Как производитель кремниевых пластин, мы часто задаемся вопросом об увлекательном процессе, который превращает необработанный песок в сверхчистые, зеркальные диски, лежащие в основе всей современной электроники. Ниже приведен подробный обзор того, как мы создаем основу полупроводниковой промышленности.

этап 1: от песка до кремния полупроводникового качества

1.1 очистка кремния

путешествие начинается с обычного кварцевый песок (sio₂) добывается в избранных местах по всему миру с помощью многоэтапного процесса очистки:

• карботермическое восстановление: sand is mixed with carbon and heated to 2000°c in arc furnaces, producing 98% pure metallurgical-grade silicon (mgs)

• гидрохлорирование: mgs реагирует с хлористым водородом с образованием трихлорсилана (hsicl₃)

• дистилляция: несколько дистилляционных колонн удаляют примеси, такие как бор и фосфор

• процесс Сименс: high-purity trichlorosilane is decomposed at 1100°c onto ultra-pure silicon rods, creating electronic-grade silicon (egs) with 99.9999999% purity ("9n")

1.2 рост слитка

Монокристаллические слитки кремния создаются двумя основными методами:

метод Чохральского (ЧШ) (80% пластин)

• яйца плавятся в кварцевых тиглях при температуре 1420°С

• затравочный кристалл погружают в расплав и медленно вытягивают (1-100 мм/мин) при вращении

• точный контроль температурных градиентов позволяет получать идеальные монокристаллы

• Легирование происходит путем добавления точного количества бора (p-тип) или фосфора (n-тип)

метод плавающей зоны (fz) (для пластин с высоким сопротивлением)

• поликристаллический стержень подвергается зонной очистке с использованием высокочастотного нагрева

• производит кристаллы с более низким содержанием кислорода, чем cz

этап 2: обработка слитка

2.1 стандартизация диаметра

Слитки шлифуются до точных диаметров:

• 150 мм (6 дюймов), 200 мм (8 дюймов), 300 мм (12 дюймов) — в разработке 450 мм

• наши лазерные измерительные системы поддерживают допуск ±0,1 мм

2.2 ориентационные плоскости/выемки

• primary flat indicates crystal orientation (typically <110>)

• вторичная плоская поверхность обозначает тип легирования

• на пластинах диаметром 300 мм вырезы заменяют плоские поверхности для экономии пространства

2.3 испытание сопротивления

Измерения с помощью четырехточечного зонда проверяют:

• p-тип: 1-100 Ом·см

• n-тип: 0,001-100 Ом·см

этап 3: нарезка вафель

3.1 Технология канатной пилы

• Алмазные проволоки (диаметром 0,1 мм) в суспензии режут более 300 пластин одновременно

• скорость резки до 2 мм/мин с <25µm thickness variation

• kerf loss reduced to 150µm through advanced wire guides

3.2 edge grinding

• precision grinding creates rounded edges to:

• prevent chipping

• reduce stress concentrations

• improve photoresist coating uniformity

stage 4: surface preparation

4.1 lapping & etching

• double-side lapping achieves <1µm flatness

• acidic (hno₃/hf) or alkaline (koh) etching removes 20-50µm of damaged silicon

4.2 polishing

• chemical-mechanical planarization (cmp) using:

• colloidal silica slurry (ph 10-11)

• polyurethane polishing pads

• downforce of 3-7 psi

• achieves surface roughness <0.2nm rms

4.3 cleaning

sc1/sc2 rca cleaning removes:

• organic contaminants (h₂o₂/nh₄oh)

• metallic impurities (h₂o₂/hcl)

• particles down to <10/nm @ 45nm size

stage 5: metrology & packaging

5.1 quality control

• thickness: laser gauges measure to ±0.25µm

• flatness: capacitive sensors detect <0.3µm ttv

• surface defects: dark-field scanners detect >0.12µm particles

• crystal defects: x-ray topography identifies dislocations

5.2 packaging

• class 1 cleanroom environment

• vacuum-sealed cassettes with nitrogen purge

• shipping containers with <1 ppm oxygen

technical specifications comparison

(*for typical 10mm² die)

future innovations

our r&d focuses on:

• 450mm wafer transition (40% more die/wafer)

• epitaxial growth with <0.5% thickness variation

• soi wafers with 25nm buried oxide layers

• patterned wafers with embedded nanostructures

silicon wafers remain the most precisely engineered materials in human history - with over 200 controlled parameters in their manufacture. as we push toward atomic-level perfection, these crystalline foundations will continue enabling smaller, faster, and more efficient electronics for decades to come.