Si egykristály előállítása Kristálytan Si anyag előállítása Egykristálynövesztés Szeletgyártás Minőségellenőrzés

Mi is az igazán fontos?

Kristálytani alapok Kocka TKK LKK

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

Kristálytani alapok Gyémántrács

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

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

Czochralski- és függő zónás módszerek Lebegőzónás kevésbé piszkolódik

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

Czochlarski kristályhúzó berendezés

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

Zónás (float zone) berendezés

Egykristályos szilíciumrúd

Szilíciumrúd megmunkálása

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

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

Nagy átmérőjű szeletek: becsípés (notch)

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

Szelet felületének kialakítása

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

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.

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

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

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