Lingotto di silicio
La coltivazione di un lingotto di silicio può richiedere da una settimana a un mese intero, a seconda di molti fattori, tra cui dimensioni, qualità e specifiche. Più del 75% di tutti i wafer di silicio monocristallino cresce con il metodo Czochralski (CZ) che utilizza pezzi di silicio policristallino vergine. Questi pezzi vengono fusi e posti in un crogiolo di quarzo insieme a piccole quantità di elementi chiamati droganti, i più comuni dei quali sono il boro, il fosforo, l'arsenico e l'antimonio. I droganti aggiunti forniscono le proprietà elettriche desiderate per il lingotto coltivato e, a seconda del drogante utilizzato, il lingotto diventa un lingotto di tipo P o N (boro: tipo P; fosforo, antimonio, arsenico: tipo N).
I materiali vengono quindi riscaldati a una temperatura superiore al punto di fusione del silicio, circa 1420 gradi Celsius. Una volta che la combinazione di silicio policristallino e drogante è stata liquefatta, un singolo cristallo di silicio, il seme, viene posizionato sopra il fuso, toccando appena la superficie. Il seme ha lo stesso orientamento dei cristalli richiesto nel lingotto finito. Per ottenere l'uniformità del drogaggio, il seme e il crogiolo di silicio fuso vengono ruotati in direzioni opposte. Una volta soddisfatte le condizioni per la crescita del cristallo, il cristallo del seme viene lentamente sollevato dalla fusione. La crescita inizia con una rapida estrazione del cristallo del seme al fine di ridurre al minimo il numero di difetti cristallini all'interno del lingotto all'inizio del processo di crescita. La velocità di trazione viene quindi ridotta per consentire al diametro del cristallo di crescere fino a diventare leggermente più grande del diametro finale desiderato. Quando si ottiene il diametro target, le condizioni di crescita vengono stabilizzate per mantenere il diametro. Quando il seme viene lentamente sollevato al di sopra del fuso, la tensione superficiale tra il seme e il fuso fa sì che un sottile film di silicio aderisca al seme e poi si raffreddi. Durante il raffreddamento, gli atomi del silicio fuso si orientano verso la struttura cristallina del seme.
Una volta che il lingotto è completamente cresciuto, viene macinato fino a ottenere un diametro approssimativo leggermente più grande del diametro desiderato del wafer di silicio finito. Al lingotto viene quindi data una tacca o un piatto per indicarne l'orientamento, a seconda del diametro del wafer, delle specifiche del cliente o degli standard SEMI. Una volta superati alcuni controlli, il lingotto viene tagliato in cialde.
