Lingot de silicium

Processus de fabrication des lingots de silicium

Le temps nécessaire à la croissance d'un lingot de silicium varie en fonction de nombreux facteurs. Plus de 75 % des plaquettes de silicium monocristallin sont produites selon la méthode Czochralski (CZ), qui utilise des morceaux de silicium polycristallin vierge. Ces morceaux sont placés dans un creuset de quartz avec de petites quantités d'éléments appelés dopants, dont les plus courants sont le bore, le phosphore, l'arsenic et l'antimoine. L'ajout de dopants au silicium pur améliore ses propriétés conductrices. Selon le dopant utilisé, le lingot devient de type P ou N (bore : type P ; phosphore, antimoine, arsenic : type N).

Le lingot est ensuite chauffé à une température supérieure au point de fusion du silicium, soit environ 1420°C. Une fois que le silicium polycristallin et la combinaison de dopants ont été liquéfiés, un cristal de silicium unique, appelé germe, est placé sur le dessus de la masse fondue, en touchant à peine la surface. Le germe a la même orientation cristalline que celle requise dans le lingot fini. Pour obtenir un dopage uniforme, le germe et le creuset de silicium fondu sont tournés dans des directions opposées. Une fois que les conditions nécessaires à la croissance des cristaux sont réunies, le cristal de semence est lentement retiré de la matière en fusion. La croissance commence par une traction rapide du cristal de semence afin de minimiser le nombre de défauts cristallins dans le lingot au début du processus de croissance. La vitesse de traction est ensuite réduite pour permettre au diamètre du cristal de croître jusqu'à ce qu'il soit légèrement supérieur au diamètre final souhaité. Lorsque le diamètre cible est obtenu, les conditions de croissance sont stabilisées pour maintenir le diamètre. Lorsque le germe est lentement soulevé au-dessus de la matière fondue, la tension superficielle entre le germe et la matière fondue fait qu'une fine pellicule de silicium adhère au germe et se refroidit. Pendant le refroidissement, les atomes du silicium fondu s'orientent vers la structure cristalline de la graine.

Une fois que le lingot est entièrement cultivé, il est broyé pour obtenir un diamètre approximatif un peu plus grand que le diamètre souhaité de la plaquette de silicium finie. Le lingot est ensuite doté d'une encoche ou d'un méplat pour indiquer son orientation, en fonction du diamètre de la plaquette, des spécifications du client ou des normes SEMI. Une fois qu'il a passé un certain nombre d'inspections, le lingot est découpé en tranches.