Metode Czochralski

Waferdiiris dari batang kristal, yang dihasilkan dari bahan intrinsik polikristalin dan murni yang tidak didoping. Proses mengubah bahan polikristalin menjadi kristal tunggal melalui peleburan dan rekristalisasi dikenal sebagai pertumbuhan kristal. Saat ini, dua metode utama digunakan untuk proses ini: metode Czochralski dan metode peleburan zona. Diantaranya, metode Czochralski (sering disebut sebagai metode CZ) adalah yang paling signifikan untuk menumbuhkan kristal tunggal dari lelehan. Faktanya, lebih dari 85% silikon kristal tunggal diproduksi menggunakan metode Czochralski.

Metode Czochralski melibatkan pemanasan dan peleburan bahan silikon polikristalin dengan kemurnian tinggi menjadi keadaan cair di bawah vakum tinggi atau atmosfer gas inert, diikuti dengan rekristalisasi untuk membentuk silikon kristal tunggal. Peralatan yang diperlukan untuk proses ini meliputi tungku kristal tunggal Czochralski, yang terdiri dari badan tungku, sistem transmisi mekanis, sistem pengatur suhu, dan sistem transmisi gas. Desain tungku memastikan distribusi suhu yang seragam dan pembuangan panas yang efektif. Sistem transmisi mekanis mengatur pergerakan wadah dan kristal benih, sedangkan sistem pemanas melelehkan polisilikon menggunakan kumparan frekuensi tinggi atau pemanas resistansi. Sistem transmisi gas bertanggung jawab untuk menciptakan ruang hampa dan mengisi ruangan dengan gas inert untuk mencegah oksidasi larutan silikon, dengan tingkat vakum yang diperlukan di bawah 5 Torr dan kemurnian gas inert minimal 99,9999%.

Kemurnian batang kristal sangat penting, karena berdampak signifikan pada kualitas wafer yang dihasilkan. Oleh karena itu, menjaga kemurnian tinggi selama pertumbuhan kristal tunggal sangatlah penting.

Pertumbuhan kristal melibatkan penggunaan silikon kristal tunggal dengan orientasi kristal tertentu sebagai kristal benih awal untuk mengolah ingot silikon. Ingot silikon yang dihasilkan akan “mewarisi” karakteristik struktur (orientasi kristal) kristal benih. Untuk memastikan bahwa silikon cair secara akurat mengikuti struktur kristal dari kristal benih dan secara bertahap berkembang menjadi ingot silikon kristal tunggal yang besar, kondisi pada antarmuka kontak antara silikon cair dan kristal benih silikon kristal tunggal harus dikontrol dengan ketat. Proses ini difasilitasi oleh tungku pertumbuhan kristal tunggal Czochralski (CZ).

Langkah-langkah utama dalam menumbuhkan silikon kristal tunggal melalui metode CZ adalah sebagai berikut:

Tahap Persiapan:

1. Mulailah dengan silikon polikristalin dengan kemurnian tinggi, lalu hancurkan dan bersihkan menggunakan larutan campuran asam fluorida dan asam nitrat.

2. Poles kristal benih, pastikan orientasinya sesuai dengan arah pertumbuhan silikon kristal tunggal yang diinginkan dan bebas dari cacat. Segala ketidaksempurnaan akan “diwarisi” oleh kristal yang tumbuh.

3. Pilih pengotor yang akan ditambahkan ke wadah untuk mengontrol jenis konduktivitas kristal yang sedang tumbuh (baik tipe N atau tipe P).

4. Bilas semua bahan yang telah dibersihkan dengan air deionisasi dengan kemurnian tinggi hingga netral, lalu keringkan.

Memuat Tungku:

1. Tempatkan polisilikon yang telah dihancurkan ke dalam wadah kuarsa, kencangkan kristal benih, tutupi, keluarkan tungku, dan isi dengan gas inert.

Polisilikon Pemanasan dan Peleburan:

1. Setelah diisi dengan gas inert, panaskan dan lelehkan polisilikon di dalam wadah, biasanya pada suhu sekitar 1420°C.

Tahap Pertumbuhan:

1. Tahap ini disebut sebagai “penyemaian”. Turunkan suhu hingga sedikit di bawah 1420°C sehingga kristal benih berada beberapa milimeter di atas permukaan cairan.

2. Panaskan kristal benih selama sekitar 2-3 menit untuk mencapai keseimbangan termal antara silikon cair dan kristal benih.

3. Setelah pemanasan awal, sentuhkan kristal benih dengan permukaan silikon cair untuk menyelesaikan proses penyemaian.

Tahap Leher:

1. Setelah tahap penyemaian, naikkan suhu secara bertahap sementara kristal benih mulai berputar dan ditarik perlahan ke atas, membentuk kristal tunggal kecil dengan diameter sekitar 0,5 hingga 0,7 cm, lebih kecil dari kristal benih awal.

2. Tujuan utama selama tahap necking ini adalah untuk menghilangkan segala cacat yang ada pada kristal benih serta segala cacat baru yang mungkin timbul akibat fluktuasi suhu selama proses penyemaian. Meskipun kecepatan penarikan relatif cepat pada tahap ini, namun harus dijaga dalam batas yang tepat untuk menghindari pengoperasian yang terlalu cepat.

Tahap Memikul:

1. Setelah necking selesai, kurangi kecepatan penarikan dan kurangi suhu agar kristal secara bertahap mencapai diameter yang dibutuhkan.

2. Kontrol suhu dan kecepatan penarikan yang cermat selama proses memanggul ini sangat penting untuk memastikan pertumbuhan kristal yang merata dan stabil.

Tahap Pertumbuhan Diameter Sama:

1. Saat proses memanggul hampir selesai, naikkan dan stabilkan suhu secara perlahan untuk memastikan pertumbuhan diameter yang seragam.

2. Tahap ini memerlukan kontrol ketat terhadap kecepatan dan suhu penarikan untuk menjamin keseragaman dan konsistensi kristal tunggal.

Tahap Penyelesaian:

1. Saat pertumbuhan kristal tunggal hampir selesai, naikkan suhu secara moderat dan percepat laju penarikan untuk secara bertahap memperkecil diameter batang kristal menjadi satu titik.

2. Pengurangan ini membantu mencegah cacat yang mungkin timbul akibat penurunan suhu secara tiba-tiba ketika batang kristal keluar dari keadaan cair, sehingga memastikan kualitas kristal yang tinggi secara keseluruhan.

Setelah penarikan langsung kristal tunggal selesai, batang kristal bahan baku wafer diperoleh. Dengan memotong batang kristal, diperoleh wafer paling orisinal. Namun wafer tersebut tidak dapat digunakan secara langsung saat ini. Untuk mendapatkan wafer yang dapat digunakan, diperlukan beberapa operasi rumit selanjutnya seperti pemolesan, pembersihan, pengendapan film tipis, anil, dll.

Semicorex menawarkan kualitas tinggiwafer semikonduktor. Jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon #+86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com