Como fabricantes de obleas de silicio, a menudo nos preguntan sobre el fascinante proceso que transforma la arena cruda en los discos ultrapuros, similares a espejos, que alimentan todos los dispositivos electrónicos modernos. Aquí presentamos una mirada en profundidad a cómo creamos las bases de la industria de los semiconductores.

Etapa 1: de arena a silicio de grado semiconductor

1.1 Purificación de silicio

El viaje comienza con lo ordinario arena de cuarcita (sio₂) Extraído de lugares selectos en todo el mundo a través de un proceso de refinamiento de varios pasos:

• reducción carbotérmica: sand is mixed with carbon and heated to 2000°c in arc furnaces, producing 98% pure metallurgical-grade silicon (mgs)

• hidrocloración:mgs reacciona con cloruro de hidrógeno para formar triclorosilano (hsicl₃)

• destilación:Múltiples torres de destilación eliminan impurezas como el boro y el fósforo.

• proceso siemens: high-purity trichlorosilane is decomposed at 1100°c onto ultra-pure silicon rods, creating electronic-grade silicon (egs) with 99.9999999% purity ("9n")

1.2 crecimiento del lingote

Dos métodos principales crean lingotes de silicio monocristalino:

método czochralski (cz) (80% de obleas)

• El huevo se funde en crisoles de cuarzo a 1420 °C.

• Se sumerge un cristal semilla en la masa fundida y se tira lentamente (1-100 mm/min) mientras gira.

• El control preciso de los gradientes de temperatura crea monocristales perfectos

• El dopaje se produce añadiendo cantidades precisas de boro (tipo p) o fósforo (tipo n).

método de zona de flotación (fz) (para obleas de alta resistividad)

• Una varilla policristalina se refina por zonas mediante calentamiento por radiofrecuencia.

• produce cristales con menor contenido de oxígeno que el cz

Etapa 2: procesamiento de lingotes

2.1 Estandarización del diámetro

Los lingotes se muelen hasta alcanzar diámetros exactos:

• 150 mm (6"), 200 mm (8"), 300 mm (12") - con 450 mm en desarrollo

• Nuestros sistemas de medición láser mantienen una tolerancia de ±0,1 mm

2.2 Planos/muescas de orientación

• primary flat indicates crystal orientation (typically <110>)

• El plano secundario denota el tipo de dopaje

• En obleas de 300 mm, las muescas reemplazan las superficies planas para optimizar el espacio.

2.3 Prueba de resistividad

Las mediciones de la sonda de cuatro puntos verifican:

• tipo p: 1-100 ohmios-cm

• tipo n: 0,001-100 ohmios-cm

Etapa 3: corte de la oblea

3.1 Tecnología de sierra de alambre

• Alambres recubiertos de diamante (0,1 mm de diámetro) en suspensión cortan más de 300 obleas simultáneamente

• velocidades de corte de hasta 2 mm/min con <25µm thickness variation

• kerf loss reduced to 150µm through advanced wire guides

3.2 edge grinding

• precision grinding creates rounded edges to:

• prevent chipping

• reduce stress concentrations

• improve photoresist coating uniformity

stage 4: surface preparation

4.1 lapping & etching

• double-side lapping achieves <1µm flatness

• acidic (hno₃/hf) or alkaline (koh) etching removes 20-50µm of damaged silicon

4.2 polishing

• chemical-mechanical planarization (cmp) using:

• colloidal silica slurry (ph 10-11)

• polyurethane polishing pads

• downforce of 3-7 psi

• achieves surface roughness <0.2nm rms

4.3 cleaning

sc1/sc2 rca cleaning removes:

• organic contaminants (h₂o₂/nh₄oh)

• metallic impurities (h₂o₂/hcl)

• particles down to <10/nm @ 45nm size

stage 5: metrology & packaging

5.1 quality control

• thickness: laser gauges measure to ±0.25µm

• flatness: capacitive sensors detect <0.3µm ttv

• surface defects: dark-field scanners detect >0.12µm particles

• crystal defects: x-ray topography identifies dislocations

5.2 packaging

• class 1 cleanroom environment

• vacuum-sealed cassettes with nitrogen purge

• shipping containers with <1 ppm oxygen

technical specifications comparison

(*for typical 10mm² die)

future innovations

our r&d focuses on:

• 450mm wafer transition (40% more die/wafer)

• epitaxial growth with <0.5% thickness variation

• soi wafers with 25nm buried oxide layers

• patterned wafers with embedded nanostructures

silicon wafers remain the most precisely engineered materials in human history - with over 200 controlled parameters in their manufacture. as we push toward atomic-level perfection, these crystalline foundations will continue enabling smaller, faster, and more efficient electronics for decades to come.