Como fornecedor de wafers de silício de 5 polegadas, sou frequentemente questionado sobre o processo de fabricação desses componentes essenciais na indústria de semicondutores. Nesta postagem do blog, mostrarei as etapas detalhadas de como os wafers de silício de 5 polegadas são fabricados, desde a matéria-prima até o produto final polido.
Etapa 1: Purificação de Silício
A jornada de um wafer de silício de 5 polegadas começa com a purificação do silício. O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, mas geralmente é encontrado na forma de dióxido de silício (SiO₂) na areia e no quartzo. Para obter silício de alta pureza para aplicações de semicondutores, é necessário um processo de purificação em várias etapas.
O primeiro passo é a redução do dióxido de silício a silício de grau metalúrgico (MG-Si), aquecendo-o com carbono em um forno elétrico a arco. Este processo produz silício com pureza de cerca de 98%. No entanto, este nível de pureza não é suficiente para uso em semicondutores, sendo necessária uma purificação adicional.
A próxima etapa é a conversão de MG-Si em triclorossilano (SiHCl₃) fazendo-o reagir com cloreto de hidrogênio (HCl). O triclorossilano é um composto volátil que pode ser purificado por destilação fracionada. O triclorossilano purificado é então reduzido com hidrogênio para produzir silício policristalino de alta pureza (polissilício) com pureza de até 99,9999999% (9N).
Etapa 2: Crescimento de Cristal Único
Uma vez obtido o polissilício de alta pureza, ele precisa ser convertido em um lingote de silício de cristal único. O método mais comum para o cultivo de silício monocristalino é o processo Czochralski (Cz), desenvolvido pelo cientista polonês Jan Czochralski em 1916.
No processo Cz, o polissilício é colocado em um cadinho de quartzo e aquecido até seu ponto de fusão (cerca de 1414°C) em uma atmosfera de gás inerte. Um pequeno cristal de silício é então mergulhado no silício fundido e lentamente puxado para cima enquanto gira. À medida que o cristal semente é puxado, o silício fundido solidifica em torno dele, formando um único lingote de silício cristalino.
O diâmetro do lingote é controlado ajustando a velocidade de extração e a temperatura do silício fundido. Para wafers de silício de 5 polegadas, o lingote normalmente cresce até um diâmetro de cerca de 127 mm (5 polegadas). O comprimento do lingote pode variar dependendo dos requisitos específicos do cliente, mas geralmente é de várias centenas de milímetros.
Etapa 3: fatiamento de lingote
Após o crescimento do lingote de silício de cristal único, ele precisa ser cortado em wafers individuais. Isso é feito usando uma serra de diamante ou serra de fio. A lâmina ou fio da serra é revestido com partículas de diamante, que são extremamente duras e podem cortar o lingote de silício com precisão.
A espessura dos wafers está normalmente entre 275 e 725 micrômetros, dependendo da aplicação. Os wafers mais grossos são mais robustos e podem suportar temperaturas mais altas e tensões mecânicas, enquanto os wafers mais finos são usados para aplicações onde o espaço é limitado.
Etapa 4: moagem e lapidação de wafer
Depois que os wafers são fatiados, eles geralmente ficam ásperos e têm uma espessura não uniforme. Para torná-los adequados para processamento de semicondutores, eles precisam ser retificados e lapidados para obter uma superfície lisa e plana.
A retificação é a primeira etapa do processo, onde os wafers são colocados em uma placa giratória e um rebolo é usado para remover a camada superficial áspera. O rebolo é feito de um material abrasivo duro, como carboneto de silício ou diamante, e é projetado para remover material de forma rápida e uniforme.
Após a moagem, os wafers são lapidados para melhorar ainda mais o acabamento superficial e o nivelamento. A lapidação é um processo em que os wafers são colocados em uma placa de lapidação e uma pasta de partículas abrasivas é usada para polir a superfície. A placa de lapidação é geralmente feita de um material macio, como ferro fundido ou cobre, e as partículas abrasivas são normalmente óxido de alumínio ou dióxido de silício.
Etapa 5: gravação de wafer
Após a retificação e lapidação, os wafers ainda podem apresentar alguns danos superficiais e contaminantes. Para removê-los, os wafers são gravados com uma solução química. A gravação é um processo em que a superfície do wafer é removida seletivamente, reagindo-a com um ataque químico.
Existem dois tipos principais de gravação: gravação úmida e gravação seca. A gravação úmida usa um agente químico líquido, como ácido fluorídrico (HF) ou ácido nítrico (HNO₃), para dissolver a camada superficial do wafer. A gravação a seco, por outro lado, utiliza um plasma de gases reativos, como cloro ou flúor, para gravar a superfície do wafer.
A escolha do método de gravação depende dos requisitos específicos da aplicação. A gravação úmida é geralmente mais rápida e econômica, mas pode ser menos precisa e causar danos à superfície do wafer. A gravação a seco, por outro lado, é mais precisa e pode ser usada para gravar padrões complexos, mas é mais cara e requer equipamento especializado.
Etapa 6: polimento de wafer
Após a gravação, os wafers são geralmente polidos para obter um acabamento superficial espelhado. O polimento é um processo em que os wafers são colocados em uma almofada de polimento e uma pasta de partículas abrasivas é usada para remover a rugosidade superficial remanescente. A almofada de polimento é geralmente feita de um material macio, como poliuretano, e as partículas abrasivas são normalmente sílica coloidal ou alumina.
O processo de polimento é cuidadosamente controlado para garantir que a superfície do wafer seja plana e lisa com precisão de alguns nanômetros. Isto é importante porque quaisquer irregularidades na superfície podem afetar o desempenho dos dispositivos semicondutores fabricados no wafer.
Etapa 7: Limpeza e inspeção do wafer
Depois que os wafers são polidos, eles são limpos para remover quaisquer contaminantes e partículas restantes. A limpeza normalmente é feita usando uma combinação de solventes químicos e água deionizada. Os wafers são então secos e inspecionados quanto a defeitos, como arranhões, rachaduras e partículas.
A inspeção geralmente é feita usando microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) ou microscopia de força atômica (AFM). Essas técnicas permitem ao fabricante detectar e medir defeitos na superfície do wafer com alta precisão. Quaisquer wafers que não atendam aos padrões de qualidade são rejeitados e reciclados.
Etapa 8: embalagem e envio de wafer
Depois que os wafers são inspecionados e aprovados, eles são embalados em um ambiente limpo e protetor para evitar contaminação e danos durante o transporte. Os wafers são normalmente colocados em um suporte plástico ou cassete e selados em um saco plástico ou recipiente.
A embalagem foi projetada para proteger os wafers contra umidade, poeira e eletricidade estática. Também inclui etiquetas e marcações que fornecem informações sobre o tamanho, orientação e número do lote do wafer.
Depois que os wafers são embalados, eles estão prontos para serem enviados ao cliente. O processo de envio é cuidadosamente controlado para garantir que os wafers cheguem ao destino em boas condições. Isso pode envolver o uso de contêineres especializados, ambientes com temperatura controlada e procedimentos de manuseio.
Conclusão
Concluindo, o processo de fabricação de wafers de silício de 5 polegadas é um processo complexo e altamente preciso que requer tecnologia e conhecimentos avançados. Desde a purificação do silício até a embalagem final e envio, cada etapa do processo é cuidadosamente controlada para garantir a qualidade e o desempenho dos wafers.
Como fornecedor de wafers de silício de 5 polegadas, temos o compromisso de fornecer aos nossos clientes produtos de alta qualidade que atendam às suas necessidades específicas. Usamos as mais recentes técnicas e equipamentos de fabricação para garantir que nossos wafers sejam da mais alta qualidade e confiabilidade.
Se você estiver interessado em adquirir wafers de silício de 5 polegadas ou tiver alguma dúvida sobre nossos produtos, não hesite em nos contatar. Ficaremos felizes em discutir suas necessidades e fornecer um orçamento.
Além dos wafers de silício de 5 polegadas, também oferecemos uma ampla variedade de outros tamanhos de wafers de silício, incluindoBolacha de silício de 2 polegadas (50,8 mm),Bolacha de silício de 3 polegadas (76,2 mm), eBolacha de silício de 8 polegadas (200 mm). Nossos produtos são usados em diversas aplicações, incluindo fabricação de semicondutores, células solares e sistemas microeletromecânicos (MEMS).
Referências
- Sze, SM (1985). Tecnologia VLSI. McGraw-Hill.
- Wolf, S. e Tauber, RN (1986). Processamento de Silício para a Era VLSI, Volume 1: Tecnologia de Processo. Imprensa de treliça.
- Madou, MJ (2002). Fundamentos da Microfabricação: A Ciência da Miniaturização. Imprensa CRC.