Исходным материалом для получения слитков является поликристаллический кремний, он обычно находится в виде слитка. Материал прошел предварительную очистку, но еще не пригоден для создания полупроводниковых микросхем. Для микросхем используют слитки монокристаллического кремния, которые должны быть однородны по составу и иметь совершенную структуру. Разработанная промышленностью структура позволяет получить чистый кремний с содержанием атомов на см3. Существует два способа получения монокристаллического материала:
1. Метод Чохральского (вытягивания из расплава)
2. Метод бестиглийной плавки
Метод вытягивания из расплава. Поликремний загружают в индуктор. В тигель, который установлен в нагревателе, помещают поликристаллический кремний. После расплавления его через затравкодержатель вводят в расплав затравку монокристаллического кремния, который выдерживают в течение времени (зависит от диаметра слитка). Нагреватель и затравкодержатель связаны со штоками верхним и нижним. Нижний шток имеет вращательное движение, а верхний – вращательное и поступательное движение. Вращательное движение необходимо для перемешивания расплава, а поступательное позволяет поднимать держатель после выдержки в расплаве затравки. Скорость подъема верхнего штока составляет около 2 об/мин. По мере подъема монокристаллический слиток охлаждается и выходит из кожуха, который постоянно продувается инертным газом (аргон). Таким методом получают слитки диаметром от 80 до 250 мм.
Метод бестиглийной плавки. В этом случае поликристаллический слиток закреплен верхним и нижним держателями, средняя часть поликремния расплавляется. После выдержки в течение определенного времени верхний шток (поступательное движение) поднимается и выводит монокристаллическую часть из камеры. Камера продувается газом, штоки вращаются в противоположных направлениях с целью перемешивания расплава. При этом примеси в расплавленной зоне всплывают, постепенно скапливаясь на верхней части слитка, которую можно удалить. Скорость перемещения верхнего штока около 0,3 мм/мин, что позволяет слитку охладиться. Как в 1, так и во 2 случае на одной стороне каждого слитка по всей его длине сошлифовывают плоскую фаску (грань), параллельную оси слитка.
10. Ориентация слитков
После получения слитков следует их ориентация в плоскости с наиболее плоской плотной упаковкой атомов (111), используются индексы Миллера, определяющие положения кристаллографических плоскостей. Индексы Миллера представляют собой три цифры, относящиеся к системе координат, центр которых совмещен с одним из узлов решетки. У выращенного монокристалла продольная ось часто не совпадает с кристаллографической, поэтому слитки перед резкой ориентируют. Для ориентации служат 2 способа: рентгеновский и оптический.
Рентгеновский способ основан на интенсивности отражения рентгеновских лучей от плоскостей с разной плотностью упаковки. Наибольшей интенсивности рентгеновских лучей соответствуют плоскости с наиболее плотной упаковкой атомов – плоскость (111) – фигура шестиугольник, звезда.
Оптический способ. В этом случае торец протравленного слитка, который предварительно прошлифован и отполирован, просматривают световым лучом и по характеру отражения луча судят об ориентации слитков. Для каждой плотности упаковки имеется своя фигура травления, они существенно отличаются друг от друга. После ориентации слитки готовы для резки на пластины.
Пластины должны иметь совершенную кристаллическую решетку, как по объему, так и в поверхностном слое, т.е. плотность дислокации должна быть не более см. Шероховатость поверхности пластины должна быть не ниже 14 класса ( = 0,05 - 0,03 мкм – высота неровности). Прогиб пластины должен быть не более 8 – 10 мкм. Неплоскостность пластин должна быть выдержана в пределах ± 5 мкм. Разориентация пластин относительно заданно кристаллографической плоскости должна быть не хуже ± 1?. Разнотолщинность в пределах партии не должна превышать 1 мкм. Отклонение по диаметру ± 0,5 мкм. Пластины должны иметь такие технологические элементы, как базовый срез и фаску. Базовый срез служит для ориентации пластин относительно фотошаблона на первых операциях фотолитографических процессов. Фаска по контуру подложки исключает возникновение “краевого валика”, что обеспечивает более плотное прилегание фотошаблона к пластине.
