Метод Чохральського

Вафлівирізані з кристалічних стрижнів, які виготовляються з полікристалічних і чистих нелегованих власних матеріалів. Процес перетворення полікристалічного матеріалу в монокристали шляхом плавлення та перекристалізації відомий як ріст кристалів. В даний час для цього процесу використовуються два основних методи: метод Чохральського і метод зонної плавки. Серед них метод Чохральського (часто званий методом CZ) є найбільш значущим для вирощування монокристалів з розплавів. Фактично, понад 85% монокристалічного кремнію виробляється за допомогою методу Чохральського.

Метод Чохральського включає нагрівання та плавлення високочистих полікристалічних кремнієвих матеріалів до рідкого стану під високим вакуумом або в атмосфері інертного газу з подальшою перекристалізацією з утворенням монокристалічного кремнію. Обладнання, необхідне для цього процесу, включає монокристальну піч Чохральського, яка складається з корпусу печі, системи механічної передачі, системи контролю температури та системи передачі газу. Конструкція печі забезпечує рівномірний розподіл температури і ефективне відведення тепла. Механічна система передачі керує рухом тигля та затравкового кристала, тоді як система нагріву плавить полікремній за допомогою високочастотної котушки або резистивного нагрівача. Система газопередачі відповідає за створення вакууму та заповнення камери інертним газом, щоб запобігти окисленню розчину кремнію, з необхідним рівнем вакууму нижче 5 Торр і чистотою інертного газу щонайменше 99,9999%.

Чистота кристалічного стрижня є критичною, оскільки вона значно впливає на якість отриманої пластини. Тому підтримання високої чистоти під час вирощування монокристалів має важливе значення.

Вирощування кристалів передбачає використання монокристалічного кремнію з певною орієнтацією кристалів як вихідного зародкового кристала для вирощування кремнієвих зливків. Отриманий кремнієвий злиток «успадкує» структурні характеристики (орієнтацію кристала) затравочного кристала. Щоб гарантувати, що розплавлений кремній точно повторює кристалічну структуру затравкового кристала та поступово розширюється у великий монокристалічний кремнієвий злиток, необхідно суворо контролювати умови на поверхні контакту між розплавленим кремнієм і монокристалічними затравковими кристалами кремнію. Цьому процесу сприяє піч для вирощування монокристалів Чохральського (CZ).

Основні етапи вирощування монокристалічного кремнію за допомогою методу CZ такі:

Етап підготовки:

1. Почніть з полікристалічного кремнію високої чистоти, потім подрібніть і очистіть його за допомогою змішаного розчину фтористоводневої кислоти та азотної кислоти.

2. Відшліфуйте затравковий кристал, переконавшись, що його орієнтація відповідає бажаному напрямку росту монокристалічного кремнію та що він не має дефектів. Будь-які недоліки будуть «успадковані» зростаючим кристалом.

3. Виберіть домішки, які потрібно додати до тигля, щоб контролювати тип провідності зростаючого кристала (N-тип або P-тип).

4. Промийте всі очищені матеріали високочистою деіонізованою водою до нейтральної реакції, а потім висушіть їх.

Завантаження печі:

1. Помістіть подрібнений полісиліцій у кварцовий тигель, закріпіть затравковий кристал, накрийте його, спорожніть піч і заповніть її інертним газом.

Нагрівання та плавлення полікремнію:

1. Після заповнення інертним газом нагрійте та розплавте полікремній у тиглі, як правило, при температурі близько 1420°C.

Стадія росту:

1. Цей етап називається «посівом». Знизьте температуру до трохи нижче 1420°C, щоб затравковий кристал розташувався на кілька міліметрів над поверхнею рідини.

2. Попередньо нагрійте затравковий кристал приблизно 2-3 хвилини, щоб досягти теплової рівноваги між розплавленим кремнієм і затравковим кристалом.

3. Після попереднього нагрівання доведіть затравковий кристал до поверхні розплавленого кремнію, щоб завершити процес затравки.

Етап шийки:

1. Після етапу затравки поступово підвищуйте температуру, поки затравковий кристал починає обертатися та повільно тягнеться вгору, утворюючи маленький монокристал діаметром приблизно від 0,5 до 0,7 см, менший за початковий затравковий кристал.

2. Основна мета під час цієї стадії з’єднання шийки – усунути будь-які дефекти, наявні в затравковому кристалі, а також будь-які нові дефекти, які можуть виникнути внаслідок коливань температури під час процесу затравки. Хоча на цьому етапі швидкість витягування є порівняно високою, її потрібно підтримувати у відповідних межах, щоб уникнути надмірно швидкої роботи.

Стадія плеча:

1. Після завершення зрізання зменшіть швидкість витягування та температуру, щоб дозволити кристалу поступово досягти необхідного діаметру.

2. Ретельний контроль температури та швидкості витягування під час цього процесу бурчання є важливим для забезпечення рівномірного та стабільного росту кристалів.

Стадія росту з рівним діаметром:

1. У міру того, як процес формування плеча наближається до завершення, повільно збільшуйте та стабілізуйте температуру, щоб забезпечити рівномірне зростання в діаметрі.

2. Цей етап вимагає суворого контролю швидкості витягування та температури, щоб гарантувати однорідність і консистенцію монокристалу.

Завершальний етап:

1. Коли зростання монокристала наближається до завершення, помірно підвищте температуру та прискоріть швидкість витягування, щоб поступово зменшити діаметр кристалічного стрижня до точки.

2. Це звуження допомагає запобігти дефектам, які можуть виникнути внаслідок раптового перепаду температури, коли кристалічний стрижень виходить із розплавленого стану, тим самим забезпечуючи загальну високу якість кристала.

Після завершення прямого витягування монокристала отримують вихідний кристалічний стрижень пластини. Розрізаючи кришталевий стрижень, виходить найоригінальніша пластина. Однак наразі вафлю не можна використовувати безпосередньо. Щоб отримати придатні для використання пластини, потрібні деякі складні подальші операції, такі як полірування, очищення, осадження тонкої плівки, відпал тощо.

Semicorex пропонує високу якістьнапівпровідникові пластини. Якщо у вас є запитання або вам потрібна додаткова інформація, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com