Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Crescita dei cristalli
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[modifica] Processo di crescita del cristallo
Il silicio in natura si trova principalmente in argilla, feldspato,quarzo, granito, sabbia. Per ottenere Si policristallino da cui poi si accresce il monocristallo di Si, il silicio di partenza deve essere trattato chimicamente.Una volta ottenuto il silicio policristallino tramite il metodo di CZ si accresce il Si monocristallino (lingotto) che verrà successivamente tagliato, lappato e lucidato.
[modifica] Principali trattamenti chimici
I trattamanti chimici ,per passare dal materiale che in genere troviamo in natura al silicio policristallino ,sono principalmente 3.
Il primo è un processo di riduzione(carboriduzione), dove il SiO2 viene fatto reagire con il carbonio a una temperatura di 2000°C secondo la seguente reazione:
SiO2 + 2C ----> Si + 2CO
Grazie a questa reazione otteniamo un silicio di tipo metallurgico che non possiede il grado di purezza richiesto, infatti si arriva al 98%.
Attraverso un trattamento con acido cloridico in forma gassosa, si arriva alla formazione di triclorosilano (SiHCl3).
Si + 3HCl -----> SiHCl3 + H2
Alla fine, si ha la purificazione del triclorosilano e la formazione di silicio policristallino di grado elettronico.
2SiHCl3 + 2H2 ------> 2 Si + 6HCl
In questo modo arriviamo fino a una purezza del 99,9% del silicio.
[modifica] Realizzazione del wafer monocristallino di silicio
Per realizzare il wafer si utilizza in generale la tecnica detta di Czochralski (CZ). Nella tecnica Czochralsky (CZ) la fase liquida, contenuta in un crogiolo di grafite riscaldato per induzione RF ad una temperatura di qualche grado superiore alla temperatura di fusione del silicio, è costituita da silicio preventivamente raffinato e drogato con l'aggiunta di elementi donatori od accettori. Quindi le impurità sono aggiunte alla fusione in quantità controllata, ottenendo un cristallo con determinate proprietà.Si mette poi un cristallo che va a diretto contatto con la superficie fusa opportunamente orientato (in genere con la direzione <111> oppure <100> verticale) e tale cristallo viene fatto lentamente ruotare in modo da favorirne la crescita laterale. Quando si è raggiunta la dimensione voluta, il cristallo viene tirato verso l'alto con velocità dell'ordine di qualche µm/sec, dando così inizio all'accrescimento della barra monocristallina. Dunque si immerge il seme cristallino all' interno della massa fusa e piano piano questo seme viene estratto dalla massa fusa. L' interfaccia solido-liquido piano piano si raffredda e quindi il silicio cristallizza in modo veloce. Il prodotto finale, detto lingotto, ha la forma di un cilindroche finisce a punta. Tale cilindro viene poi tagliato con lame di diamante. Ogni fetta ottenuta sarà lappata con polvere di alluminio (Al2O3), trattata con attacco chimico per rimuovere i danni e poi di nuovo lappata con particelle sferiche di SiO2 in NaOH.
La fetta di silicio avrà un diametro di 200 mm-300 mm ed uno spessore di 0.25-1 um. Nella figura si vede il lingotto che poi verrà successivamente tagliato e lucidato.
