Produzione di Silicon Wafer

Sio2C : Si e CO2

Si 3HCl - SiHCl3H2

La reazione di clorinazione nell'FBR produce un prodotto gassoso che è di circa il 90% triclosilane (SiHCl3). Il restante 10% del gas prodotto in questa fase è per lo più tetrachlorosilane, SiCl4, con un po' di diclorosilane, SiH2Cl2. Questa miscela di gas viene messa attraverso una serie di distillazioni frazionarie che purificano il triclorosilane e raccolgono e riutilivano i sottoptouri di tetrachlorosilane e diclorosilane. Questo processo di purificazione produce triclorosilane estremamente puro con grandi impurità nelle parti basse per miliardo di gamma. Il silicio policristallino solido purificato è prodotto da triclorosilane ad alta purezza utilizzando un metodo noto come "Processo Siemens". In questo processo, il triclorosilane viene diluito con idrogeno e alimentato in un reattore chimico di deposizione di vapore. Lì, le condizioni di reazione sono regolate in modo che il silicio policristallino si deposita su aste di silicio riscaldate elettricamente secondo l'inverso della reazione di formazione triclosilana:

SiHCl3H2Si - 3HC

I prodotti della reazione di deposizione (H2, HCl, SiHCl3, SiCl4e SiH2Cl2) vengono catturati e riciclati attraverso il processo di produzione e purificazione del triclorosilane, come illustrato nella Figura 2. La chimica dei processi di produzione, purificazione e deposizione del silicio associati al silicio di grado semiconduttore è più complessa di questa semplice descrizione. Ci sono anche una serie di prodotti chimici alternativi che possono essere, e sono, utilizzati per la produzione di polisilicon.

Il silicio di maggiore purezza può essere prodotto con un metodo noto come raffinazione della zona galleggiante (F). In questo metodo, un lingotto di silicio policristallino è montato verticalmente nella camera di crescita, sotto vuoto o in atmosfera inerte. Il lingotto non è in contatto con nessuno dei componenti della camera, ad eccezione del gas ambientale e di un cristallo di semi di orientamento noto alla sua base (Figura 4). Il lingotto viene riscaldato utilizzando bobine a radiofrequenza (RF) a contatto che stabiliscono una zona di materiale fuso nel lingotto, in genere di circa 2 cm di spessore. Nel processo F, l'asta si muove verticalmente verso il basso, permettendo alla zona fusa di salire la lunghezza del lingotto, spingendo le impurità prima della fusione e lasciando dietro di sé un singolo silicio cristallino altamente purificato. I wafer di silicio Fz hanno resistività fino a 10.000 ohm-cm.

La fase finale della produzione di wafer di silicioIncisionetutti gli strati superficiali che possono aver accumulato danni e contaminazioni di cristallo durante la segatura, la macinazione e lo lapping; seguito dalucidatura chimica meccanica(CMP) per produrre una superficie altamente riflettente, graffio e danno libero su un lato del wafer. L'incisione chimica viene eseguita utilizzando una soluzione incisivo di acido idrofluorico (HF) mescolata con acidi nitrico e acetici che possono sciogliere il silicio. In CMP, le fette di silicio sono montate su un supporto e collocate in una macchina CMP dove vengono sottoposte a lucidatura chimica e meccanica combinata. Tipicamente, CMP utilizza un cuscinetto di lucidatura in poliuretano duro combinato con un liquame di allumina finemente disperse o particelle abrasive di silice in una soluzione alcalina. Il prodotto finito del processo CMP è il wafer di silicio che noi, come utenti, conosciamo. Ha una superficie altamente riflettente, graffio e danno libero su un lato su cui i dispositivi semiconduttori possono essere fabbricati.

La tabella 1 fornisce un elenco dei semiconduttori composti elementali e binari (due elementi) insieme alla natura del loro divario di banda e alla sua grandezza. Oltre ai semiconduttori composti binari, i semiconduttori composti ternari (tre elementi) sono noti e utilizzati anche nella fabbricazione del dispositivo. I semiconduttori composti ternari includono materiali come l'arsenide di gallio di alluminio, AlGaAs, arsenide di gallio indium, InGaAs e arsenide di alluminio indio, InAlAs. I semiconduttori composti quarternary (quattro elementi) sono noti e utilizzati anche nella microelettronica moderna.

L'esclusiva capacità di emissione di luce dei semiconduttori composti è dovuta al fatto che sono semiconduttori a distanza diretta di banda. La tabella 1 indica quali semiconduttori possiedono questa proprietà. La lunghezza d'onda della luce emessa dai dispositivi costruiti con semiconduttori gap banda diretta dipende dall'energia gap banda. Ingegneri ingegnericando abilmente la struttura del gap di banda di dispositivi compositi costruiti da diversi semiconduttori composti con lacune di banda diretta, gli ingegneri sono stati in grado di produrre dispositivi di emissione di luce allo stato solido che vanno dai laser utilizzati nelle comunicazioni in fibra ottica alle lampadine a LED ad alta efficienza. Una discussione dettagliata delle implicazioni delle lacune dirette rispetto alle bande nei materiali dei semiconduttori esula dall'ambito di questo lavoro.

Semplici, semiconduttori composti binari possono essere preparati alla rinfusa, e singoli wafer di cristallo sono prodotti da processi simili a quelli utilizzati nella produzione di wafer di silicio. GaA, InP e altri lingotti semiconduttori composti possono essere coltivati utilizzando il metodo Czochralski o Bridgman-Stockbarger con wafer preparati in modo simile alla produzione di wafer di silicio. Il condizionamento superficiale dei wafer composti semiconduttori (cioè, rendendoli riflettenti e piatti) è complicato dal fatto che sono presenti almeno due elementi e questi elementi possono reagire con incisioni e abrasivi in modi diversi.

Tabella 1. I semiconduttori elementali e i semiconduttori composti binari.