Productieproces van siliciumwafers

1. Silicium extractie en zuivering:

Siliciumwafels beginnen hun leven als ruw silicium, dat wordt gewonnen uit kwartsiet, een vorm van kwartszandsteenrots. Het silicium wordt gezuiverd door een proces waarbij het wordt verhit met koolstof in een elektrische oven. Dit proces, bekend als de carbothermische reductie, produceert metallurgisch silicium.

2. Verfijning naar elektronische kwaliteit:

Om de zuiverheid te bereiken die vereist is voor halfgeleidertoepassingen, ondergaat het metallurgische silicium verdere verfijning via een chemisch proces dat bekendstaat als het Siemens-proces. Dit proces zet het silicium om in een polysiliciumvorm met een hoge zuiverheid, waarbij onzuiverheden zoals ijzer, aluminium en boor worden geëlimineerd.

3. Smelten en kristalgroei:

Het gezuiverde polysilicium wordt gesmolten in een kwartskroes bij temperaturen boven de 1400 graden. Een klein, nauwkeurig georiënteerd zaadkristal van silicium wordt in het gesmolten silicium gedompeld. De oriëntatie van het zaadkristal helpt bij het begeleiden van de groei van een siliciumkristal met een specifieke kristallijne oriëntatie.

4. Czochralski-proces:

De meest voorkomende methode voor het kweken van monokristallijn silicium is het Czochralski-proces. Het zaadkristal, bevestigd aan een staaf, wordt langzaam uit de smelt getrokken en gedraaid. Terwijl het wordt getrokken, kristalliseert het silicium op het zaad, waardoor een cilindrisch monokristal ontstaat.

5. Doping:

Tijdens het groeiproces kunnen specifieke onzuiverheden, zogenaamde dopanten (zoals boor, fosfor of arseen), worden toegevoegd om de elektrische eigenschappen van het silicium te veranderen, waardoor het een p-type of n-type halfgeleider wordt.

6. Het snijden van de staaf:

Zodra de monokristallijne siliciumstaaf is gegroeid, wordt deze met een diamantzaag in dunne schijfjes gesneden. Deze schijfjes zijn de siliciumwafels. Elke wafel is doorgaans ongeveer 1 mm dik.

7. Polijsten:

De wafers worden vervolgens gepolijst om een ​​glad, vlekkeloos oppervlak te creëren. Deze stap is cruciaal omdat oppervlakte-imperfecties de prestaties van halfgeleiderapparaten die van de wafers zijn gemaakt, kunnen beïnvloeden.

8. Schoonmaak:

Na het polijsten ondergaan wafers een rigoureus reinigingsproces om alle oppervlakteverontreinigingen en deeltjes te verwijderen. Deze stap omvat vaak meerdere rondes van etsen en spoelen.

9. Inspectie en testen:

Ten slotte wordt elke wafer geïnspecteerd en getest op kwaliteit en zuiverheid. Geavanceerde metrologieapparatuur wordt gebruikt om te garanderen dat elke wafer voldoet aan de strenge normen die vereist zijn voor de productie van halfgeleiders.