Fabrikasi semikonduktor

Fabrikasi alat semikonduktor adalah proses yang digunakan untuk menciptakan chip, sirkuit terpadu yang hadir di alat listrik dan elektronik sehari-hari. Proses ini memiliki urutan yang banyak dari fotografi dan pemrosesan kimia di mana sirkuit elektronik diciptakan secara bertahap di atas wafer yang terbuat dari bahan ber-semikonduksi murni. Silikon merupakan bahan semikonduktor yang paling umum digunakan, meskipun gallium arsenide, germanium, dan banyak bahan lainnya diguanakan dalam aplikasi khusus.

Kamar bersih Glenn Research Center Nasa.

Array chip 3x3 menggunakan Teknologi Interkoneksi Kemasan Quilt

Wafer

Lihat pula: Wafer (elektronik), Fabrikasi wafer (elektronik), Boule (kristal silikon), dan Proses Czochralski

Potongan silikon ultra murni, 2 x 2 cm.. Kristal silikon adalah bahan semikonduktor yang paling umum digunakan dalam mikroelektronika dan fotovoltaik.

Boule kristal silikon ingot pada Museum Intel.

The Czochralski method

Silicon grown by Czochralski process 1956.

Sebuah kotak transportasi berisi dua wafer enam inci (∅150mm) yang terbuat dari silikon karbida, untuk digunakan sebagai substrat untuk pertumbuhan homoepitaksi lapisan transistor SiC melalui MOVPE.

Wafer Si 200 mm yang telah diproses. Wafer silikon; perangkat individual (VLSI dalam kotak) tidak dapat digunakan sampai dipotong dadu, diikat dengan kawat, dan dikemas

Aligner adalah peralatan utama yang digunakan dalam fabrikasi perangkat semikonduktor. Wafer dimuat secara robotik dari pembawa di sebelah kiri sistem dan secara bertahap dilapisi dengan photoresist, terkena sinar ultraviolet, dan "dikembangkan".

Tangki etsa yang digunakan untuk melakukan pembersihan Piranha, asam fluorida, atau RCA pada batch wafer 4 inci di fasilitas teknologi LAAS di Toulouse, Prancis

Stepper i-line di Fasilitas Sains dan Teknologi Cornell NanoScale. (Foto diambil di bawah cahaya inaktinik.)

A photomask

Ilustrasi skema masker foto (atas) dan lapisan IC yang dicetak menggunakannya (bawah)

Sebuah wafer pada umumnya terbuat dari silikon yang sangat murni yang dikembangkan menjadi ingot silinder mono-crystalline yang memiliki diameter sampai 300 mm menggunakan proses Czochralski. Ingot-ingot ini kemudian dipotong menjadi wafer dengan ketebalan 0,75mm dan disemir untuk mendapatkan permukaan yang rata dan teratur.

Proses Produksi Wafer Silikon

Silika (SiO2)

Semikonduktor atau silikon kelas surya terbuat dari silika sebagai bahan baku melalui langkah multi-produksi. Silika merupakan material yang paling melimpah di kerak bumi.

Pemurnian / Refining / Reduction

Silikon logam unsur dibuat dengan metode reduksi karbotermik dalam tungku listrik. Kemurniannya sekitar 99% yang masih terlalu rendah untuk digunakan sebagai silikon kelas semikonduktor.

(Si02 + 2CSi +2CO)

Ultra-pure polysilicon Rod

Unsur silikon kembali dibentuk dengan metode Siemens. Batang ini terbuat dari polikristal, tetapi kemurniannya mencapai 99,999999999% yang disebut “sebelas-sembilan”. Kemurnian “sembilan-sembilan dapat diterima untuk polisilikon tingkat surya.

(HiSCl3+H2Si + 3HCl)

Proses imi menghasilkan Electronic-grade rod dan Solar Grade rod

Ingot Silikon Kristal Tunggal

Ingot kristal tunggal bebas dislokasi dengan orientasi pasti ditumbuhkan dari lelehan polisilikon oleh Czochralski (CZ), CZ yang dimodifikasi, atau proses pengecoran multikristalin. Dalam semua proses, sejumlah kecil zat (B, P, So, As) didoping untuk mengatur jenis resistivitas dan konduktivitas.

Slicing

Ingot silikon kristal tunggal diiris menjadi wafer menggunakan gergaji berlian.

Pemolesan

Wafer dipoles berulang kali untuk mendapatkan hasil akhir seperti cermin menggunakan proses mechano-kimia

Wafer Silikon

Kerataan, partikel, goresan, kontaminasi dan deformasi wafer lainnya menjadi perhatian utama dalam proses wafer. Kemurnian bahan kimia, air dan kebersihan proses merupakan faktor kunci dalam produksi.

Kegunaan Wafer Silikon

Sel surya Perangkat yang mengubah foton dari matahari (cahaya matahari) menjadi listrik. Perangkat Semikonduktor IC, LSI, VLSI, dan perangkat diskrit adalah dasar dari perangkat elektronik canggih saat ini dan masa depan.

Setelah wafer dipersiapkan, banyak proses dibutuhkan untuk memproduksi semikonduktor sirkuit terintegrasi yang diinginkan. Pada umumnya, langkah-langkah tersebut dibagi menjadi empat bidang:

• Pemrosesan depan
• Pemrosesan belakang
• Tes
• Pengepakan

Daftar langkah fabrikasi perangkat semikonduktor

Ini adalah daftar teknik pemrosesan yang digunakan berkali-kali selama pembuatan perangkat elektronik modern; Daftar ini tidak selalu berarti pesanan tertentu, atau semua teknik diambil selama pembuatan karena, dalam praktiknya, pesanan dan teknik mana yang diterapkan, sering kali khusus untuk penawaran proses oleh pabrik pengecoran, atau khusus untuk produsen perangkat terintegrasi (IDM) untuk produk mereka sendiri, dan perangkat semikonduktor mungkin tidak memerlukan semua teknik. Peralatan untuk melaksanakan proses ini dibuat oleh segelintir perusahaan. Semua peralatan perlu diuji sebelum pabrik fabrikasi semikonduktor dimulai. Proses-proses ini dilakukan setelah desain sirkuit terpadu. Pabrik semikonduktor beroperasi 24/7 dan banyak pabrik menggunakan air dalam jumlah besar, terutama untuk membilas chip.

• Pengolahan wafer
  • Pembersihan basah
    • Kadang-kadang dibersihkan dengan pelarut seperti aseton, trikloretilen, atau air ultra murni saat memutar wafer
    • Larutan piranha
    • Pembersihan RCA
    • Menggosok wafer
    • Pembersihan putar
    • Pembersihan semprotan jet
    • Aerosol kriogenik
    • Megasonik
    • Pembersihan batch perendaman
  • Pasifasi permukaan
  • Fotolitografi
    • Lapisan photoresist (seringkali berbentuk cairan, pada seluruh wafer)
    • Memanggang photoresist (pemadatan dalam oven)
    • Penghapusan manik tepi
    • Eksposur (dalam stepper fotolitografi, pemindai, atau pelurus masker)
    • Post Exposure Baking (PEB) meningkatkan daya tahan photoresist
    • Pengembangan (penghilangan bagian penahan dengan menggunakan cairan pengembang, hanya menyisakan bagian wafer yang terbuka untuk implantasi ion, pengendapan lapisan, etsa, dll)
  • Implantasi ion (di mana dopan ditanamkan ke dalam wafer sehingga menciptakan daerah dengan konduktivitas yang meningkat atau menurun)
  • Etching (fabrikasi mikro)
    • Etching kering (etsa plasma)
      • Etching ion reaktif (RIE)
        • Etching ion reaktif dalam (DRIE)
        • Etching lapisan atom (ALE)
          • Plasma ALE
          • ALE termal
    • Etsa basah
      • Etsa oksida buffer
  • Deposisi uap kimia (CVD)
    • Deposisi uap kimia organik logam (MOCVD), digunakan dalam LED
  • Deposisi lapisan atom (ALD)
  • Deposisi uap fisik (PVD)
    • Sputtering
    • Evaporation
  • Epitaksi
    • Epitaksi berkas molekul (MBE)
  • Deposisi berkas ion
  • Pengabuan plasma (untuk menghilangkan photoresist/pengupasan photoresist secara menyeluruh, juga dikenal sebagai strip kering, yang secara historis dilakukan dengan pelarut kimia yang disebut resist stripper, untuk memungkinkan wafer menjalani putaran fotolitografi berikutnya)
  • Perlakuan termal
    • Pemrosesan termal cepat (RTP), anil termal cepat
    • Pemrosesan termal milidetik, anil milidetik, pemrosesan milidetik, anil lampu flash (FLA)
    • Anil laser
    • Anil tungku
    • Oksidasi termal
      • LOCOS
  • Pengangkatan laser (untuk produksi LED)
  • Deposisi elektrokimia (ECD).
  • Pemolesan kimia-mekanis (CMP)
  • Pengujian wafer (di mana kinerja kelistrikan diverifikasi menggunakan peralatan pengujian otomatis, binning dan/atau pemangkasan laser juga dapat dilakukan pada langkah ini)
• Die preparation
  • Memasukkan-silikon melalui manufaktur (untuk sirkuit terpadu tiga dimensi)
  • Pemasangan wafer (wafer dipasang ke bingkai logam menggunakan pita potong)
  • Penggerindaan dan pemolesan wafer (mengurangi ketebalan wafer untuk perangkat tipis seperti kartu pintar atau kartu PCMCIA atau pengikatan dan penumpukan wafer, hal ini juga dapat terjadi selama pemotongan wafer, dalam proses yang dikenal sebagai Dice Before Grind atau DBG)
  • Ikatan dan penumpukan wafer (untuk sirkuit terpadu tiga dimensi dan MEMS)
  • Pembuatan lapisan redistribusi (untuk paket WLCSP)
  • Wafer bumping (untuk flip chip BGA (ball grid array), dan paket WLCSP)
  • Pemotongan die atau pemotongan wafer
• Pengemasan IC
  • Lampiran cetakan (Die dilekatkan pada rangka utama menggunakan pasta konduktif atau film lampiran cetakan.)
  • Ikatan IC: Ikatan kawat, ikatan termosonik, chip flip atau ikatan pita otomatis (TAB)
  • Enkapsulasi IC atau pemasangan penyebar panas terintegrasi (IHS).
    • Pencetakan (menggunakan senyawa cetakan plastik khusus yang mungkin mengandung bubuk kaca sebagai pengisi untuk mengontrol ekspansi termal)
    • Pembakaran
    • Elektroplating (melapisi ujung tembaga pada rangka timah dengan timah untuk memudahkan penyolderan)
    • Penandaan laser atau pencetakan silkscreen
    • Memangkas dan membentuk (memisahkan rangka utama satu sama lain, dan membengkokkan pin rangka utama sehingga dapat dipasang pada papan sirkuit tercetak)
• Pengujian IC

Selain itu langkah-langkah seperti Wright etsa dapat dilakukan.

Silikon Grade Semikonduktor

Lihat pula: Polikristalin dan Silikon monokristalin

Silika, suatu bentuk silikon (Sio 2), muncul secara alami dalam bentuk kuarsa. Silikon, selain oksigen, menyumbang 27,8% kerak bumi dan merupakan unsur paling melimpah di alam. Berbeda dengan hidrogen dan helium yang mendominasi materi tampak di alam semesta, silikon memiliki kandungan massa kurang dari 0,1%.

Penggunaan silikon dalam perangkat semikonduktor memerlukan silikon metalurgi dengan kemurnian tinggi. Proses mengubah silikon mentah menjadi substrat kristal tunggal yang dapat digunakan dalam proses semikonduktor modern dimulai dengan degradasi silikon dioksida murni. Silikon murni (99,9%) diperoleh dengan elektrolisis dari silikon padat dan senyawa silikon lainnya.

Selain itu, silikon murni yang digunakan dalam sirkuit terpadu terdiri dari satu kristal sempurna. Kristal silikon tunggal terdiri dari atom-atom dalam pola periodik tiga dimensi yang memanjang di sekitar kristal. Semikonduktor yang terbuat dari silikon menjadi wafer yang menjadi silikon pada wafer tersebut.

Kristal polisilikon, yang membentuk banyak kristal tunggal yang lebih kecil dengan orientasi berbeda, tidak digunakan dalam perangkat semikonduktor. Metode Czoralski adalah metode pertumbuhan kristal yang dapat menghasilkan semikonduktor kristal tunggal.

Silikon elektronik (EGS) adalah bahan baku produksi kristal tunggal yang terbuat dari silikon. Pengotor doping (atom seperti boron dan fosfor) ditambahkan ke silikon semikonduktor dengan kemurnian tinggi (beberapa bagian per juta pengotor) dan doping semikonduktor yang tepat mengubahnya menjadi silikon tipe P atau tipe ORN, sejenis silikon dengan sifat elektronik yang berbeda. Bahan dasar semikonduktor digunakan untuk menumbuhkan kristal, dan dalam produksi wafer silikon, pengotornya disebut sebagai PbA dan PbPma.

Silikon elektronik (EGS) didoping dengan unsur-unsur dalam kisaran bagian per miliar (ppb) karbon dan kurang dari 2 bagian per juta (ppm) - jika silikon dimurnikan dengan doping dengan unsur-unsur seperti boron, fosfor, dan arsenik, silikon tersebut dapat diolah menjadi digunakan sebagai semikonduktor untuk berbagai aplikasi. Silikon elektronik adalah bentuk murni silikon polikristalin yang diubah menjadi ingot silikon monokristalin menggunakan proses Czoralskis.

Sebagian besar Mg Si digunakan dalam aplikasi metalurgi pada paduan silikon seperti aluminium dan besi untuk meningkatkan sifat tertentu. Poli polikristalin digunakan untuk membentuk struktur komponen seperti transistor, gerbang dan sirkuit terpadu. Silikon elektronik dan poli kristal dalam bentuk non-kristal amorf (seperti kaca) digunakan dalam sel fotovoltaik (surya) dan transistor film tipis.

Peleburan zona, juga dikenal sebagai pemurnian zona, adalah metode pembersihan silikon pertama di mana sebatang silikon metalurgi dipanaskan hingga meleleh di salah satu ujungnya. Pemanas menggerakkan panjang batang dan menjaga sebagian kecil batang tetap meleleh saat mendingin dan mengeras.

Proses penghilangan material menghilangkan lapisan tipis silikon yang diperlukan untuk produksi wafer yang permukaannya bebas dari kerusakan. Selama proses ini, kabut dapat terbentuk pada permukaan wafer, sehingga memerlukan langkah pemolesan tambahan untuk memberikan hasil akhir yang seperti cermin.

TC diuapkan dan disuling hingga mencapai tingkat kemurnian yang tinggi, kemudian diencerkan dengan H2 sebelum dialirkan ke reaktor pengendapan, di mana TC diubah menjadi silikon elementer. Ini secara alami diubah menjadi Mg Si-TC sehingga pengotor seperti Fe, Al dan B dapat dihilangkan.

Homogenitas doping dalam arah aksial dan radial terbatas pada silikon Czochralski, sehingga sulit untuk mendapatkan wafer dengan resistansi lebih dari 100 ohm/cm. Silikon memiliki indeks bias yang besar (ruang 60-25) dan rangkaian pantulan udara dengan serapan dan transmisi yang signifikan (nol) [52]. Pengotor oksigen dan karbon mengurangi panjang difusi wafer silikon.

Ada kebutuhan yang kuat untuk analisis teoretis dan eksperimental terhadap fenomena kapilaritas suhu tinggi serta perambatan dan infiltrasi lembab yang terjadi dalam sistem keramik Si-B dan X tertentu. Pada bagian berikut, kami menyajikan ikhtisar literatur dan data studi teoritis dan eksperimental fenomena suhu tinggi yang terjadi dalam interaksi bahan berbasis Si dengan keramik yang tersedia, serta ringkasan kesimpulan penelitian yang kami lakukan. menggunakan metode berbasis sessile drop yang dikombinasikan dengan berbagai metode eksperimental yang baru dikembangkan.

Beberapa bahan tahan api yang dikembangkan untuk silikon fotovoltaik suhu tinggi adalah grafit padat [34] (SIC), silikon grafit [5] dan silikon nitrida yang dicampur dengan silika [67], namun bahan ini belum banyak digunakan dalam sistem LHTE karena pengoperasiannya yang bervariasi. kondisi.

Selain itu, wafer silikon premium harganya mahal dibandingkan dengan kualitas silikon lainnya, meskipun kualitas dan masa pakai serta kinerjanya yang lebih lama membenarkan harganya. Silikon murni, juga dikenal sebagai silikon metalurgi, memiliki kualitas yang baik tetapi tidak cocok untuk pembuatan perangkat elektronik. Biayanya yang mahal untuk aplikasi lain seperti sel surya dan liquid crystal display (EG), menjadikan silikon bedah yang ditingkatkan (UMG-SI) sebagai alternatif yang menarik.

Karena kemurnian batu kuarsa yang tinggi, pasir pantai dan kuarsa adalah bahan baku paling umum untuk grade elektronik. Tidak semua pasir adalah kuarsa, namun pasir yang diekstraksi untuk tujuan ini memiliki konsentrasi kuarsa dan silikon dioksida hingga 95%. Pembersihan dimulai dengan memanaskan pasir untuk mengurangi karbon yang dihasilkan karbon monoksida dan silikon.

Sintesis dan pemurnian bahan semikonduktor polikristalin massal merupakan langkah pertama menuju fabrikasi komersial perangkat elektronik. Bahan polikristalin inilah yang kemudian digunakan sebagai bahan baku pembentukan bahan kristal tunggal yang diolah menjadi wafer semikonduktor. Pengaruh kuat terhadap karakteristik kelistrikan semikonduktor yang ditunjukkan oleh sejumlah kecil pengotor memerlukan bahan baku massal dengan kemurnian sangat tinggi (> 99,9999%). Meskipun beberapa tingkat pemurnian dimungkinkan selama proses kristalisasi, penting untuk menggunakan bahan awal dengan kemurnian setinggi mungkin.

Setelah oksigen (46%), silikon (L. silicis flint) merupakan unsur paling melimpah di kerak bumi (28%). Namun, silikon tidak terdapat dalam bentuk unsurnya, melainkan dalam bentuk oksidanya (SiO 2 ) atau dalam bentuk silikat. Pasir, kuarsa, kecubung, batu akik, batu api, dan opal adalah beberapa bentuk oksida yang muncul. Granit, hornblende, asbes, feldspar, tanah liat dan mika, dll. adalah beberapa dari sekian banyak mineral silikat. Dengan pasokan bahan mentah yang tidak terbatas, biaya yang terkait dengan produksi silikon curah bukanlah abstraksi dan konversi oksida, namun pemurnian unsur silikon mentah. Meskipun unsur silikon 98%, yang dikenal sebagai silikon tingkat metalurgi (MGS), mudah diproduksi dalam skala besar, persyaratan kemurnian ekstrem untuk fabrikasi perangkat elektronik memerlukan langkah pemurnian tambahan untuk menghasilkan silikon tingkat elektronik (EGS). Silikon tingkat elektronik juga dikenal sebagai silikon tingkat semikonduktor (SGS). Agar tingkat kemurnian dapat diterima untuk pertumbuhan kristal berikutnya dan fabrikasi perangkat, EGS harus memiliki tingkat pengotor karbon dan oksigen kurang dari beberapa bagian per juta (ppm), dan pengotor logam pada kisaran bagian per miliar (ppb) atau lebih rendah.

EGS adalah bahan baku pembuatan silikon kristal tunggal. Ini adalah bahan polikristalin dengan kemurnian tinggi dan memerlukan elemen doping berada dalam kisaran bagian per miliar. Pengotor utama - boron,fosfor,karbon. Langkah pertama adalah produksi silikon kelas metalurgi (MGS) dalam tungku busur elektroda terendam. Tungku diisi dengan kuarsit dan karbon.

Reaksi yang terjadi di dalam tungku adalah :

• SiC (solid) + SiO2 (solid) -> Si (liquid) + SiO (gas) +CO (gas)
• Si (solid) + 3HCl (gas) -> SiHCl3 (gas) + H2 (gas) + heat
• 2H2 (gas) + 2SiHCl3 (gas) -> 2Si (solid) + 6HCl (gas)
• SiH4 (gas) + heat -> Si (solid) + 2H2 (gas)

Metallurgical-grade silicon (MGS)

Submerged Electric Arc Furnace.

Bahan sumber khas untuk produksi komersial unsur silikon adalah kerikil kuarsit; bentuk pasir yang relatif murni (SiO 2). Contohnya, langkah pertama dalam sintesis silikon adalah peleburan dan reduksi silika dalam tungku busur elektroda terendam,submerged-electrode arc furnace. Campuran kerikil kuarsit dan karbon dipanaskan hingga suhu tinggi (sekitar 1800 °C) di dalam tungku. Lapisan karbon terdiri dari campuran batu bara, kokas, dan serpihan kayu. Yang terakhir ini memberikan porositas yang diperlukan sehingga gas yang tercipta selama reaksi (SiO dan CO) dapat mengalir melalui lapisan. Campuran kerikil kuarsit dan karbon dipanaskan hingga suhu tinggi (sekitar 1800 °C) di dalam tungku. Lapisan karbon terdiri dari campuran batu bara, kokas, dan serpihan kayu. Yang terakhir ini memberikan porositas yang diperlukan sehingga gas yang tercipta selama reaksi (SiO dan CO) dapat mengalir melalui lapisan.

Reaksi awal antara lelehan SiO 2 dan C, terjadi pada busur antara elektroda yang berdekatan, dimana suhu lokal dapat melebihi 2000 °C. SiO dan CO kemudian menghasilkan aliran ke zona yang lebih dingin di tungku tempat SiC terbentuk, atau lebih tinggi di lapisan tempat mereka membentuk kembali SiO 2 dan C, SiC bereaksi dengan lelehan SiO 2, menghasilkan silikon yang diinginkan bersama dengan SiO dan CO. Silikon cair yang terbentuk dikeluarkan dari tungku dan dipadatkan.

MGS yang diproduksi sekitar 98-99% murni, dengan pengotor utama adalah aluminium dan besi, namun, memperoleh tingkat pengotor boron yang rendah sangatlah penting, karena merupakan hal yang penting. sulit untuk dihilangkan dan berfungsi sebagai dopan untuk silikon. Kelemahan dari proses di atas adalah memerlukan banyak energi dan bahan mentah. Diperkirakan produksi satu metrik ton (1.000 kg) MGS memerlukan 2500 - 2700 kg kuarsit, 600 kg arang, 600 - 700 kg batu bara atau kokas, 300 - 500 kg serpihan kayu, dan tenaga listrik 500.000 kWh. Saat ini, sekitar 500.000 metrik ton MGS diproduksi per tahun di seluruh dunia. Sebagian besar produksinya (sekitar 70%) digunakan untuk aplikasi metalurgi (misalnya, paduan aluminium-silikon biasanya digunakan untuk blok mesin otomotif) yang merupakan asal mula namanya. Aplikasi dalam berbagai produk kimia seperti resin silikon menyumbang sekitar 30%, dan hanya 1% atau kurang dari total produksi MGS yang digunakan dalam pembuatan EGS dengan kemurnian tinggi untuk industri elektronik. Konsumsi EGS di seluruh dunia saat ini adalah sekitar 5 x 10 6 kg per tahun.

Tabel : Konsentrasi pengotor yang umum ditemukan pada silikon tingkat metalurgi (MGS).

Element	Concentration (ppm)	Element	Concentration (ppm)
aluminum	1000-4350	manganese	50-120
boron	40-60	molybdenum	< 20
calcium	245-500	nickel	10-105
chromium	50-200	phosphorus	20-50
copper	15-45	titanium	140-300
iron	1550-6500	vanadium	50-250
magnesium	10-50	zirconium	20

Electronic-grade silicon (EGS)

Schematic diagram of the traditional Siemens and the fluidized bed reactor purification process

Penarik kristal. Digunakan untuk membuat ingot silikon untuk digunakan dalam industri semikonduktor, penarik kristal ini terdiri dari dua bagian utama, tungku dan penarik: tungku berbentuk silinder dan terletak di bagian bawah instrumen.

Silikon tingkat elektronik (EGS) adalah bahan polikristalin dengan kemurnian sangat tinggi dan merupakan bahan mentah untuk pertumbuhan silikon kristal tunggal. EGS adalah salah satu bahan paling murni yang umum tersedia. Pembentukan EGS dari MGS dilakukan melalui proses pemurnian kimia. Konsep dasarnya melibatkan konversi MGS menjadi senyawa silikon yang mudah menguap, yang dimurnikan dengan distilasi, dan selanjutnya diurai untuk membentuk kembali unsur silikon dengan kemurnian lebih tinggi (yaitu, EGS). Terlepas dari rute pemurnian yang digunakan, langkah pertama adalah penghancuran fisik MGS diikuti dengan konversi menjadi senyawa silikon yang mudah menguap.

Tabel : Konsentrasi pengotor yang umum ditemukan pada silikon tingkat elektronik (EGS).

Element	Concentration (ppb)	Element	Concentration (ppb)
arsenic	< 0.001	gold	< 0.00001
antimony	< 0.001	iron	0.1-1.0
boron	≤ 0.1	nickel	0.1-0.5
carbon	100-1000	oxygen	100-400
chromium	< 0.01	phosphorus	≤ 0.3
cobalt	0.001	silver	0.001
copper	0.1	zinc	< 0.1

Pembentukan EGS dari MGS dilakukan melalui proses pemurnian kimia. Konsep dasarnya melibatkan konversi MGS menjadi senyawa silikon yang mudah menguap, yang dimurnikan dengan distilasi, dan selanjutnya diurai untuk membentuk kembali unsur silikon dengan kemurnian lebih tinggi (yaitu, EGS). Terlepas dari rute pemurnian yang digunakan, langkah pertama adalah penghancuran fisik MGS diikuti dengan konversi menjadi senyawa silikon yang mudah menguap.

Sejumlah senyawa, seperti monosilana (SiH 4 ), diklosilana (SiH 2 Cl 2 ), triklorosilan (SiHCl 3 ), dan silikon tetraklorida (SiCl 4 ), telah dianggap sebagai zat antara kimia. Diantaranya, SiHCl 3 telah digunakan terutama sebagai senyawa antara untuk pembentukan EGS selanjutnya, meskipun SiH 4 digunakan pada tingkat yang lebih rendah. Silikon tetraklorida dan turunan terklorinasi rendahnya digunakan untuk pertumbuhan deposisi uap kimia (CVD) Si dan SiO 2 . Titik didih silan dan produk terklorinasinya sedemikian rupa sehingga mudah dipisahkan satu sama lain melalui distilasi fraksional. sedemikian rupa sehingga mudah dipisahkan satu sama lain melalui distilasi fraksional.

Tabel : Titik didih silan dan klorosilan pada 760 mmHg (1 atmosfer).

Compound	Boiling point (°C)
SiH4	-112.3
SiH3Cl	-30.4
SiH2Cl2	8.3
SiHCl3	31.5
SiCl4	57.6

Alasan dominannya penggunaan SiHCl 3 dalam sintesis EGS adalah sebagai berikut:

1. SiHCl 3 dapat dengan mudah dibentuk melalui reaksi hidrogen klorida anhidrat dengan MGS pada suhu yang cukup rendah (200 - 400 °C);
2. berbentuk cair pada suhu kamar sehingga pemurnian dapat dilakukan dengan menggunakan teknik distilasi standar;
3. mudah ditangani dan jika kering dapat disimpan dalam tangki baja karbon;
4. cairannya mudah menguap dan, bila dicampur dengan hidrogen, dapat diangkut dalam jalur baja tanpa korosi;
5. itu dapat dikurangi pada tekanan atmosfer dengan adanya hidrogen;
6. pengendapannya dapat terjadi pada silikon yang dipanaskan, sehingga menghilangkan kontak dengan permukaan asing yang dapat mencemari silikon yang dihasilkan; Dan
7. ia bereaksi pada suhu yang lebih rendah (1000 - 1200 °C) dan dengan laju yang lebih cepat dibandingkan SiCl 4 .

Spesifikasi Silikon Kelas Elektronik

Electronic Grade Silicon (EGS), juga dikenal sebagai Silicon kelas semikonduktor, adalah bentuk Silikon ultra murni yang digunakan dalam industri elektronik dan semikonduktor untuk membuat sirkuit terpadu, sel surya, dan perangkat teknologi tinggi lainnya. Tingkat kemurnian yang tinggi ini sangat penting karena sedikit saja pengotor dapat mempengaruhi kinerja dan efisiensi perangkat elektronik secara signifikan.

Berikut adalah spesifikasi utama dari Electronic Grade Silicon:

• Kemurnian: Spesifikasi EGS yang paling penting adalah kemurniannya. Silikon Kelas Elektronik memerlukan tingkat kemurnian ingot silikon kelas semikonduktor dengan kemurnian tinggi99,9999% (6N) atau lebih tinggi, dengan beberapa aplikasi memerlukan kemurnian hingga 99,9999999% (9N). Semakin tinggi kemurniannya, semakin sedikit kotoran dan cacat, sehingga kinerja perangkat menjadi lebih baik.
• Konsentrasi dopan: Konsentrasi dopan yang disengaja seperti boron, fosfor, arsenik, atau antimon dikontrol dengan ketat untuk memastikan sifat listrik yang tepat. Tingkat doping yang diinginkan bervariasi tergantung pada aplikasi spesifik.
• Jejak pengotor: Konsentrasi pengotor yang tidak disengaja, seperti logam (misalnya aluminium, tembaga, besi), dan unsur lainnya (misalnya karbon, oksigen) harus dijaga pada tingkat yang sangat rendah. Pengotor ini dapat menimbulkan cacat dan mempengaruhi sifat kelistrikan Silikon, sehingga menyebabkan penurunan kinerja perangkat.
• Struktur kristal: Silikon Kelas Elektronik biasanya diproduksi sebagai ingot monokristalin atau polikristalin. Silikon Monokristalin lebih disukai untuk aplikasi berkinerja tinggi, karena memiliki struktur kristal yang lebih seragam dan cacat yang lebih sedikit, sehingga menghasilkan sifat listrik yang lebih baik. Silikon Polikristalin, meskipun kurang seragam, lebih hemat biaya dan cocok untuk aplikasi berkinerja rendah seperti sel surya.
• Resistivitas: Resistivitas Silikon merupakan parameter penting dalam perangkat elektronik, karena menentukan konduktivitas listrik suatu material. Resistivitas EGS dikendalikan oleh konsentrasi dopan dan kemurnian Silikon. Aplikasi yang berbeda memerlukan nilai resistivitas tertentu, jadi memastikan bahwa EGS memenuhi persyaratan ini sangatlah penting.
• Permukaan akhir dan dimensi : Ingot silikon sering diiris menjadi wafer tipis untuk diproses lebih lanjut. Permukaan akhir wafer ini harus halus dan bebas cacat, karena ketidaksempurnaan apa pun dapat menyebabkan masalah selama pembuatan perangkat elektronik. Selain itu, wafer harus memiliki ketebalan yang seragam dan memiliki dimensi yang jelas untuk memastikan kinerja perangkat yang tepat.

Silikon Kelas Elektronik dicirikan oleh kemurniannya yang tinggi, konsentrasi dopan yang terkontrol, tingkat pengotor jejak yang rendah, struktur kristal yang terdefinisi dengan baik, resistivitas spesifik, serta permukaan dan dimensi permukaan yang presisi. Spesifikasi ini memastikan bahwa Silicon cocok untuk pembuatan perangkat elektronik dan semikonduktor berkinerja tinggi.

Lihat pula

• Fabrikasi wafer
• Wafer elektronik
• Semikonduktor
• Industri semikonduktor
• Polikristalin
• Silikon monokristalin
• Proses Czochralski
• Boule kristal silikon
• Doping semikonduktor
• Pengemasan sirkuit terpadu
• Pabrik Fabless
• Fotolitografi
• Litografi ultraviolet ekstrim
• Litografi rendam
• ASML Holding pemasok sistem fotolitografi terbesar, terutama untuk industri semikonduktor.
• SEMI — The semiconductor industry trade association
• Electronic design automation
• Fab
• Foundry
• GDS-II
• OASIS

Pranala luar

• Semiconductor Manufacturing Diarsipkan 2008-12-01 di Wayback Machine.
• Intel's Animated step-by-step process Diarsipkan 2007-05-20 di Wayback Machine.
• Semiconductor Manufacturing and Fabrication Diarsipkan 2017-07-05 di Wayback Machine.