От сырого поликремния до монокристаллов без дислокаций Микрочипы, которые определяют цифровую эпоху, создаются на плоской, чистой поверхности кремниевой пластины, изготовленной из поликремния. Монокристаллические слитки изготавливаются по технологии Чохральского: куски и гранулы поликремния загружаются в кварцевый тигель, подвергаются точной легировке, камера продувается аргоном, а расплав выдерживается при температуре чуть выше 1420°C. Затравка выбранной ориентации соприкасается с расплавом и медленно вытягивается, в то время как тонкая шейка удаляет дислокации, затем диаметр увеличивается под жестким термическим контролем и поддерживается компьютером. Электрические и объемные свойства — удельное сопротивление, содержание кислорода, углерода и микродефектов — задаются в процессе роста, когда кристалл формирует выступ и тело, затем сужается к концевому конусу и отделяется. В результате получается массивный цилиндр весом более 200 кг и диаметром до 300 мм, готовый к последующей формовке.
Точное формование и нарезка на вафли Затравочный и конусообразный концы обрезаются, пригодный для использования кристалл превращается в слиток, а также вырезаются короткие срезы, из которых отбираются тонкие заготовки для измерения удельного сопротивления, содержания кислорода, углерода и объемных дефектов. Каждая секция шлифуется до одинакового диаметра с помощью плоской или насечки, ее ориентация проверяется рентгеновским снимком, а затем крепится к балке из эпоксидной смолы. Проволочные пилы пропускают всю секцию через быстро движущееся проволочное полотно, покрытое жидкой массой, чтобы нарезать все пластины одновременно с микропроцессорным управлением натяжением и стабильностью. После очистки пластины измеряются по толщине, общему изменению толщины и деформации, их края закругляются для повышения прочности, а лазерные метки обеспечивают полную прослеживаемость до положения слитка, даты, завода-изготовителя, съемника и характеристик материала.
Устранение повреждений, плоскостность и стабильность Притирка удаляет повреждения от пилы с обеих поверхностей путем вращения пластин в абразивной суспензии с жестким контролем равномерности толщины, а затем влажной очистки на стенде для удаления частиц и металла. Химическое травление устраняет остаточные повреждения, укрепляет кромки и улучшает плоскостность и качество обратной стороны с помощью отбора проб и визуальной проверки на наличие оставшихся дефектов. Отжиг перемещает доноры кислорода, поглощенные из тигля, в промежуточные участки, чтобы стабилизировать удельное сопротивление и предотвратить преднамеренное легирование. При нанесении покрытия с обратной стороны либо контролируемая пескоструйная обработка создает дефекты укладки, которые задерживают металлические загрязнения, либо в качестве альтернативы наносится тонкий слой поликремния.
Зеркальная полировка, сверхчистый контроль, эпитаксия и защитная упаковка Химико–механическая полировка позволяет получить ультраплоскую зеркальную лицевую поверхность с помощью многоступенчатых прокладок и суспензий после того, как пластины нанесены воском на водной основе на керамический блок. В чистящих средствах после полировки используются химикаты с компьютерным управлением, фильтрация, температура и паровая сушилка IPA для получения максимально ровных и чистых пластин. Лазерное сканирование позволяет подсчитать размер частиц на поверхности ‑ вплоть до 9 микрон — для подтверждения чистоты перед отправкой или дальнейшей обработкой. Для современных устройств в эпитаксиальном реакторе на вращающейся пластине из нагнетаемого газа образуется тонкий слой кристаллического кремния, после чего пластины упаковываются в полиэтилен, а затем в герметичные алюминированные влагостойкие пакеты внутри полипропиленовых или поликарбонатных коробок и многоразовых транспортных контейнеров для сохранения качества и сокращения отходов.