Výroba křemíkových destiček

SiO2+ C → Si + CO2

Si + 3HCl → SiHCl3+ H2

Hydrochlorační reakcí ve FBR vzniká plynný produkt, který je asi 90% trichlorsilanu (SiHCl3). Zbývajících 10% plynu produkovaného v tomto kroku je většinou tetrachlorsilan, SiCl4s trochou dichlorsilanu, SiH2Cl2. Tato směs plynu prochází řadou frakčních destilací, které čistí trichlorsilan a shromažďují a znovu používají vedlejší produkty tetrachlorsilanu a dichlorsilanu. Tento proces čištění produkuje extrémně čistý trichlorsilan s hlavními nečistotami v rozmezí nízkých dílů na miliardu. Vyčištěný pevný polykrystalický křemík se vyrábí z vysoce čistého trichlorsilanu metodou známou jako „The Siemens Process“. V tomto procesu se trichlorsilan zředí vodíkem a přivede do chemického parního depozičního reaktoru. Tam se reakční podmínky upraví tak, aby se polykrystalický křemík ukládal na elektricky zahřívané křemíkové tyče podle obrácení reakce tvorby trichlorsilanu:

SiHCl3+ H2→ Si + 3HC

Vedlejší produkty z depoziční reakce (H2, HCl, SiHCl3SiCl4a SiH2Cl2) jsou zachycovány a recyklovány procesem výroby a čištění trichlorsilanu, jak je znázorněno na obrázku 2. Chemie procesů výroby, čištění a nanášení křemíku spojená s polovodičovým křemíkem je složitější než tento jednoduchý popis. Existuje také řada alternativních chemikálií, které se mohou a používají pro výrobu polysilikonu.

Silikon o vyšší čistotě lze vyrobit metodou známou jako rafinace plovoucí zóny (FZ). U této metody je polykrystalický ingot křemíku namontován vertikálně do růstové komory, a to buď ve vakuu, nebo v inertní atmosféře. Ingot není v kontaktu s žádnou ze složek komory, s výjimkou okolního plynu a očkovacího krystalu známé orientace na jeho základně (obrázek 4). Ingot se zahřívá pomocí bezkontaktních vysokofrekvenčních (RF) cívek, které vytvářejí zónu roztaveného materiálu v ingotu, obvykle o tloušťce asi 2 cm. V procesu FZ se tyč pohybuje svisle dolů, což umožňuje roztavené zóně pohybovat se po délce ingotu, tlačit nečistoty před taveninu a zanechávat po sobě vysoce čištěný monokrystalický křemík. Křemíkové destičky FZ mají měrný odpor až 10 000 ohm-cm.

Konečná fáze výroby křemíkových destiček zahrnuje chemickou úpravuleptáníodstraňte všechny povrchové vrstvy, které by mohly nahromadit poškození a znečištění krystalů během řezání, broušení a lapování; následovánchemické mechanické leštění(CMP) k vytvoření vysoce reflexního povrchu bez poškrábání a poškození na jedné straně oplatky. Chemické leptání se provádí pomocí leptacího roztoku kyseliny fluorovodíkové (HF) ve směsi s kyselinou dusičnou a octovou, které mohou rozpouštět křemík. V CMP jsou křemíkové plátky namontovány na nosič a umístěny do CMP stroje tam, kde procházejí kombinovaným chemickým a mechanickým leštěním. CMP typicky používá tvrdou polyurethanovou lešticí podložku kombinovanou se suspenzí jemně dispergovaných částic oxidu hlinitého nebo oxidu křemičitého v alkalickém roztoku. Hotovým produktem procesu CMP je křemíková destička, kterou jako uživatelé dobře známe. Na jedné straně má vysoce reflexní povrch odolný vůči poškrábání a poškození, na kterém lze vyrábět polovodičová zařízení.

Tabulka 1 poskytuje seznam elementárních a binárních (dvouprvkových) složených polovodičů spolu s povahou jejich pásmové mezery a její velikostí. Kromě binárních složených polovodičů jsou známé a používají se při výrobě zařízení také ternární (tříprvkové) složené polovodiče. Ternární složené polovodiče zahrnují materiály, jako je arsenid hlinitý galium, AlGaAs, arsenid india galia, InGaAs a indiumaluminium arsenid, InAlAs. Čtvrtletní (čtyřprvkové) složené polovodiče jsou také známé a používají se v moderní mikroelektronice.

Jedinečná schopnost vyzařovat světlo složených polovodičů je způsobena skutečností, že se jedná o polovodiče s přímým odstupem pásma. Tabulka 1 označuje, které polovodiče mají tuto vlastnost. Vlnová délka světla vyzařovaného zařízeními vyrobenými z polovodičů s přímým odstupem pásma závisí na energii pásma. Díky zručnému inženýrství struktury pásmové mezery u kompozitních zařízení vyrobených z různých složených polovodičů s přímými mezerami v pásmu byli inženýři schopni vyrobit zařízení emitující světlo v pevné fázi, které sahá od laserů používaných při komunikaci z optických vláken po vysoce účinné LED žárovky. Podrobná diskuse o důsledcích mezer mezi přímým a nepřímým pásmem v polovodičových materiálech je nad rámec této práce.

Jednoduché, binární složené polovodiče lze připravit hromadně a monokrystalické destičky se vyrábějí podobnými procesy, jaké se používají při výrobě křemíkových destiček. GaAs, InP a další složené polovodičové ingoty lze pěstovat buď metodou Czochralski nebo Bridgman-Stockbarger s destičkami připravenými podobným způsobem jako výroba křemíkových destiček. Povrchová úprava složených polovodičových destiček (tj. Jejich vytváření reflexních a plochých) je komplikována skutečností, že jsou přítomny alespoň dva prvky a tyto prvky mohou reagovat s leptadly a brusivy v různých módech.

stůl 1. Elementární polovodiče a binární složené polovodiče.