Silizium-Barren

Die Züchtung eines Siliziumbarrens kann zwischen einer Woche und einem ganzen Monat dauern, abhängig von vielen Faktoren wie Größe, Qualität und Spezifikationen. Mehr als 75 % aller einkristallinen Siliziumwafer wachsen nach dem Czochralski-Verfahren (CZ), bei dem Brocken aus reinem polykristallinem Silizium verwendet werden. Diese Brocken werden eingeschmolzen und zusammen mit kleinen Mengen von Elementen, die als Dotierstoffe bezeichnet werden, in einen Quarztiegel gegeben, von denen Bor, Phosphor, Arsen und Antimon die häufigsten sind. Die zugegebenen Dotierstoffe geben dem gezüchteten Block die gewünschten elektrischen Eigenschaften und je nachdem, welches Dotierungsmittel verwendet wird, wird der Block zu einem Block vom Typ P oder N (Bor: Typ P; Phosphor, Antimon, Arsen: Typ N).

Anschließend werden die Materialien auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt von Silizium von etwa 1420 Grad Celsius erhitzt. Nach der Verflüssigung der Kombination aus polykristallinem Silizium und Dotierstoff wird ein einzelner Siliziumkristall, der Seed, auf der Schmelze positioniert und berührt die Oberfläche kaum. Der Keim hat die gleiche Kristallorientierung, die für den fertigen Barren erforderlich ist. Um eine gleichmäßige Dotierung zu erreichen, werden der Keim und der Tiegel aus geschmolzenem Silizium in entgegengesetzte Richtungen gedreht. Sobald die Bedingungen für das Kristallwachstum erfüllt sind, wird der Impfkristall langsam aus der Schmelze gehoben. Das Wachstum beginnt mit einem schnellen Ziehen des Impfkristalls, um die Anzahl der Kristalldefekte im Block zu Beginn des Wachstumsprozesses zu minimieren. Die Zuggeschwindigkeit wird dann reduziert, damit der Durchmesser des Kristalls etwas größer als der gewünschte Enddurchmesser wird. Wenn der Zieldurchmesser erreicht ist, werden die Wachstumsbedingungen stabilisiert, um den Durchmesser beizubehalten. Wenn der Samen langsam über die Schmelze gehoben wird, bewirkt die Oberflächenspannung zwischen dem Samen und der Schmelze, dass ein dünner Film des Silikons am Samen haftet und dann abkühlt. Beim Abkühlen orientieren sich die Atome im geschmolzenen Silizium an der Kristallstruktur des Keims.

Sobald der Block ausgewachsen ist, wird er auf einen groben Durchmesser geschliffen, der etwas größer ist als der gewünschte Durchmesser des fertigen Siliziumwafers. Der Block erhält dann eine Kerbe oder eine Abflachung, um seine Ausrichtung anzuzeigen, abhängig vom Waferdurchmesser, den Kundenspezifikationen oder den SEMI-Standards. Nachdem er eine Reihe von Inspektionen bestanden hat, wird der Block in Wafer geschnitten.