Si egykristály előállítása

Si egykristály előállítása

• Kristálytan

• Si anyag előállítása

• Egykristálynövesztés

• Szeletgyártás

• Minőségellenőrzés

Mi is az igazán fontos?

Kristálytani alapok

Kocka TKK LKK

Kristálytani alapok

A fontosabb síkokhoz tartozó Miller indexek

Kristálytani alapok

Gyémántrács

Si wafer előállítása

Alapanyag (Quartzite)

Polikristályos szilícium

Egykristályos szilícium

Wafer

Desztilláció és redukció

Kristálynövesztés

Csiszolás, fűrészelés, polírozás

Ívkemence

Tisztítás

• 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

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

Szeletelés

• Szilícium szelet felületének azonosítása

• Fűrészelés• Pattintás• Polírozás

Nagy átmérőjű szeletek: becsípés (notch)

Nagy átmérőjű szeletek: becsípés (notch)

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

Átmérő 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

intρ Ωcm000.250 adalékolás

3 vegyértékű adalék: AKCEPTOR (B, Ga, In) – p típus

5 vegyértékű adalék: DONOR (P, As, Sb) – n típus

3

10ii cm

1 10pn :intrinsic

vanatom db 10anyagban cm 1 223

315

cm

adalékatom 10~ alapanyag

cm

atom 10 ~olásmax.adalék

321

Fajlagos ellenállás

4 tűs mérés R□

R□=ρ/w

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

Szelet tesztelése

• Minta lézer + mikrohullámú besugárzása ->PCD• A hullám visszaverődéséből következtetni lehet a

(kisebbségi) töltéshordozó koncentrációra-lecsengése->

• 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