Silicium ingot

Het kweken van een silicium ingot kan een week tot een hele maand duren, afhankelijk van vele factoren, waaronder grootte, kwaliteit en specificaties. Meer dan 75% van alle single crystal silicium wafers groeien via de Czochralski (CZ) methode die brokken maagdelijk polykristallijn silicium gebruikt. Deze brokken worden omgesmolten en in een kwartskroes geplaatst, samen met kleine hoeveelheden elementen die dopants worden genoemd, waarvan de meest voorkomende boor, fosfor, arseen en antimoon zijn. De toegevoegde dopants geven de gewenste elektrische eigenschappen voor de gekweekte ingot en afhankelijk van welke dopant wordt gebruikt, wordt de ingot een P- of N-type ingot (boor: P-type; fosfor, antimoon, arseen: N-type).

De materialen worden vervolgens verwarmd tot een temperatuur boven het smeltpunt van silicium, rond de 1420 graden Celsius. Zodra de combinatie van polykristallijn silicium en dopant vloeibaar is gemaakt, wordt een enkel siliciumkristal, het zaad, bovenop de smelt geplaatst en raakt het oppervlak nauwelijks. Het zaad heeft dezelfde kristaloriëntatie die vereist is in de afgewerkte ingot. Om dopinguniformiteit te bereiken, worden het zaad en de smeltkroes van gesmolten silicium in tegengestelde richtingen gedraaid. Zodra aan de voorwaarden voor de kristalgroei is voldaan, wordt het zaadkristal langzaam uit de smelt getild. De groei begint met het snel trekken van het zaadkristal om het aantal kristaldefecten in de ingot aan het begin van het groeiproces te minimaliseren. De treksnelheid wordt vervolgens verlaagd om de diameter van het kristal iets groter te laten worden dan de uiteindelijke gewenste diameter. Wanneer de doeldiameter wordt verkregen, worden de groeiomstandigheden gestabiliseerd om de diameter te behouden. Naarmate het zaad langzaam boven de smelt wordt gebracht, zorgt de oppervlaktespanning tussen het zaad en de smelt ervoor dat een dunne film van het silicium zich aan het zaad hecht en vervolgens afkoelt. Tijdens het afkoelen oriënteren de atomen in het gesmolten silicium zich op de kristalstructuur van het zaad.

Zodra de ingot volgroeid is, wordt deze gemalen tot een ruwe diameter die iets groter is dan de gewenste diameter van de afgewerkte siliciumwafer. De ingot krijgt vervolgens een inkeping of platte om de oriëntatie aan te geven, afhankelijk van de waferdiameter, klantspecificaties of SEMI-normen. Zodra het een aantal inspecties heeft doorstaan, wordt de ingot in wafers gesneden.