Користувач:Lubko Tor/Чернетка/Монокристал кремнію

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Монокристал кремнію

Монокристал кремнію (boule) — це монокристалічний злиток отриманий синтетичним шляхом. [1]

Загальний опис[ред. | ред. код]

Вихідним матеріалом для виготовлення напівпровідникових і суміщених ІС є полікристалічний кремній-сирець, який очищують хімічним шляхом, а саме, відновленням кварцового піску SiO2 з наступним переведенням на тетрахлорид кремнію SiCl4 і відновленням цинком SiCl4 +2 Zn -> Si +2 ZnCl2. При цьому досягається ступінь чистоти 98%, яка є недостатньою для керування провідністю кремнію. Тому далі використовують фізичне очищення кремнію зоною плавки. Полікристалічний злиток закріплюють вертикально і частину його нагрівають високочастотним індуктором до температури плавлення. При діаметрі до 25 (мм) поверхневий натяг утримує розплав від розтікання і при безперервному переміщенні розплавленої зони вздовж злитка зі швидкістю кілька міліметрів на хвилину домішки з усього циліндру поступово виділяються в зону розплаву. Максимальна кількість домішок скупчується у верхній частині циліндру. При багаторазовому застосуванні процесу або використанні кількох зон плавки, які одна за одною переміщуються вздовж циліндра, одержують кремній потрібної чистоти. Верхню частину заготовки відрізають і розрізають циліндр,що залишився, на пластини.

У напівпровідниковій промисловості синтетичні монокристали можуть бути виготовлені низкою методів, таких як метод Бріджмана [2] і метод Чохральського, в результаті якої утворюється циліндричний стрижень з матеріалу.

Метод Чохральського[ред. | ред. код]

Для створення великих кристалів (для ВІС) з діаметром підкладки більше 50 (мм) застосовують метод Чохральского, який був запропонований польським вченим Яном Чохральським у 1916 році. Метод Чохральського є методом напрямленої кристалізації.[3]

У процесі Чохральського необхідна затравка для створення більшого кристалу або злитку. Ця затравка опускається в чистий розплавлений кремній і повільно витягується. Розплавлений кремній виростає на затравочному кристалі. По мірі витягання затравки кремній твердне і з часом утворюється великий циліндр. [4]

Суть методу полягає у тому, що полікристалічний кремній розплавляється в графітовому тиглі високочастотним індуктором. У розплав занурюють зародковий монокристал – затравку. По досягненні певної температури на границі затравка–розплав, яка забезпечує кристалізацію, починають відносно повільно витягувати затравку зі швидкістю 10 – 60 (мм/год), водночас обертаючи монокристал. Матеріал розплаву тягнеться за затравкою і при виході з розплаву кристалізується, повторюючи будову і орієнтацію монокристалу. Регулювання діаметра монокристала здійснюється, головним чином, зміною швидкості витягування монокристала і, меншою мірою, зміною температури розплаву. Важливо, щоб кристали росли повільно (приблизно день), щоб гарантувати правильне розташування атомів.[3]

Метод Чохральського набув неабиякого поширення завдяки простоті реалізації. За час промислового використання (з 1950-х років співробітниками корпорації Bell Labs) були розроблені різні модифікації методу Чохральського для вирощування кремнію та сапфіру. Процес також використовується для створення сапфірів, які використовуються для підкладки при виробництві синіх та білих світлодіодів, оптичних вікон у спеціальних приладах та як захисне скло для годинників . [5]

Монокристали, які отримують методом Чохральського, мають форму циліндра довжиною до 1 метра і більше та діаметром 20 ... 300 (мм). Після охолодження монокристали калібрують за діаметром і здійснюють орієнтацію за заданим  кристалографічним напрямком (точно вивіряють рентгеногоніометром). Правильна орієнтація пластин забезпечує високу відтворюваність електрофізичних параметрів приладів, які будуть створені на пластині. Монокристалічні злитки кремнію (сапфіру) циліндричної форми розрізають за допомогою кільцевої алмазної пилки на пластини, товщиною 100…300 (мкм), поверхні яких багаторазово шліфують і полірують механічними й хімічними способами. В результаті поверхня згладжується до нерівностей, що не перевищують 3 (нм). У технологічному процесі виготовлення ІС підготовка підкладок, як правило, багато в чому визначає можливості технології. Після численних операцій з виготовлення ІС таки «млинці» розрізають на сотні маленьких чіпів, кожен з яких являє собою кристал ІС. [6]

Метод Бріджмена-Стокбаргера[ред. | ред. код]

Суть даного методу наводиться в томі, що зарождаються в нижчих частинах тиглі з розпливом монокристалічних служат затравкою. Тигель випускається в більш холодну зону печі. Нижняя частина тигля - конічна. Швидкість вирощування - також кілька мм / годину.

Метод Вернейля[ред. | ред. код]

Метод Вернейля реалізується шляхом просипка маленьких порцій порошкової шихти в трубчасту піч, де ця шихта розплавляється під час падіння в киснево - водневому полум'я і живить краплю розплаву на поверхні затравки. Запал при цьому витягується поступово вниз, а крапля перебуває на одному і тому ж рівні по висоті печі.

переваги:

  • відсутність флюсів і дорогих матеріалів тиглів;
  • відсутність необхідності точного контролю температури;
  • можливість контролю за зростанням монокристалла.

недоліки:

  • через високу температуру росту кристали мають внутрішні напруження;
  • стехіометрії складу може порушуватися внаслідок відновлення компонентів воднем і випаровування летючих речовин.

Швидкість вирощування - кілька мм / год.


Монокристали з кремнію є вихідним матеріалом для більшості інтегральних схем, що використовуються сьогодні.


  1. ↑ Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization. Процитовано 1 березня 2017.
  2. ↑ Springer Handbook of Crystal Growth. 2010. Процитовано 25 лютого 2017.
  3. ↑ а б Tomaszewski, Paweł E. (2003). Jan Czochralski i jego metoda = Jan Czochralski and his method. Wrocław: Atut. ISBN 83-906218-2-7. OCLC 749559776.
  4. ↑ Continuous Czochralski Process Development. Процитовано 1 березня 2017.
  5. ↑ J.-P. Colinge (29 February 2004). Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI: Materials to Vlsi. Springer Science & Business Media. с. 12. ISBN 978-1-4020-7773-9.
  6. ↑ BOSE (2013). IC Fabrication Technology. McGraw Hill Education (India) Pvt Ltd. с. 53. ISBN 978-1-259-02958-5.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Користувач:Lubko_Tor/Чернетка/Монокристал_кремнію&oldid=38052985