실리콘 잉곳 제조 공정

실리콘 잉곳을 성장하는데 필요한 시간은 여러 가지 요인에 따라 달라집니다. 전체 단일 결정 실리콘 웨이퍼의 75% 이상이 버진 다결정 실리콘 덩어리를 사용하는 CZ(Czochralski) 방식으로 재배됩니다. 이 덩어리들은 붕소, 인, 비소, 안티몬과 같은 소량의 도팬트 원소와 함께 석영(Quartz) 도가니에 넣어진 후,  순수한 실리콘에 도팬트를 첨가하면 전도성이 향상됩니다. 어떤 도팬트가 사용되느냐에 따라 잉곳은 P타입이나 N타입(보론: P타입; 인, 안티몬, 비소: N타입)으로 결과가 달라집니다.

그런 다음 잉곳은 약 1420°C의 실리콘 용융점 이상의 온도로 가열됩니다. 다결정 실리콘과 도팬트 조합이 액화되면, 씨앗(seed)라고 불리는 단일 실리콘 결정이 용융물 위에 올려져 표면에 거의 닿지 않게 됩니다. 씨앗은 완성된 잉곳에서 요구되는 결정 오리엔테이션을 가지게 되고, 도핑 균일성을 달성하기 위해 녹은 실리콘의 씨앗과 도가니는 반대 방향으로 회전합니다. 일단 결정 성장 조건이 충족되면, 씨앗 결정체는 천천히 용융에서 꺼내지게 됩니다. 성장은 성장 과정이 시작될 때 잉곳 내의 결정 결함의 수를 최소화하기 위해, 씨앗 결정을 빠르게 당기는 것으로 시작합니다. 그런 다음 당기는 속도를 감소시켜, 결정의 직경이 최종 원하는 지름보다 약간 더 크게 자라도록 합니다. 목표지름이 확보되면 성장여건이 안정화되어 직경이 유지됩니다. 씨앗이 용융물 위로 천천히 올라가면, 씨앗과 용융물 사이의 표면 장력은 실리콘의 얇은 막이 씨앗에 달라붙은 다음 식도록 만들어 줍니다. 냉각하는 동안, 녹은 실리콘의 원자들은 씨앗의 결정 구조에 스스로 방향을 잡게 됩니다.

잉곳은 완전히 성장하면 완성된 실리콘 웨이퍼의 원하는 지름보다 약간 큰 직경으로 접지됩니다. 그런 다음, 웨이퍼 직경, 고객 사양이나 SEMI 표준에 따라 오리엔테이션을 나타내는 노치나 플랫이 주어집니다. 여러 검사를 통과 한 후, 잉곳은 웨이퍼로 절단됩니다.

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