.
Kyselina
Rychlost leptání
Louhové
Louh
Čas leptání
Silicon V2.1 Cz
29
Slide 30
Zařízení na leptání
Silicon V2.1 Cz
30
Slide 31
Úprava zadní strany
Natomuto
Zadní
K
Také
dolním
vrstva
strana
účelu
obrázku
polykrystalu
semůže
upravuje
je být
sada
na
použita
u křemíkových
desek,
zadní vrstva
straně
které
jsou vysoce
oxidu
desky
desek,
křemičitého,
zabraňuje
připravená
dopované,
dopantu
vkterá
unašeči
adopant
které
v rozptylu
navdepozici.
dalším
do Na
procesu
nepropouští.
prostoru.
další
straně
projdou
Navíc
pak
Nanese
na
uvidíte
přes
sebe
se
vysoké
zařízení
na
váže
desku
teploty.
těžké
na kovy.
Na K
zadní stranu
depozici
chemickou
polykrystalické
depozicí
depozici
se nanese
z plynné
vrstva,
vrstvyfáze.
fáze
se
ježobvykle
(LPCVD).
zabrání v
rozptylu silan
používá
dopantu
(SiHdo
4). prostoru.
Depozice oxidu
SiH4 + O2
420°C
Depozice polykrystalu
SiH4 620°C
Silicon V2.1 Cz
SiO2 + 2H2
Si + 2H2
31
Slide 32
Zařízení na chemickou depozici
Silicon V2.1 Cz
32
Slide 33
Leštění
Na přiloženém
Účelem
Jedna
Přisáté
zdesky
procesu
metoddrží
videu
leštění
leštění
na jsou
vložkách
jekřemíkových
technologie
záběry
i při
operace,
otočení
sdesek
využitím
při
unašeče
jeníž se
vytvořit (template).
šablon
šablonou
uvolňují
velmi
vyleštěné
dolů.hladký,
Leštící
desky
Desky
rovný
podložka
ze
sepovrch
šablon.
umístí
je připevněna
bez
na
Nakruhovou
jakýchkoliv
další stránce
ke
poruch.fotografii
šablonu
kotouči.
uvidíte
Na
Kotouč
přilepenou
rozdílazařízení
od
unašeče
k lapování
unašeči.
naseleštění.
otáčejí
je
V to
šabloně
chemickokolem
ležísvých
na
mechanický
měkké
vlastních
polyuretanové
os.proces. Tovložce,
je důvod,
která
proč
májepórovitou
povrch
desky po leštění
strukturu.
Křemíkové
mnohem
deskyhladší
se ponež
přitlačení
po lapování.
na tuto
vodou nasáklou vložku přisají.
Leštící suspenze
Skládá se z částic oxidu
křemičitého (SiO2) ve vodní
suspenzi s organickou zásadou a
detergentem.
Leštící suspenze
Křemíková deska
Unašeč
Vložka
Šablona
Leštící podložka
Kotouč
Silicon V2.1 Cz
33
Slide 34
Zařízení na leštění
Silicon V2.1 Cz
34
Slide 35
Chemické čištění
Nejrozšířenější
Nečistoty
Pro
Po
Během
leštění
předchozích
tomto
odstranění
chemického
čištění
se
je nachází
načástic
metodou
povrchu
krocích
je povrch
čištění
hlavně
sese
desek
nejčastěji
čištění
zbaven
na
se
napovrchu
na
velké
tenké
desek
desky
nečistot,
používá
množství
vrstvě
po
desky
také
leštění
roztok
avšak
oxidu,
je
nečistot.
čištění
která
SC1
mohou
působí
stále
(Standard
může
jevmegasonickými
stále
na
chemických
Těmito
povrchu
být
vyskytovat
na
Clean
nečistotami
deskách
desek.
roztocích,
1).vlnami.
kovové
JeÚlohou
malý
to
jsou
zahřátá
Jsou
které
nečistoty.
počet
většinou
dalšího
to
sečástic.
směs
akustické
skládá
částice,
krokuz organické
několika
zředěné
NH
Odstraňují
vlny
Video
velmi
vpravo
akyseliny
kroků.
H
zbytky
vysoké
se
roztokem
Prvním
fluorovodíkové
vodou.
afrekvence
kovové
čistící
zHCl
Hydroxid
nich
ionty.
alinku,
(kolem
je
H2horká
-Chemickým
O
je
amonný
a
1také
odleptat
vodou,
MHz),
směs
záběr
podleptá
které
který
tuto
do
4OH
2Oukazuje
2 s
2 s
čištěním
kyseliny
vrstvu
částice
je
vyvíjejí
megasonické
známý
oxidu,
na
zachycené
sírové
se
jako
částice
odstraňují
ačistící
SC2
také
a peroxidu
síly,
na
(Standard
zbytky
lázně.
povrchu
zjež
povrchu.
je
vodíku
leštící
oddělují
Clean
a eliminuje
suspenze.
zvaná
2).
odRoztok
povrchu
Piraňa.
přitažlivé
Rozloží
síly.
oxiduje
desky.
Peroxid
aprakticky
reaguje
vodíku
veškeré
s kovy
je oxidující
naorganické
povrchu
látka,nečistoty
křemíku.
která na na
povrchu desky vytváří
na oxidtenkou,
uhličitý čistou
a vodu.vrstvu oxidu,
což činí desku hydrofilní a zamezuje
znovuusazování částic.
Částice
Organický zbytek
Iont kovu
Vrstva oxidu
VIDEO 352 x 288
H2SO4 + H2O2 (130°C)
H2O + HF
H2O + NH4OH + H2O2 (70°C)
H2O + HCl + H2O2 (70°C)
Silicon V2.1 Cz
35
Slide 36
Kontrola
Na videu
Vyleštěné
Měřítkem
Další
kontrolovanou
uvidíte
deformace
proměnnosti
a vyčistěné
bezkontaktní
veličinou
desky
desky
tloušťky
jejsou
je
měřící
veličina
desky
TIR
připraveny
(total
zařízení.
je
zvaná
TTV ke
(total
kontrole.
warp.
thickness
indicator
Finální
Warp
vizuální
reading),
Během
variation).
je velikost
kontrola,
procesu
která
Jerozdílu
tose
jejíž
kontroly
rozdíl
vztahuje
ukázka
mezi
mezi
se
největší
pouze
je
maximální
rovněž
ka naa
bezkontaktními
nejmenší
minimální
přední
konci
videa,
straně
vzdáleností
tloušťkou
jedesky.
ve
metodami
skutečnosti
desky.
Měření
střední
měří
se
čáry
prováděna
elektrický
provádí
deskyvzhledem
ana
měrný
roviny,
konci
odpor
jež
k
celého
rovině
je určena
aprocesu.
geometrické
vakuového
třemi body
držáku,
parametry.
na okrajích
k němuždesky.
je deska
přisáta. TIR je rozdíl mezi výškou nejvyššího a
nejnižšího bodu na přední straně desky.
VIDEO 352 x 288
Střední čára desky
Křemíková deska
Tmax
hmax
Dmax
Tminh
Dmin
min
Rovina
Vakuový
držák
Warp
TTV
TIR===(D
Thmax
Thmin
max -- D
min) / 2
Silicon V2.1 Cz
36
Slide 37
Finální mechanické čištění
Toto čištění
Desky
Během
se
tohoto
chemicky
PVA
procesu
kartáči
čistí,
proudí
velmi
aby byly
účinně
zředěný
odstraněny
odstraňuje
hydroxid
částice aPo
amonný
částice.
(NH
kovové
opláchnutí
přesdeionizovanou
povrch
Po následné
desky. Současně
vodou
kontrole
a
4OH)nečistoty.
se povrchu
vysušení
ale na jsou
povrchu
dotýkají
desky
může
velmi
připraveny
opět
jemné
objevit
krotující
poslední
zvýšený
kartáče s
početvlákny.
PVA
vizuální
částic.
kontrole
Proto
a balení.
se provádí
Totofinální
čištěnímechanické
i poslední
čištění kartáči
vizuální
kontrola
- scrubbing.
se provádí v čistých prostorech
třídy 10.
Ukázka čištění kartáči je na videu vpravo nahoře.
Silicon V2.1 Cz
VIDEO 352 x 288
37
Slide 38
Finální kontrola
Průměr Si desky:
TTV:
TIR:
WARP:
100, 125, 150 mm
< 5 µm
< 4 µm
< 30 µm
(obvykle pro 100 mm desky)
Částice >0,5 µm
Kontaminace kovu:
<5
3x1010 atomů/cm2
Další informace na adrese: www.terosil.com
Silicon V2.1 Cz
38
Slide 39
Souhrn kapitoly č.4
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
39
Slide 40
Epitaxe
Výsledkem
Pro
Epitaxe
Proces
Po
Pokud
oleptání
určité
jsou
probíhá
je použití
narůstání
procesu
přítomny
povrchu
přikřemíkových
vysoké
je
vrstvy
se
molekuly
epitaxní
přivádí
teplotě
křemíku
fosfinu
desek
páry
vrstva
- 1200°C.
na
chloridu
je
tlustá
PH
povrchu
nutné
několik
Kolem
na
3, vznikající
materiálu
křemíkové
rozžhavených
křemičitého
atomy
mikrometrů
fosforu
sdesky.
nízkým
až
SiCl
dopují
desek
desítky
Ten
odporem
rostoucí
proudí
při
mikrometrů.
vrstva
vysoké
vodík.
vytvořit
má
epitaxní
stejné
teplotě
Když
Na
další
vrstvu.
přiloženém
se
reaguje
vrstvu
přidá
Podobně
s
4. Tato
materiálu
krystalografické
chlorovodík
přítomným
mohou
videu
jsou
býtszáběry
použity
vodíkem.
vysokým
HCl,vlastnosti
začne
zpro
nakládání
odporem.
Výsledkem
dopování
reagovat
jakodesek
podložka,
Kireakcí
stomuto
sloučeniny
křemíkem
na jsou
susceptor
účelu
alevolné
může
bóru.
a slouží
amít
proces
jinou
odleptává
atomy
jejich
koncentraci
vykládání.
křemíku,
epitaxe.
povrchkteré
Je
dopantu
desky.
vidět
se To
usazují
také
anebo
je řídící
důležité,
na
dopant
panel
povrchu
aby
jiný.
epitaxního
se
odstranily všechny
křemíkové
reaktoru.
desky, sledujíce
nečistotyjejí
anebo
krystalovou
povrchové
strukturu.
poruchy struktury křemíku.
H
Cl
Cl Si H
H
H Cl
H Cl
H
H Cl
H
P H
H
Silicon V2.1 Cz
H Cl
H
H
Cl
Cl Si H
Cl
Si
Si
Si P
Si
Si
H
VIDEO 320 x 240
H
Cl
H Cl Si H
H Cl
H Cl
40
Slide 41
Epitaxní reaktor
N2
H2
HCl
SiHCl3
PH3
Epitaxní
Při
technologickém
vysoké
reaktor
teplotě
je proběhne
zařízení
postupupro
je
proces
pracovní
růst epitaxní
jak je
komora
popsán
vrstvy.
s
Křemíkové
deskami
na
snímku
proplachována
Epitaxe.
desky sePotom
uloží
dusíkem,
na
je susceptor
grafitový
a pakblok
svodíkem.
deskami
susceptor.
V
ochlazen,
prostředíaSusceptor
vodíku
po proplachu
je susceptor
s deskami
dusíkem
sjedeskami
umístěn
vytaženohřátý
zdo
indukčnímkomory.
pracovní
komory
ohřevem
z křemenného
na teplotu kolem
skla. 1200°C.
Kolem
komory je cívka indukčního ohřevu.
B2H6
Asanace plynů
Silicon V2.1 Cz
41
Slide 42
Charakteristika epitaxní
vrstvy
Průměr Si desky:
Tloušťka epitaxní vrstvy:
Odpor epitaxní vrstvy:
100, 150 mm
3 - 50 µm
3 - 50 Wcm
Další informace na adrese: www.terosil.com
Silicon V2.1 Cz
42
Slide 43
Souhrn kapitoly č.5
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
43
OD KŘEMENE KE
KŘEMÍKOVÉ DESCE
Výroba monokrystalů křemíku
a křemíkových desek
Verze 2.1 Cz
Silicon V2.1 Cz
Slide 2
VPS
Tato prezentace byla vytvořena pro potřeby společnosti ON Semiconductor, s cílem přiblížit principy
výroby monokrystalů křemíku a křemíkových desek.
Podrobnosti z výrobního procesu, obrázky a videoklipy pochází ze společnosti TEROSIL, a.s., se
sídlem v Rožnově pod Radhoštěm, Česká republika. Děkujeme za jejich přátelskou výpomoc při
tvorbě této prezentace.
V rámci úsilí o neustálé zlepšování našich výrobků Vám budeme vděčni za jakékoliv připomínky a
návrhy, jež by nám pomohly při výrobě dalších verzí podobných prezentací.
Piešťany, březen 2002
VPS s.r.o., P.O. Box B-11, Partizanska 31, 921 01 Piestany 1, Slovensko
tel., fax.: +421 33 7730151, email: [email protected]
Silicon V2.1 Cz
2
Slide 3
Ovládání prezentace
Ovládání pomocí myši
Video
Kliknutí levého tlačítka myši, pokud kurzor
myši není na některém ovládacím tlačítku
anebo na videu, posune prezentaci o jeden
krok vpřed.
Pokud je na snímku video, je v hnědém
rámečku, jako vpravo dole na tomto snímku.
Umístěním kurzoru myši na plochu videa se
tvar kurzoru změní na . Stlačení levého
tlačítka myši pak spustí video.
Kliknutím levého tlačítka na běžící video se
video zastaví.
Ovládání z klávesnice
Stejnou funkci jako levé tlačítko myši má
klávesa N (nezávisle na poloze kurzoru).
Opačnou funkci, tedy návrat o jeden krok
zpět, má klávesa P. Prezentace se ukončí
klávesou Esc.
Ovládací tlačítka na snímku
Umístěním kurzoru myši na tlačítko se tvar
kurzoru změní na . Stlačení levého tlačítka
myši pak aktivuje jeho funkci .
přechod na snímek Obsah
návrat na poslední zobrazený snímek
následující snímek
konec prezentace
Silicon V2.1 Cz
Pokud si nevšimnete průběh některé
animace, stiskněte klávesu P (zpět) a
znovu spusťte animaci klávesou N (vpřed).
3
Slide 4
Obsah
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
Kliknutím na tento rámeček
přejdete na snímek s pokyny k
ovládání prezentace
Silicon V2.1 Cz
4
Slide 5
Úvod
Společnost TEROSIL, a.s., se sídlem v Rožnově
pod Radhoštěm, Česká republika, je výrobcem
monokrystalů křemíku, křemíkových desek a
epitaxních vrstev pro široké použití v
elektronice a mikroelektronice.
Majoritním vlastníkem firmy TEROSIL, a.s. je
společnost ON Semiconductor, světový
výrobce vysoce výkonných integrovaných
obvodů pro komunikační účely, řízení napájení
a jiných standardních polovodičových prvků.
Silicon V2.1 Cz
5
Slide 6
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Tento
Když
odstraníme
malý materiálem
kousekčernou
hmoty
hmotu
nazýváme
z pouzdra,
čip - křemík
vidíme,
Základním
čipu
je polovodič
.
že anglického
(z
přívody směřují
slovakchip
malému
- úlomek).
kousku
Pokřemíku,
zvětšeníve
kterém jeho
vidíme
probíhá
strukturu.
celá činnost integrovaného obvodu.
Silicon V2.1 Cz
6
Slide 7
Křemík
Křemík se vnachází
příroděna
nevyskytuje
Zemi ve velkém
v elementárním
množství. stavu,
Země je
aletvořena
ve
přibližně 40% železa,
sloučeninách.
Hlavními
28%
z nich
kyslíku
jsou akřemičitany
14,5% křemíku.
a křemen.
V zemské
Křemenný
kůře
je křemík
písek
(SiOzastoupen
dokonce
zdroj křemíku
jako druhý
pronejčastější
polovodičový
prvek
průmysl.
- 28%.
2) je základní
Bod tání
1 413°C
Složení Zeměkoule
Bod varu
2 355°C
Hustota
2 332 kg/m3
Tvrdost
7 dle Mohsovy stupnice
Si
Ostatní
Fe
O2
Šířka zakázaného Eg = 1,12 eV
pásu
Atomová hustota
Silicon V2.1 Cz
5 . 1022 atomů/cm3
7
Slide 8
Křemík - struktura
Nutnose
Křemík
Krystalografická
Když
Každý
dodat,
atom
jeposune
chemický
křemíku
že vhodné
kopie
struktura
prvek
má
takovéto
vlastnosti
čtyři
křemíku
ze čtvrté
sousedy
struktury
pro
jeskupiny
seo 1/4
periodické
diamantového
tělesové
kterými
polovodičové
tvoří
úhlopříčky,
soustavy
vazbu.
součástky
typu. Jejím
původní
prvků.
má
základem
křemík
i posunuté
pouze
je plošně
atomy
centrovaná
tvoří
tehdy,
jižkdyž
zmíněnou
jsou
kubická
atomy
mřížku
mřížka
v celém
diamantového
- krychle
objemus čipu
atomy
typu.
ve vrcholechpřesně
uspořádány
a ve středech
podle této
stěn.
krystalové
mřížky. Takovému uspořádání říkáme
monokrystal. Na následujícím obrázku je
znázorněn výhled fiktivního pozorovatele uvnitř
monokrystalu křemíku.
28,0885
Si
14
2,33 g/cm3
Křemík
Silicon V2.1 Cz
8
Slide 9
Křemík - uvnitř krystalu
Silicon V2.1 Cz
9
Slide 10
Krystalografické poruchy
Krystalografických
Jakákoliv
Atom
Atom,
Hranová
Šroubovou
chybějící
který
dislokace
nedokonalost
dislokaci
přebývá
v pravidelné
poruch
vznikne,
vlze
pravidelné
ve
zjednodušeně
je
struktuře
pokud
struktuře
celá struktuře
řada.
jekrystalu
do
způsobuje
popsat
Defekty
pravidelné
krystalu,
jetak,
považována
lze
prázdné
jako
zviditelnit
struktury
se nazývá
kdybychom
místo
za
krystalu
pomocí
poruchu
vakanci.
intersticiál.
vložena
vrstvu
selektivního
atomů
celá
- defekt.
leptání
polorovina
částečně
Porucha
povrchu
rozstřihli
atomů
může
křemíku.
navíc.
aovlivnit
posunuli
Krystalografické
elektrické
vzájemně
a mechanické
na
poruchy
opačnou
se
vlastnosti
stranu.
pak
objevíkrystalu.
podobně jako na tomto mikrosnímku.
Ke znázornění různých typů těchto poruch použijeme
zjednodušenou strukturu krystalu (ne křemíku).
Silicon V2.1 Cz
Vakance
Hranová dislokace
Intersticiál
Šroubová dislokace
10
Slide 11
B
Bor
III.A
IV.A
30.97376
V.A
15
28.0855
P
Fosfor
14
Si
Křemík
74,9216
33
As
Arzén
121.75
51
Sb
(Negativní)
5
(Pozitivní)
Typ vodivosti P
10,81
Rozsah
Příměsí
Z
Pro
fyzikálního
dopování
koncentrací
některých
hlediska,
křemíku
chemických
dopantů
stačí
příměs
nepatrné
používaných
bóru
prvků
vyvolá
-množství
dopantů
v křemíku
polovodičovém
dopantu.
- lze jiný
výrazně
Jeho ovlivnit
14
20
3
elektrickoujevodivost
mechanismus
koncentrace
průmyslu
od
sepřenosu
10
vyjadřuje
do
křemíku.
10
elektrického
v počtu
atomůatomů
dopantu/cm
proudu,
dopantu
než. příměs
Samotná
na jednotkové
fosforu
krystalová
a
3).atomů/cm
3. jako křemík s typem
Používákřemíku
arzénu.
množství
mřížka
Křemík
se
křemíku
zejména
dopovaný
obsahuje
(obvykle
bór, 5.10
fosfor,
bórem
cm22
označujeme
arzén a antimon.
vodivosti P. Křemík dopovaný fosforem, arzénem nebo antimonem je
křemík s typem vodivosti N.
Typ vodivosti N
Dopování
Antimon
Silicon V2.1 Cz
11
Slide 12
Křemíková deska
Pomocná faseta
P <100>
Hlavní faseta
<111>
Silicon V2.1 Cz
Nahlediska
Čip
Proto
Křemíková
Z
Typ
Desky
následujících
integrovaného
vodivosti
se
sevyrábí
nařežou
vlastností
deska
(Pmnoho
nebo
stránkách
je
zobvodu
ingotu
kruhového
křemíkové
N)
čipů
a je
krystalografická
monokrystalu
Vám
najednou
velmi
tvaru.
desky
poskytneme
malý,
Používají
na
je důležitá
jedné
má
křemíku.
se
plochu jen
křemíkové
průměry
orientace
Monokrystalický
detailní
popis
100,
krystalografické
křemíkové
několik
desce,
celého
125,
ingot
ačtverečních
150
nakonec
desky
procesu
se
mm
vyrábí
struktury
jsou
i více.
se
výroby
milimetrů.
zzakódovány
deska
roztaveného
Deska
vzhledem
křemíkových
rozřeže
Vyrábět
průměru
ve
k na
každý
jednotlivé
100
jejímu
vzájemné
křemíku
desek.
mm
čip
povrchu.
ve
má
samostatně
čipy.
poloze
speciálních
tloušťku
V hlavní
praxi
asi
byzařízeních.
jsou
apůl
bylo
pomocné
milimetru.
významné
komplikované,
fasety.
Materiál
dvě Funkční
ne-li
nemožné.
desky
orientace,
strana
bývá
křemíkové
které
dopován,
sedesky
označují
a jejetedy
leštěná.
<111>
typuaP<100>.
nebo N.
<100>
12
Slide 13
Výroba křemíku
Křemenný písek
Tento křemík
Prvním
Hutní
krokem
není
je je
sice
přeměna
dostatečně
velmi čistý,
křemenného
čistý
není
pro
ale písku na
křemík, a to chemickou
polovodičovou
monokrystalický.
technologii.
Označujeme
reakcí
Proto
jej
křemene
je
jako
převeden
s uhlíkem.
na
Takto vzniká(SiHCl
trichlorsilan
polykrystalický
hutní
křemík
), který
nebopo
polykrystal.
čištění destilací a
3křemík.
následné reakcikřemík
Polykrystalický
s vodíkem
pro elektroniku
(H2) vytvoří(viz
vysoce
čistý křemíkobrázek)
následující
pro elektroniku.
je základním materiálem pro
výrobu monokrystalů křemíků.
SiO2 + 2C
Si + 2CO
Hutní křemík
Si + 3HCl
SiHCl3 + H2
Trichlorsilan
Čištění trichlorsilanu
SiHCl3 + H2
Silicon V2.1 Cz
Si + 3HCl
Křemík pro elektroniku
13
Slide 14
Polykrystalický křemík
Silicon V2.1 Cz
14
Slide 15
Souhrn kapitoly č.1
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
15
Slide 16
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Nazávěrečné
Proces,
Cílem
Rostoucí
Vsádka
Poté
Po
Monokrystal
Šipky
V
této
dosažení
přiloženém
jena
metody
počáteční
rychlost
sve
obrázku
krystal
polykrystalem
kterém
postupně
fázi
požadovaného
je
videozáznamu
tažení
bude
přeměnit
fázi
je
naznačují,
jerychlost
je
monokrystal
kopírovat
roste
snížena,
rychlost
sevýchozí
roztaví
tažení
aprůměru
jak
je
můžete
tažení
což
krystalografickou
se
vytahován
vyráběn
materiál
vzvýšena,
monokrystal
vede
kelímku
krystalu
vidět
větší,
ke
zvzaby
aby
z i se
taveniny,
monokrystal
orientaci
křemenného
udržel
zvětšování
provedeme
taveniny.
kelímek
došlo
jednotlivé
ke
malý
otáčejí.
zmenšení
zárodku.
popsal
Rozhodující
fáze
průměru
tzv.
průměr
křemíku.
skla.
procesu
zarovnání.
Kelímek
jako
Do
Proto
průměru
rostoucího
monokrystalu.
první
vzniklé
parametry
Do
růstu
se
musí
kelímku
Czochralski
navíc
krystalu.
monokrystalu
taveniny
být
krystalu,
tohoto
zzvedá,
zárodek
Vkřemenného
této
Úzký
se
vprocesu,
tzv.
roce
aby
ponoří
druhé
vybrán
konec
křemíku.
krček.
byla
1918.
fázi
jež
Od téjebýt
skla
podle
monokrystalický
Smyslem
růstu
musí
klesající
snižuje
se
požadované
doby
vložen
vliv
vytvoří
hladina
kontrolovány,
tvorby
teplotního
byla
polykrystal
tzv.
tato
taveniny
zárodek,
krčku
orientace
hlava.
metoda
šoku
je
jsou:
odstranění
(viz
stále
který
na
teplota,
finální
značně
foto)
zbytek
ve
se stejné
otáčí
akřemíkové
dislokací
rychlost
dopant.
vylepšena
těla
avýšce.
současně
krystalu,
tažení,
z a je
stále
Zárodek
desky.
vytahuje
krystalu.
rychlosti
ke
kterému
nejpoužívanějším
otáčení,
monokrystalu
z taveniny.
dojde tlak
přiNa
vytažení
argonu
umístíme
způsobem
jeho konci
akrystalu
jeho
doroste
výroby
zařízení
průtok.
z taveniny.
vysoce
na
kvalitních
výrobu
monokrystal.
monokrystalu
monokrystalů
- do
křemíku.
tažičky.
Směr otáčení zárodku
Držák
Zarovnání
zárodku
Zárodek
Kelímek z
křemenného skla
Krček
Hlava
Grafitový kelímek
(susceptor)
Tělo
Špička
Tavenina
Grafitové
vyhřívací těleso
Hřídel
Směr otáčení
kelímku
Silicon V2.1 Cz
16
Slide 17
Tažička Czochralského
Přívod argonu
Schematickou
Kelímek
Kolem
Další
Zvedací
Celý
Oddělovací
systém
část
grafitového
mechanismus,
z zařízení
křemenného
ventil
je kresbu
umístěn
umožňuje
kelímku
je tepelný
tažičky
skla
jenž
ve vakuové
se
přístup
je
drží
štít,
Czochralského
nachází
ta zárodek
držen
část,
který
do
komoře
grafitovým
která
grafitové
horní
snižuje
a rostoucí
sobsahuje
komory
nyní
pláštěm,
tepelné
taveninu
kelímkem.
vyhřívací
ztráty.
monokrystal,
který
bez
můžete
zavzdušnění
je chlazen
srovnat
křemíku.
těleso
Oba
umožňuje
kelímky
svodou.
(topidlo).
komory
obrázkem
Materiál
Proces
kontrolovat
jsou
dolní.
kelímku
skutečného
umístěny
růsturychlost
musí
krystalu
nazařízení.
být
grafitovém
tažení
vybrán
je
a
tak, aby reagoval
podstavci,
otáčení.
kontrolován
který
počítačem,
umožňuje
s taveninou
a také
jejich
jen
sledován
otáčení
velmi pomalu.
pyrometrem
a zdvih.Protoa
je jediným vhodným materiálem, jenž může být použit,
kamerou.
křemenné sklo.
Kelímek z křemenného skla
Grafitový kelímek
Oddělovací
ventil
Směr otáčení
zárodku
Lanko
Držák zárodku
Kamera
(kontrola průměru)
Průzor
Grafitové vyhřívací těleso
Tepelný štít
Optický
pyrometr
Hřídel
Vodou
chlazený plášť
Vakuové
odsávání
Přívody elektrického proudu
Silicon V2.1 Cz
Otáčení kelímku
17
Slide 18
Rozhraní krystal - tavenina
Základem
Rozhodující
Teplota
Ke
Proudění
krystalizaci
oblasti
taveniny
celého
je kontrola
mezi
dochází
procesu
v taveninou
je
kelímku
také
na
teploty
ovlivněno
je
rozhraní
přeměna
má
a
nakrystalem
velký
rozhraní
mezi
otáčením
taveniny
vlivkrystalem
na
mezi
musí
tvar
v
pevnou
krystalem
být
a
rozhraní
krystalu,
taveninou.
udržována
látku.
a
otáčením
ana
taveninou,
Tvar
Aby
kolísání
na bodu
rozhraní
krystal
kelímku,
množství
zejména
tuhnutí.
rostl,
přímo
i vytahováním
atomy
Toto
příměsí
kontrola
ovlivňuje
jetaveniny
během
toku
krystalu.
se
musí uspořádat
tepla.
nejstudenější
dokonalost
růstu
Správná
krystalu.
kombinace
krystalizace
část
Samovolné
dotaveniny
krystalové
otáčení
a radiální
proudění
(vkrystalu
mřížky
opačném
rozložení
vzniká
apevného
kelímku
případě
díky
příměsí
jeby
skupenství.
k
v
teplotním
používána
tuhnutí docházelo
krystalu.
rozdílům
Konkávní
pro
Proto
dosažení
jevivelmi
tvar
tavenině
v jiných
požadovaného
pomáhá
důležitá
oblastech).
- obrázek
odstranit
kontrola
proudění
vlevo
Přísuny
dole.
aprůběhutepla
úbytky
dislokace
obrázek
vpravo
procesu
a jemusí
udržován
dole.
na
býtrozhraní
sledovány
během
mezi
celého
a regulovány
taveninou
růstu těla
atak,
krystalem.
aby
krystalu.
byl zajištěn správný růst krystalu.
Krystal
průřez
(černě)
Rozhraní krystal - tavenina
Tavenina
Proudění tepla
Směr otáčení krystalu
Proudění
Konvexní rozhraní
Přísun tepla
Úbytek tepla
Bez otáčení
Silicon V2.1 Cz
Proudění
Konkávní rozhraní
Směr otáčení kelímku
18
Slide 19
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
V krystalu
Kyslík
Uhlík
se
je do
nejběžnější
setaveniny
nalézajídostane
příměsí
i stopy dalších
vjako
monokrystalu.
nečistota
nečistot.
z Jeho
polykrystalu,
Jejich
hlavním
a
koncentrace
také reakcí
zdrojem
jemezi
alejenižší
grafitovým
materiál
než kelímku
koncentrace
vyhřívacím
- křemenné
uhlíku
tělesem
asklo
hromadí
a
(SiO
monooxidem
se
hlavně
ve zbytku
křemíku
kelímku
taveniny,
odpařujícím
reagujekterý
s taveninou
se
zůstane
z taveniny.
av vytváří
kelímku.
2). Povrch
monooxid křemíku
Koncentrace
uhlíku(SiO).
v krystalu
Většina
je mnohem
monooxidu
menší
se odpaří
než
povrchem taveniny,
koncentrace
kyslíku.ale malé množství v tavenině zůstane.
SiO + 2C
CO, CO2
SiO
SiC + CO
CO, CO2
SiO
SiO
SiO
SiO
Kelímek
z křemenného skla
Grafitové
vyhřívací těleso
Silicon V2.1 Cz
Grafitový kelímek
19
Slide 20
Rozdělovací koeficient
10
dopanty
kovy
Koncentrace
Důležitou
Při
Například
Většina
růstuprvků
krystalu
operací
fosfor
dopantu
mámá
jsou
rozdělovací
v procesu
rozdělovací
vvekrystalu
vzájemném
výroby
koeficient
bude
koeficient
kontaktu
nejnižší
menší
monokrystalu
pevný
0,35.
než
na
počátečním
1.To
monokrystal
Díky
znamená,
tomu
jehorním
přidání
seže
azabuduje
tekutá
vkonci
blízkosti
přesného
tavenina.
a do
nejvyšší
rozhraní
krystalu
množství
Nanaje
jenv
dopantu
rozhraní
krystalu
část
spodním
dopantu.
koncentrace
do
mezi
konci
kelímku
Zbytek
nimi
krystalu.
dochází
se
dopantu
zůstává
vsádkou
Na kgrafu
přerozdělení
v(fosforu)
tavenině,
polykrystalu.
vlevo 0,35
dole
kde
dopantu.
krát
se
vidíte
během
koncentrace
příklad
Míru
celého
rozložení
přerozdělení
fosforu
procesu
koncentrací
v hromadí.
tavenině.
dopantudopantu
Jelikož
Abychom
udává v
rozdělovací
docílili
koncentrace
celém
krystalu.
požadovanou
koeficient.
dopantu
Těžkéúroveň
vkovy
Je
tavenině
tomají
poměr
dopantu
velmi
narůstá,
vnízké
koncentrací
krystalu,
zvětšuje
rozdělovací
se
musí
ikoeficienty,
dopantu
koncentrace
být koncentrace
v monokrystalu
což
dopantu
vede
dopantu
kvpozdějšímu
krystalu.
a v
tavenině.čištění
tavenině
dalšímu
přiměřeně
materiálu.
větší.
Koncentrace dopantu/Odpor
vs. délka ingotu (příklad)
Rozdělovací
koeficient
0,000008
0,000025
0,00003
0,0004
0,0007
0,023
0,07
0,3
0,35
0,8
1,25
Prvek
8
Fe
Au
Ni
Cu
N
Sb
C
As
P
B
O
Rozdělovací koeficient: k =
CLIQUID
koncentrace
CSOLID = 3,5 x 1018 cm-3
odpor
8
7
6
6
800
0
200
C(p) = C0(1-p)k-1
400
600
Odpor [mWcm]
Koncentrace [1019cm-3]
CSOLID
CLIQUID = 1,0 x 1019 cm-3
L [mm]
p - normalizovaná délka (p = 1 for Lmax)
k - segregační koeficient
Silicon V2.1 Cz
20
Slide 21
Ingot
Silicon V2.1 Cz
21
Slide 22
Souhrn kapitoly č.2
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
22
Slide 23
Broušení a měření monokrystalu
Na členění
Monokrystal
Při
Část
Krystalografická
další
krystalu
stránce
krystalu
se
serozřeže
orientace
vloží
naleznete
sedo
odřeže
na
zařízení
osy
několik
fotografii
několik
válce
na
částí.
je
válce
broušení,
tenkých
dána
U monokrystalu
koncové
orientací
desek
kde se
části
na
zárodku.
odbrousí
měření.
křemíku
se ověří,
Nas
zda neobsahuje
Obvykle
povrch
povrchu
fasetou.
krystalu
krystalu
se měříaž
dislokace.
měrný
sedo
vybrousí
požadovaného
odpor,
Konce
rovina
koncentrace
krystalu
- průměru
faseta,
se
kyslíku
aodstraní.
válce.
tím se
a uhlíku.
označí Výběr
několikakrystalografická
radiální
desek umožňujeorientace
zjistit průběhy
krystalu.
měřených
Správnáparametrů.
pozice fasety
se přesně určí pomocí rentgenové difrakce.
Rentgenové
záření
Čidlo
Silicon V2.1 Cz
23
Slide 24
Ořezaný Ingot
Silicon V2.1 Cz
24
Slide 25
Souhrn kapitoly č.3
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
25
Slide 26
Výroba křemíkových desek
Narušení
Výroba
Pila
Při
řezání
je vyrobena
desek
povrchu
desek
z monokrystalu
zjetenkého
desek
důležité
je nerezového
zapříčiněno
docílit
křemíku
rovnýzačíná
kotouče
tím,
řez vžeurčitém
operací
řezání
sřezání.
úhlu
je
otvorem
určitou
ke Ke
krystalografické
formou
uprostřed.
krystalu
broušení.
seVnitřní
přilepí
orientaci.
Kostří
grafitová
poškození
pily
Abychom
pokrývá
podložka.
dochází
dosáhli
Lepidlo
diamantový
co
kdekoliv,
největší
drží
kde
výtěžnosti,
bort
desku
je pila
s niklovou
i vpoté,
kontaktu
je nutné
comatricí.
ji pila
snemrhat
krystalem.
odřeže
Toto ostří
příliš
Narušený
se
z monokrystalu.
používá
materiálem
materiál
kmusí
řezání
a minimálně
býtmonokrystalu
odstraněn
narušovat
několika
křemíku.
povrch
následujícími
desek.
Kvůli tomu jeNa
operacemi.
ostří
přiloženém
pily chlazeno
videuauvidíte
omýváno
krátké
vodou
záběry
s
zdetergentem.
procesu řezání.
VIDEO 352 x 288
Nerezový kotouč
Křemík
Diamantový bort
s niklovou matricí
Narušení
materiálu
Silicon V2.1 Cz
26
Slide 27
Broušení hran desky
Brusný
Po
Deska
řezání
se
kotouč
umístí
mají má
desky
nadrážku
vakuový
ostrévehrany.
držák,
tvaruTyto
špičky
kdehrany
se
nyní zaoblíme
pomalu
projektilu,
otáčí,
kterýzatímco
do
požadujeme
tvarubrusný
projektilu,
i pro
kotouč
tvar
což rotující
zvětší
hrany
jejich rychlostí
větší
desky.
pevnost
V drážce
ajeodolnost
se
tlačen
nachází
proti
vůči
diamantové
její
možné
hraně.lámavosti v
dalším procesu výroby.
částečky.
Velká rychlost
Malá rychlost
Silicon V2.1 Cz
27
Slide 28
Oboustranné lapování
Křemíkové
Dalším
Desky
Brusná
se
krokem
suspenze
umístí
desky
ve
do
v(roztok
výrobě
unašečích
unašeče,
Al
křemíkových
vodou
jsoupopisovaný
hnány
desek
a
je
2Okde
3asníže
operace
mezi
detergentem)
lapovací
dvěma
lapování.
kotouč
litinovými
seuvidíte
nanese
Jejím
lapovacími
na
cílem
navideu
povrch
je sudělat
kotouči.
ukázkou
desek.
povrch
Desky
desky
Unašeč
se
oboustranného
mezi
hladký,
je
lapovacími
tenčí
rovný
planetárního
nežkotouči
desky
a rovnoběžný.
apohybují,
lapovacího
umožňuje,
a tím
aby
zařízení.
se
obě
strany
odstraňuje
Pro
lepší
desek
demonstraci
část
byly
narušeného
lapovány
byl nadzvednut
současně.
křemíku. Povrch
horní je
poté vícekotouč,
lapovací
stejnoměrný
abychom
a desky
mohlijsou
vidět
velmi
pohyb
rovné.
desek. Na konci videa je ukázka celého zařízení
během lapovacího procesu.
Lapovací kotouč
Brusná suspenze Unašeč
VIDEO 352 x 288
Křemíková deska
Ozubený věnec
Lapovací kotouč
Silicon V2.1 Cz
28
Slide 29
Leptání
Oba způsoby
Lapování
Jedna
Další
Diagram
způsob
z metod
vpravo
siceleptání
leptání,
umožní
leptání
dole křemíkových
znázorňuje
louhové
odstranit
desek jei kyselinové,
větší
použití
rychlosti
desek
částje
narušeného
alkalického
kyselinové
leptání
mají
svéu výhody
typického
leptání.
hydroxidu
povrchu
a nevýhody.
Běžně
kyselinového
desky,
jakose
jezanechá
používá
hydroxid
Všechny
a ale
roztok
tyto
za
sebou
draselný
HNO
louhového
aspekty
tenkou,
HF.
je(KOH).
třeba
leptání.
Někdy
stejnoměrně
zvážit
Desky
Je
se vidět,
do
při
seroztoku
výběru
ponoří
porušenou
že leptání
vhodného
přidávají
do roztoku
3 a
vrstvu.
KOH
další
kyselinou
typu
leptání.
chemické
s vodou
Proto
je po
Jejich
musí
asi
celou
sloučeniny,
na
být
srovnání
2dobu
použity
minuty.
trvání
aby
naleznete
další
Teplota
byla
velmi
metody,
reakce
v
kterékontrolovaletná.
roztoku
lépe
silné,
níže
uvedené
odstraní
a proto
je obvykle
musí
tabulce.
poškození
zvýšena
býtVřízeno
každém
z lapování
napozorně
cca
případě
100°C.
bez
ažjedo
toho,
Poté
tento
okamžiku,
Na
další
se
abydesky
proces
stránce
způsobily
kdy
hodně
ponoří
májedeska
obrázek
jakékoliv
prudký
do lázně
požadované
azařízení
další.
je nutno
Kna
tomuto
jej
účelu
s
pevně
vlastnosti.
leptání
deionizovanou
se
řídit,
s obvykle
chemickou
jelikož
vodou,
používá
nemá
lázní.
aby
vlastnost
chemické
byly zastaveny
leptání.
další reakce.
samočinné
regulace.
Louhové leptání
Si + H2O + 2KOH
K2SiO3 + 2H2
Kyselinové leptání
3Si + 4HNO3 + 18HF
3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
Si + 4HNO3 + 6HF
H2SiF6 + 4NO2 + 4H2O
Relativní rychlost leptání vs. čas
Kyselinové
Vytváří povrch, který
má leptové důlky
Vytváří hladký
povrch.
Leptací rychlost je
konstantní během
celé životnosti lázně.
Leptací rychlost se
mění.
Snadno řiditelné;
leptací rychlost klesá
při odstranění
narušení povrchu
Obtížně řiditelný;
leptací rychlost není
omezena narušením
povrchu.
Není rizikové vůči
životnímu prostředí.
Uvolňuje plyny, jež
musí být asanovány.
Kyselina
Rychlost leptání
Louhové
Louh
Čas leptání
Silicon V2.1 Cz
29
Slide 30
Zařízení na leptání
Silicon V2.1 Cz
30
Slide 31
Úprava zadní strany
Natomuto
Zadní
K
Také
dolním
vrstva
strana
účelu
obrázku
polykrystalu
semůže
upravuje
je být
sada
na
použita
u křemíkových
desek,
zadní vrstva
straně
které
jsou vysoce
oxidu
desky
desek,
křemičitého,
zabraňuje
připravená
dopované,
dopantu
vkterá
unašeči
adopant
které
v rozptylu
navdepozici.
dalším
do Na
procesu
nepropouští.
prostoru.
další
straně
projdou
Navíc
pak
Nanese
na
uvidíte
přes
sebe
se
vysoké
zařízení
na
váže
desku
teploty.
těžké
na kovy.
Na K
zadní stranu
depozici
chemickou
polykrystalické
depozicí
depozici
se nanese
z plynné
vrstva,
vrstvyfáze.
fáze
se
ježobvykle
(LPCVD).
zabrání v
rozptylu silan
používá
dopantu
(SiHdo
4). prostoru.
Depozice oxidu
SiH4 + O2
420°C
Depozice polykrystalu
SiH4 620°C
Silicon V2.1 Cz
SiO2 + 2H2
Si + 2H2
31
Slide 32
Zařízení na chemickou depozici
Silicon V2.1 Cz
32
Slide 33
Leštění
Na přiloženém
Účelem
Jedna
Přisáté
zdesky
procesu
metoddrží
videu
leštění
leštění
na jsou
vložkách
jekřemíkových
technologie
záběry
i při
operace,
otočení
sdesek
využitím
při
unašeče
jeníž se
vytvořit (template).
šablon
šablonou
uvolňují
velmi
vyleštěné
dolů.hladký,
Leštící
desky
Desky
rovný
podložka
ze
sepovrch
šablon.
umístí
je připevněna
bez
na
Nakruhovou
jakýchkoliv
další stránce
ke
poruch.fotografii
šablonu
kotouči.
uvidíte
Na
Kotouč
přilepenou
rozdílazařízení
od
unašeče
k lapování
unašeči.
naseleštění.
otáčejí
je
V to
šabloně
chemickokolem
ležísvých
na
mechanický
měkké
vlastních
polyuretanové
os.proces. Tovložce,
je důvod,
která
proč
májepórovitou
povrch
desky po leštění
strukturu.
Křemíkové
mnohem
deskyhladší
se ponež
přitlačení
po lapování.
na tuto
vodou nasáklou vložku přisají.
Leštící suspenze
Skládá se z částic oxidu
křemičitého (SiO2) ve vodní
suspenzi s organickou zásadou a
detergentem.
Leštící suspenze
Křemíková deska
Unašeč
Vložka
Šablona
Leštící podložka
Kotouč
Silicon V2.1 Cz
33
Slide 34
Zařízení na leštění
Silicon V2.1 Cz
34
Slide 35
Chemické čištění
Nejrozšířenější
Nečistoty
Pro
Po
Během
leštění
předchozích
tomto
odstranění
chemického
čištění
se
je nachází
načástic
metodou
povrchu
krocích
je povrch
čištění
hlavně
sese
desek
nejčastěji
čištění
zbaven
na
se
napovrchu
na
velké
tenké
desek
desky
nečistot,
používá
množství
vrstvě
po
desky
také
leštění
roztok
avšak
oxidu,
je
nečistot.
čištění
která
SC1
mohou
působí
stále
(Standard
může
jevmegasonickými
stále
na
chemických
Těmito
povrchu
být
vyskytovat
na
Clean
nečistotami
deskách
desek.
roztocích,
1).vlnami.
kovové
JeÚlohou
malý
to
jsou
zahřátá
Jsou
které
nečistoty.
počet
většinou
dalšího
to
sečástic.
směs
akustické
skládá
částice,
krokuz organické
několika
zředěné
NH
Odstraňují
vlny
Video
velmi
vpravo
akyseliny
kroků.
H
zbytky
vysoké
se
roztokem
Prvním
fluorovodíkové
vodou.
afrekvence
kovové
čistící
zHCl
Hydroxid
nich
ionty.
alinku,
(kolem
je
H2horká
-Chemickým
O
je
amonný
a
1také
odleptat
vodou,
MHz),
směs
záběr
podleptá
které
který
tuto
do
4OH
2Oukazuje
2 s
2 s
čištěním
kyseliny
vrstvu
částice
je
vyvíjejí
megasonické
známý
oxidu,
na
zachycené
sírové
se
jako
částice
odstraňují
ačistící
SC2
také
a peroxidu
síly,
na
(Standard
zbytky
lázně.
povrchu
zjež
povrchu.
je
vodíku
leštící
oddělují
Clean
a eliminuje
suspenze.
zvaná
2).
odRoztok
povrchu
Piraňa.
přitažlivé
Rozloží
síly.
oxiduje
desky.
Peroxid
aprakticky
reaguje
vodíku
veškeré
s kovy
je oxidující
naorganické
povrchu
látka,nečistoty
křemíku.
která na na
povrchu desky vytváří
na oxidtenkou,
uhličitý čistou
a vodu.vrstvu oxidu,
což činí desku hydrofilní a zamezuje
znovuusazování částic.
Částice
Organický zbytek
Iont kovu
Vrstva oxidu
VIDEO 352 x 288
H2SO4 + H2O2 (130°C)
H2O + HF
H2O + NH4OH + H2O2 (70°C)
H2O + HCl + H2O2 (70°C)
Silicon V2.1 Cz
35
Slide 36
Kontrola
Na videu
Vyleštěné
Měřítkem
Další
kontrolovanou
uvidíte
deformace
proměnnosti
a vyčistěné
bezkontaktní
veličinou
desky
desky
tloušťky
jejsou
je
měřící
veličina
desky
TIR
připraveny
(total
zařízení.
je
zvaná
TTV ke
(total
kontrole.
warp.
thickness
indicator
Finální
Warp
vizuální
reading),
Během
variation).
je velikost
kontrola,
procesu
která
Jerozdílu
tose
jejíž
kontroly
rozdíl
vztahuje
ukázka
mezi
mezi
se
největší
pouze
je
maximální
rovněž
ka naa
bezkontaktními
nejmenší
minimální
přední
konci
videa,
straně
vzdáleností
tloušťkou
jedesky.
ve
metodami
skutečnosti
desky.
Měření
střední
měří
se
čáry
prováděna
elektrický
provádí
deskyvzhledem
ana
měrný
roviny,
konci
odpor
jež
k
celého
rovině
je určena
aprocesu.
geometrické
vakuového
třemi body
držáku,
parametry.
na okrajích
k němuždesky.
je deska
přisáta. TIR je rozdíl mezi výškou nejvyššího a
nejnižšího bodu na přední straně desky.
VIDEO 352 x 288
Střední čára desky
Křemíková deska
Tmax
hmax
Dmax
Tminh
Dmin
min
Rovina
Vakuový
držák
Warp
TTV
TIR===(D
Thmax
Thmin
max -- D
min) / 2
Silicon V2.1 Cz
36
Slide 37
Finální mechanické čištění
Toto čištění
Desky
Během
se
tohoto
chemicky
PVA
procesu
kartáči
čistí,
proudí
velmi
aby byly
účinně
zředěný
odstraněny
odstraňuje
hydroxid
částice aPo
amonný
částice.
(NH
kovové
opláchnutí
přesdeionizovanou
povrch
Po následné
desky. Současně
vodou
kontrole
a
4OH)nečistoty.
se povrchu
vysušení
ale na jsou
povrchu
dotýkají
desky
může
velmi
připraveny
opět
jemné
objevit
krotující
poslední
zvýšený
kartáče s
početvlákny.
PVA
vizuální
částic.
kontrole
Proto
a balení.
se provádí
Totofinální
čištěnímechanické
i poslední
čištění kartáči
vizuální
kontrola
- scrubbing.
se provádí v čistých prostorech
třídy 10.
Ukázka čištění kartáči je na videu vpravo nahoře.
Silicon V2.1 Cz
VIDEO 352 x 288
37
Slide 38
Finální kontrola
Průměr Si desky:
TTV:
TIR:
WARP:
100, 125, 150 mm
< 5 µm
< 4 µm
< 30 µm
(obvykle pro 100 mm desky)
Částice >0,5 µm
Kontaminace kovu:
<5
3x1010 atomů/cm2
Další informace na adrese: www.terosil.com
Silicon V2.1 Cz
38
Slide 39
Souhrn kapitoly č.4
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
39
Slide 40
Epitaxe
Výsledkem
Pro
Epitaxe
Proces
Po
Pokud
oleptání
určité
jsou
probíhá
je použití
narůstání
procesu
přítomny
povrchu
přikřemíkových
vysoké
je
vrstvy
se
molekuly
epitaxní
přivádí
teplotě
křemíku
fosfinu
desek
páry
vrstva
- 1200°C.
na
chloridu
je
tlustá
PH
povrchu
nutné
několik
Kolem
na
3, vznikající
materiálu
křemíkové
rozžhavených
křemičitého
atomy
mikrometrů
fosforu
sdesky.
nízkým
až
SiCl
dopují
desek
desítky
Ten
odporem
rostoucí
proudí
při
mikrometrů.
vrstva
vysoké
vodík.
vytvořit
má
epitaxní
stejné
teplotě
Když
Na
další
vrstvu.
přiloženém
se
reaguje
vrstvu
přidá
Podobně
s
4. Tato
materiálu
krystalografické
chlorovodík
přítomným
mohou
videu
jsou
býtszáběry
použity
vodíkem.
vysokým
HCl,vlastnosti
začne
zpro
nakládání
odporem.
Výsledkem
dopování
reagovat
jakodesek
podložka,
Kireakcí
stomuto
sloučeniny
křemíkem
na jsou
susceptor
účelu
alevolné
může
bóru.
a slouží
amít
proces
jinou
odleptává
atomy
jejich
koncentraci
vykládání.
křemíku,
epitaxe.
povrchkteré
Je
dopantu
desky.
vidět
se To
usazují
také
anebo
je řídící
důležité,
na
dopant
panel
povrchu
aby
jiný.
epitaxního
se
odstranily všechny
křemíkové
reaktoru.
desky, sledujíce
nečistotyjejí
anebo
krystalovou
povrchové
strukturu.
poruchy struktury křemíku.
H
Cl
Cl Si H
H
H Cl
H Cl
H
H Cl
H
P H
H
Silicon V2.1 Cz
H Cl
H
H
Cl
Cl Si H
Cl
Si
Si
Si P
Si
Si
H
VIDEO 320 x 240
H
Cl
H Cl Si H
H Cl
H Cl
40
Slide 41
Epitaxní reaktor
N2
H2
HCl
SiHCl3
PH3
Epitaxní
Při
technologickém
vysoké
reaktor
teplotě
je proběhne
zařízení
postupupro
je
proces
pracovní
růst epitaxní
jak je
komora
popsán
vrstvy.
s
Křemíkové
deskami
na
snímku
proplachována
Epitaxe.
desky sePotom
uloží
dusíkem,
na
je susceptor
grafitový
a pakblok
svodíkem.
deskami
susceptor.
V
ochlazen,
prostředíaSusceptor
vodíku
po proplachu
je susceptor
s deskami
dusíkem
sjedeskami
umístěn
vytaženohřátý
zdo
indukčnímkomory.
pracovní
komory
ohřevem
z křemenného
na teplotu kolem
skla. 1200°C.
Kolem
komory je cívka indukčního ohřevu.
B2H6
Asanace plynů
Silicon V2.1 Cz
41
Slide 42
Charakteristika epitaxní
vrstvy
Průměr Si desky:
Tloušťka epitaxní vrstvy:
Odpor epitaxní vrstvy:
100, 150 mm
3 - 50 µm
3 - 50 Wcm
Další informace na adrese: www.terosil.com
Silicon V2.1 Cz
42
Slide 43
Souhrn kapitoly č.5
Úvod
Co je uvnitř integrovaného obvodu?
Křemík
Křemík - struktura
Křemík - uvnitř monokrystalu
Krystalografické poruchy
Dopování
Křemíková deska
Výroba křemíku
Polykrystalický křemík
Czochralského metoda růstu monokrystalu
Tažička Czochralského
Rozhraní krystal - tavenina
Kyslík a uhlík v monokrystalu křemíku
Rozdělovací koeficient
Ingot monokrystalu křemíku
Broušení a měření monokrystalu
Obroušený krystal s fasetou
Silicon V2.1 Cz
Výroba křemíkových desek
Broušení hran desky
Oboustranné lapování
Leptání
Zařízení pro leptání
Úprava zadní strany
Zařízení CVD
Leštění
Zařízení pro leštění
Chemické čištění
Kontrola
Finální mechanické čištění
Finální kontrola
Epitaxe
Epitaxní reaktor
Charakteristika epitaxní vrstvy
Příloha
Čisté prostory
Některé fyzikální jednotky
43