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. Oltre il 75% di tutti i wafer di silicio monocristallino cresce attraverso 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 boro, fosforo, arsenico e 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 la fusione, toccando a malapena la superficie. Il seme ha lo stesso orientamento del cristallo 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 che le condizioni per la crescita del cristallo sono state soddisfatte, 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. Mentre il seme viene lentamente sollevato sopra il fuso, la tensione superficiale tra il seme e il fuso fa sì che un sottile film di silicio aderisca al seme e quindi si raffreddi. Durante il raffreddamento, gli atomi nel silicio fuso si orientano verso la struttura cristallina del seme.
Una volta che il lingotto è completamente cresciuto, viene macinato a un diametro di dimensioni approssimative leggermente superiore al diametro desiderato del wafer di silicio finito. Al lingotto viene quindi assegnata una tacca o un piatto per indicare il suo orientamento, a seconda del diametro del wafer, delle specifiche del cliente o degli standard SEMI. Una volta superata una serie di ispezioni, il lingotto viene tagliato in wafer.
