Si egykristály előállítása

Az előadások a következő témára: "Si egykristály előállítása"— Előadás másolata:

1 Si egykristály előállítása
Kristálytan Si anyag előállítása Egykristálynövesztés Szeletgyártás Minőségellenőrzés

2 Mi is az igazán fontos?

3 Kristálytani alapok Kocka TKK LKK

4 A fontosabb síkokhoz tartozó Miller indexek
Kristálytani alapok A fontosabb síkokhoz tartozó Miller indexek

5 Kristálytani alapok Gyémántrács

6 Si wafer előállítása Alapanyag (Quartzite) Desztilláció és redukció
Polikristályos szilícium Kristálynövesztés Egykristályos szilícium Csiszolás, fűrészelés, polírozás Wafer

7 Ívkemence Tisztítás Kvarc redukálása itt történik
EGS: electronic grade silicon (több millió Kg/Év !) Kvarc redukálása itt történik 1. MGS SiO2+2C=Si+2CO 2. SiHCl3 képződése 3. Tisztítás desztillálással 4. CVD reaktorban: EGS

8 Czochralski- és függő zónás módszerek
Lebegőzónás kevésbé piszkolódik

9 Czochlarski egykristály növesztési eljárás
Indító kristály Olvadék Vízhűtéses burkolat Egykristályos szilícium Kvarc tégely Fűtőtest Forgatás és húzás

10 Czochlarski kristályhúzó berendezés

11 Zónás (float zone) egykristály növesztés
RF Védőgáz Olvadt rész RF tekercs Polikristályos Si rúd Indító kristály Gázkivezetés

12 Zónás (float zone) berendezés

13 Egykristályos szilíciumrúd

14 Szilíciumrúd megmunkálása

15 Szeletelés ID fűrész geometria ID szeletelő
Fűrészelés -> pattintás -> polírozás ID fűrész geometria ID szeletelő

16 Szeletelés Szilícium szelet felületének azonosítása Fűrészelés
Pattintás Polírozás Nagy átmérőjű szeletek: becsípés (notch)

17 Nagy átmérőjű szeletek: becsípés (notch)

18 Ellenőrzés: röntgen diffrakció
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

19 Szelet felületének kialakítása

20 Szilícium szelet méretek
2" 4" 6" 8" 12" (30 cm!) Vastagság [μm] 275 525 675 725 775

21 Egyedi atom: Elektron-energiaszintek 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.

22 Kristályrács (félvezető)

23 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.

24 Sávszerkezetek:

25 Intrinsic félvezető 1: generáció 2: vezetés a vezetési sávban
3: vezetés a vegyértéksávban (lyukvezetés) 4: rekombináció

26 Intrinsic félvezető Fermi függvény sávszerkezet töltéshordozók

27 N típusú félvezető

28 P típusú félvezető

29 Felületi (Nss) és tömbi (donor, akceptor, mély) energia állapotok egykristályos félvezetőben
oxigén

30 Polikristályos (multikristályos) szilárdtest

31 Amorf szilárdtest

32 Si elektromos tulajdonságai
adalékolás 3 vegyértékű adalék: AKCEPTOR (B, Ga, In) – p típus 5 vegyértékű adalék: DONOR (P, As, Sb) – n típus

33 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

34 Múlt és jövőbeli szelet méretek
Előrejelzések alapján a 30 centis szeletet követi majd a 45 cm-es szelet, melynek a pilot? gyártása várhatóan 2008-ban kezdődik

35 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).

36 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

37 Szelet tesztelése, egyéb, mérések:
mélynívó spektroszkóp: (speciális C-V mérés a tiltott sávban fellépő energiaszintek vizsgálatára)

38 PN teszter (egyszerűsített, kapacitiv SPV mérő vezetési típus megállapításához)

39 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