Silicium Wafer Produktion

Sio2+ C → Si + CO2

Si + 3HCl → SiHCl3+ H2

Hydrochlorinationsreaktionen i FBR gør et gasformigt produkt, der er ca. 90 % trichlorosilan (SiHCl3). De resterende 10 % af den gas, der produceres i dette trin, er for det meste tetrachlorosilan,4, med nogle dichlorosilane, SiH2Cl2. Denne gasblanding gennemsiges af en række fraktioneret destillationer, der renser trichlorosilanen og opsaml og genbruger tetrachlorosilane og dichlorosilane biprodukter. Denne rensningsproces producerer ekstremt ren trichlorosilan med store urenheder i de lave dele pr. milliard.-området. Renset, solid polykrystallinsk silicium er fremstillet af høj renhed trichlorosilane ved hjælp af en metode kendt som "The Siemens Process." I denne proces fortyndes trichlorosilanen med brint og føres til en kemisk dampaflejringsreaktor. Der justeres reaktionsbetingelserne således, at polykrystallinsk silicium deponeres på elektrisk opvarmede siliciumstænger i henhold til bagsiden af trichlorosilandannelsesreaktionen:

SiHCl3+ H2→ Si + 3HC

Biprodukter fra depositionsreaktionen (H2, HCl, SiHCl3, SiCl4og SiH2Cl2) opfanges og genanvendes gennem trichlorosilanproduktions- og rensningsprocessen som vist i figur 2. Kemien i produktions-, rensnings- og siliciumdepositionsprocesserne i forbindelse med halvlederkvalitets silicium er mere kompleks end denne enkle beskrivelse. Der er også en række alternative kemier, der kan og anvendes til polysiliciumproduktion.

Højere renhed silicium kan produceres ved en metode kendt som Float Zone (FZ) raffinering. I denne metode, en polykrystallinsk silicium barren er monteret lodret i vækstkammeret, enten under vakuum eller inert atmosfære. Barren er ikke i kontakt med nogen af kammerkomponenterne bortset fra den omgivende gas og en frøkrystal med kendt orientering i sin base (figur 4). Barren opvarmes ved hjælp af ikke-kontakt radiofrekvens (RF) spoler, der etablerer en zone af smeltet materiale i barren, typisk omkring 2 cm tyk. I FZ-processen bevæger stangen sig lodret nedad, så den smeltede zone bevæger sig op ad barrens længde, skubber urenheder foran smelten og efterlader stærkt renset enkelt krystal silicium. FZ silicium vafler har resistivities så højt som 10.000 ohm-cm.

Den sidste fase i fremstilling af siliciumwafer indebærerÆtsningvæk overfladelag, der kan have akkumuleret krystalskader og forurening under savning, slibning og lappemaskiner efterfulgt afkemisk mekanisk polering(CMP) til at producere en meget reflekterende, ridse og beskadige fri overflade på den ene side af waferen. Den kemiske ætsning opnås ved hjælp af en etchant opløsning af flussyre (HF) blandet med salpetersyre og eddikesyre, der kan opløse silicium. I CMP monteres siliciumskiver på en bærer og placeres i en CMP-maskine, hvor de gennemgår kombineret kemisk og mekanisk polering. CMP anvender typisk en hård polyurethanpoleringspude kombineret med en gylle af fint dispergeret aluminiumoxid eller silica-slibende partikler i en basisk opløsning. Det færdige produkt af CMP-processen er den siliciumwafer, som vi som brugere kender. Det har en meget reflekterende, ridse og beskadige fri overflade på den ene side, hvor halvleder enheder kan fremstilles.

Tabel 1 indeholder en liste over de elementære og binære (to element) sammensatte halvledere sammen med arten af deres båndhul og dets størrelse. Ud over de binære sammensatte halvledere, ternære (tre element) sammensatte halvledere er også kendt og anvendes i enheden fabrikation. Ternære sammensatte halvledere omfatter materialer såsom aluminium gallium arsenid, AlGaAs, indium gallium arsenid, InGaAs og indium aluminium arsenid, InAlAs. Quarternary (fire element) sammensatte halvledere er også kendt og anvendes i moderne mikroelektronik.

Den unikke lysdiode evne til sammensatte halvledere skyldes det faktum, at de er direkte band hul halvledere. Tabel 1 angiver, hvilke halvledere der besidder denne ejendom. Bølgelængden af det lys, der udsendes af enheder bygget af direkte bånd hul halvledere afhænger af båndet hul energi. Ved dygtigt engineering bandet hul struktur af sammensatte enheder bygget fra forskellige sammensatte halvledere med direkte bånd huller, har ingeniører været i stand til at producere solid state lys udsender enheder, der spænder fra lasere, der anvendes i fiberoptisk kommunikation til høj effektivitet LED pærer. En detaljeret diskussion af konsekvenserne af direkte versus indirekte bånd huller i halvleder materialer er uden for rammerne af dette arbejde.

Simple, binære sammensatte halvledere kan fremstilles i løs vægt, og enkelt krystal vafler er produceret af processer svarende til dem, der anvendes i silicium wafer fremstilling. GaAs, InP og andre sammensatte halvleder barrer kan dyrkes ved hjælp af enten Czochralski eller Bridgman-Stockbarger metode med wafere udarbejdet på en måde svarende til silicium wafer produktion. Overfladekonditionering af sammensatte halvlederwafere (dvs. hvilket gør dem reflekterende og flade) kompliceres af det faktum, at mindst to elementer er til stede, og disse elementer kan reagere med ætsende stoffer og slibemidler på forskellige måder.

Tabel 1. De elementære halvledere og de binære sammensatte halvledere.