초크랄스키 방법

웨이퍼다결정 및 순수한 도핑되지 않은 고유 재료로 생산되는 수정 막대에서 슬라이스됩니다. 다결정 물질을 녹이고 재결정화하여 단결정으로 변화시키는 과정을 결정성장이라고 합니다. 현재 이 공정에는 Czochralski 방법과 구역 용융 방법이라는 두 가지 주요 방법이 사용됩니다. 이들 중 Czochralski 방법(종종 CZ 방법이라고도 함)은 용융물에서 단결정을 성장시키는 데 가장 중요합니다. 실제로 단결정 실리콘의 85% 이상이 초크랄스키(Czochralski) 방법을 사용하여 생산됩니다.

초크랄스키법(Czochralski method)은 고순도 다결정 실리콘 소재를 고진공 또는 불활성 가스 분위기에서 가열·용융해 액체 상태로 만든 뒤 재결정을 거쳐 단결정 실리콘을 만드는 방식이다. 이 공정에 필요한 장비에는 노 본체, 기계적 전달 시스템, 온도 제어 시스템 및 가스 전달 시스템으로 구성된 Czochralski 단결정 노가 포함됩니다. 퍼니스의 설계는 균일한 온도 분포와 효과적인 열 방출을 보장합니다. 기계적 전달 시스템은 도가니와 종자 결정의 이동을 관리하는 반면, 가열 시스템은 고주파 코일이나 저항 히터를 사용하여 폴리실리콘을 녹입니다. 가스 전달 시스템은 실리콘 용액의 산화를 방지하기 위해 진공을 생성하고 챔버를 불활성 가스로 채우는 역할을 하며, 필요한 진공 수준은 5Torr 미만이고 불활성 가스 순도는 최소 99.9999%입니다.

크리스탈 막대의 순도는 최종 웨이퍼의 품질에 큰 영향을 미치므로 매우 중요합니다. 따라서 단결정 성장 과정에서 높은 순도를 유지하는 것이 필수적이다.

결정 성장에는 실리콘 잉곳을 배양하기 위한 시작 종자 결정으로 특정 결정 방향을 가진 단결정 실리콘을 사용하는 것이 포함됩니다. 생성된 실리콘 잉곳은 종자정의 구조적 특성(결정 방향)을 "상속"합니다. 용융된 실리콘이 종자 결정의 결정 구조를 정확하게 따르고 점차적으로 큰 단결정 실리콘 잉곳으로 팽창하도록 하려면 용융 실리콘과 단결정 실리콘 종자 결정 사이의 접촉 계면 조건을 엄격하게 제어해야 합니다. 이 공정은 CZ(Czochralski) 단결정 성장로에 의해 촉진됩니다.

CZ법을 통해 단결정 실리콘을 성장시키는 주요 단계는 다음과 같다.

준비 단계:

1. 고순도 다결정 실리콘으로 시작하여 불산과 질산의 혼합용액을 사용하여 분쇄하고 세척합니다.

2. 종자 결정을 연마하여 방향이 단결정 실리콘의 원하는 성장 방향과 일치하고 결함이 없는지 확인합니다. 모든 결함은 성장하는 크리스탈에 의해 "상속"됩니다.

3. 성장하는 결정의 전도성 유형(N형 또는 P형)을 제어하기 위해 도가니에 추가할 불순물을 선택합니다.

4. 세척된 모든 재료를 고순도 탈이온수로 중성이 될 때까지 헹구고 건조시킵니다.

용광로 로딩:

1. 파쇄된 폴리실리콘을 석영 도가니에 넣고 종결정을 고정한 후 덮고, 용광로를 비우고 불활성 가스로 채웁니다.

폴리실리콘을 가열하고 녹이는 것:

1. 불활성 가스를 채운 후 일반적으로 약 1420°C의 온도에서 도가니에 있는 폴리실리콘을 가열하여 녹입니다.

성장 단계:

1. 이 단계를 "시딩"이라고 합니다. 종자 결정이 액체 표면에서 몇 밀리미터 위에 위치하도록 온도를 1420°C보다 약간 낮추십시오.

2. 용융된 실리콘과 종자 결정 사이의 열적 평형을 이루기 위해 종자 결정을 약 2-3분 동안 예열합니다.

3. 예열 후, 종자 결정을 용융된 실리콘 표면과 접촉시켜 종자 결정 과정을 완료합니다.

네킹 단계:

1. 파종단계 후, 종자결정이 회전하기 시작하여 천천히 위쪽으로 끌어당기면서 온도를 서서히 높이면서 초기 종자결정보다 작은 직경 0.5~0.7cm 정도의 작은 단결정을 형성한다.

2. 이 네킹 단계의 주요 목표는 종자 결정에 존재하는 결함은 물론 종자 결정 과정 중 온도 변동으로 인해 발생할 수 있는 새로운 결함을 제거하는 것입니다. 이 단계에서는 당기는 속도가 비교적 빠르지만 지나치게 빠른 작업을 피하기 위해 적절한 한도 내에서 유지되어야 합니다.

어깨 단계:

1. 넥킹이 완료된 후, 끌어당김 속도를 줄이고 온도를 낮추어 결정이 점차적으로 필요한 직경에 도달할 수 있도록 합니다.

2. 이 숄더링 공정 중 온도와 당김 속도를 주의 깊게 제어하는 ​​것은 균일하고 안정적인 결정 성장을 보장하는 데 필수적입니다.

동일 직경 성장 단계:

1. 숄더링 공정이 거의 완료되면 온도를 천천히 높이고 안정화시켜 직경이 균일하게 성장하도록 합니다.

2. 이 단계에서는 단결정의 균일성과 일관성을 보장하기 위해 인상 속도와 온도의 엄격한 제어가 필요합니다.

마무리 단계:

1. 단결정 성장이 완료되면 온도를 적당히 올리고 인상속도를 가속시켜 결정봉의 직경을 점으로 점점 가늘어지게 합니다.

2. 이러한 테이퍼링은 결정봉이 용융상태에서 나올 때 급격한 온도하강으로 인해 발생할 수 있는 결함을 방지하여 전체적인 결정의 품질을 높이는 데 도움이 됩니다.

단결정의 직접 인상이 완료된 후, 웨이퍼의 원료 결정봉이 획득된다. 수정 막대를 절단하면 가장 독창적인 웨이퍼를 얻을 수 있습니다. 그러나 현재로서는 웨이퍼를 직접 사용할 수 없습니다. 사용 가능한 웨이퍼를 얻기 위해서는 연마, 세척, 박막 증착, 어닐링 등과 같은 복잡한 후속 작업이 필요합니다.

Semicorex는 고품질을 제공합니다.반도체 웨이퍼. 문의사항이 있거나 추가 세부정보가 필요한 경우, 주저하지 마시고 연락주시기 바랍니다.

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