Como proveedor de obleas de silicio de 5 pulgadas, a menudo me preguntan sobre el proceso de fabricación de estos componentes esenciales en la industria de los semiconductores. En esta publicación de blog, lo guiaré a través de los pasos detallados de cómo se fabrican las obleas de silicio de 5 pulgadas, desde las materias primas hasta el producto pulido final.
Paso 1: Purificación del Silicio
El viaje de una oblea de silicio de 5 pulgadas comienza con la purificación del silicio. El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, pero normalmente se encuentra en forma de dióxido de silicio (SiO₂) en arena y cuarzo. Para obtener silicio de alta pureza para aplicaciones de semiconductores, se requiere un proceso de purificación de varios pasos.
El primer paso es la reducción del dióxido de silicio a silicio de grado metalúrgico (MG-Si) calentándolo con carbón en un horno de arco eléctrico. Este proceso produce silicio con una pureza de aproximadamente el 98%. Sin embargo, este nivel de pureza no es suficiente para el uso de semiconductores, por lo que es necesaria una purificación adicional.
El siguiente paso es la conversión de MG-Si en triclorosilano (SiHCl₃) haciéndolo reaccionar con cloruro de hidrógeno (HCl). El triclorosilano es un compuesto volátil que puede purificarse mediante destilación fraccionada. Luego, el triclorosilano purificado se reduce con hidrógeno para producir silicio policristalino (polisilicio) de alta pureza con una pureza de hasta 99,9999999 % (9 N).
Paso 2: Crecimiento de un solo cristal
Una vez obtenido el polisilicio de alta pureza, es necesario convertirlo en un lingote de silicio monocristalino. El método más común para cultivar silicio monocristalino es el proceso Czochralski (Cz), desarrollado por el científico polaco Jan Czochralski en 1916.
En el proceso Cz, el polisilicio se coloca en un crisol de cuarzo y se calienta hasta su punto de fusión (aproximadamente 1414°C) en una atmósfera de gas inerte. Luego se sumerge un pequeño cristal semilla de silicio en el silicio fundido y se tira lentamente hacia arriba mientras gira. A medida que se extrae el cristal semilla, el silicio fundido se solidifica a su alrededor, formando un lingote de silicio monocristalino.
El diámetro del lingote se controla ajustando la velocidad de extracción y la temperatura del silicio fundido. Para obleas de silicio de 5 pulgadas, el lingote normalmente se hace crecer hasta un diámetro de aproximadamente 127 mm (5 pulgadas). La longitud del lingote puede variar según los requisitos específicos del cliente, pero suele ser de varios cientos de milímetros.
Paso 3: corte de lingotes
Una vez que el lingote de silicio monocristalino ha crecido, es necesario cortarlo en obleas individuales. Esto se hace usando una sierra de diamante o una sierra de alambre. La hoja de sierra o el alambre están recubiertos con partículas de diamante, que son extremadamente duras y pueden cortar el lingote de silicio con precisión.
El espesor de las obleas suele estar entre 275 y 725 micrómetros, según la aplicación. Las obleas más gruesas son más robustas y pueden soportar temperaturas más altas y tensiones mecánicas, mientras que las obleas más delgadas se utilizan para aplicaciones donde el espacio es limitado.
Paso 4: Molienda y lapeado de obleas
Una vez cortadas las obleas, suelen ser rugosas y tener un grosor no uniforme. Para que sean adecuados para el procesamiento de semiconductores, es necesario esmerilarlos y pulirlos para lograr una superficie lisa y plana.
La molienda es el primer paso del proceso, donde las obleas se colocan en una placa giratoria y se utiliza una muela para eliminar la capa superficial rugosa. La muela abrasiva está hecha de un material abrasivo duro, como carburo de silicio o diamante, y está diseñada para eliminar el material de manera rápida y uniforme.
Después de la molienda, las obleas se lapean para mejorar aún más el acabado y la planitud de la superficie. El lapeado es un proceso en el que las obleas se colocan sobre una placa de lapeado y se utiliza una mezcla de partículas abrasivas para pulir la superficie. La placa de lapeado suele estar hecha de un material blando, como hierro fundido o cobre, y las partículas abrasivas suelen ser óxido de aluminio o dióxido de silicio.
Paso 5: grabado de oblea
Después del pulido y lapeado, es posible que las obleas aún tengan algunos daños en la superficie y contaminantes. Para eliminarlos, las obleas se graban con una solución química. El grabado es un proceso en el que la superficie de la oblea se elimina selectivamente haciéndola reaccionar con un grabador químico.
Hay dos tipos principales de grabado: grabado húmedo y grabado seco. El grabado húmedo utiliza un agente químico líquido, como el ácido fluorhídrico (HF) o el ácido nítrico (HNO₃), para disolver la capa superficial de la oblea. El grabado en seco, por otro lado, utiliza un plasma de gases reactivos, como cloro o flúor, para grabar la superficie de la oblea.
La elección del método de grabado depende de los requisitos específicos de la aplicación. El grabado húmedo es generalmente más rápido y rentable, pero puede ser menos preciso y dañar la superficie de la oblea. El grabado en seco, por otro lado, es más preciso y puede usarse para grabar patrones complejos, pero es más costoso y requiere equipo especializado.
Paso 6: Pulido de obleas
Después del grabado, las obleas generalmente se pulen para lograr un acabado superficial similar a un espejo. El pulido es un proceso en el que las obleas se colocan sobre una almohadilla de pulido y se utiliza una suspensión de partículas abrasivas para eliminar la rugosidad restante de la superficie. La almohadilla de pulido suele estar hecha de un material blando, como poliuretano, y las partículas abrasivas suelen ser sílice o alúmina coloidal.
El proceso de pulido se controla cuidadosamente para garantizar que la superficie de la oblea sea plana y lisa dentro de unos pocos nanómetros. Esto es importante porque cualquier irregularidad en la superficie puede afectar el rendimiento de los dispositivos semiconductores fabricados en la oblea.
Paso 7: Limpieza e inspección de las obleas
Una vez pulidas las obleas, se limpian para eliminar los contaminantes y partículas restantes. La limpieza generalmente se realiza utilizando una combinación de solventes químicos y agua desionizada. Luego, las obleas se secan y se inspeccionan en busca de defectos, como rayones, grietas y partículas.
La inspección generalmente se realiza mediante microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido (SEM) o microscopía de fuerza atómica (AFM). Estas técnicas permiten al fabricante detectar y medir defectos en la superficie de la oblea con alta precisión. Las obleas que no cumplen con los estándares de calidad son rechazadas y recicladas.
Paso 8: Embalaje y envío de oblea
Una vez inspeccionadas y aprobadas las obleas, se envasan en un entorno limpio y protector para evitar la contaminación y los daños durante el envío. Las obleas normalmente se colocan en un soporte de plástico o en un casete y se sellan en una bolsa o recipiente de plástico.
El embalaje está diseñado para proteger las obleas de la humedad, el polvo y la electricidad estática. También incluye etiquetas y marcas que brindan información sobre el tamaño, la orientación y el número de lote de la oblea.
Una vez empaquetadas las obleas, están listas para ser enviadas al cliente. El proceso de envío se controla cuidadosamente para garantizar que las obleas lleguen a su destino en buenas condiciones. Esto puede implicar el uso de contenedores de envío especializados, entornos con temperatura controlada y procedimientos de manipulación.
Conclusión
En conclusión, el proceso de fabricación de obleas de silicio de 5 pulgadas es un proceso complejo y muy preciso que requiere tecnología y experiencia avanzadas. Desde la purificación del silicio hasta el embalaje y envío final, cada paso del proceso se controla cuidadosamente para garantizar la calidad y el rendimiento de las obleas.
Como proveedor de obleas de silicio de 5 pulgadas, nos comprometemos a ofrecer a nuestros clientes productos de alta calidad que cumplan con sus requisitos específicos. Utilizamos las últimas técnicas y equipos de fabricación para garantizar que nuestras obleas sean de la más alta calidad y confiabilidad.
Si está interesado en comprar obleas de silicio de 5 pulgadas o tiene alguna pregunta sobre nuestros productos, no dude en contactarnos. Estaremos encantados de analizar sus necesidades y ofrecerle una cotización.
Además de las obleas de silicio de 5 pulgadas, también ofrecemos una amplia gama de otros tamaños de obleas de silicio, incluidosOblea de silicona de 2 pulgadas (50,8 mm),Oblea de silicona de 3 pulgadas (76,2 mm), yOblea de silicona de 8 pulgadas (200 mm). Nuestros productos se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluida la fabricación de semiconductores, células solares y sistemas microelectromecánicos (MEMS).
Referencias
- Sze, SM (1985). Tecnología VLSI. McGraw-Hill.
- Wolf, S. y Tauber, RN (1986). Procesamiento de silicio para la era VLSI, Volumen 1: Tecnología de procesos. Prensa de celosía.
- Madou, MJ (2002). Fundamentos de la microfabricación: la ciencia de la miniaturización. Prensa CRC.