Жартылай өткізгіштер өрісінде SiC және TaC жабындарының қолданылуы қандай?

Жартылай өткізгіштер секторы қалай анықталады және оның негізгі құрамдас бөліктері қандай?

Жартылай өткізгіштер секторы жартылай өткізгіш интегралдық схемаларды (IC), жартылай өткізгіш дисплейлерді (LCD/OLED панельдері), жартылай өткізгішті жарықтандыруды (LED) және жартылай өткізгіш энергия өнімдерін (фотоэлектрлік) өндіру үшін жартылай өткізгіш материалдардың қасиеттерін жартылай өткізгіштерді өндіру процестері арқылы кеңінен пайдалануды білдіреді. Интегралды схемалар осы сектордың 80% құрайды, сондықтан, тар мағынада, жартылай өткізгіштер өнеркәсібі көбінесе IC өнеркәсібіне қатысты.

Негізінде, жартылай өткізгішті өндіру «субстраттағы» тізбек құрылымдарын жасауды және әртүрлі функцияларға қол жеткізу үшін осы схеманы сыртқы қуат пен басқару жүйелеріне қосуды қамтиды. Субстраттар, өнеркәсіпте қолданылатын термин, Si немесе SiC сияқты жартылай өткізгіш материалдардан немесе сапфир немесе шыны сияқты жартылай өткізгіш емес материалдардан жасалуы мүмкін. Жарықдиодты және панельдік өнеркәсіптерді қоспағанда, кремний пластиналары ең жиі қолданылатын субстраттар болып табылады. Эпитаксия субстратта жаңа жұқа қабықшалы материалды өсіру процесін білдіреді, жалпы материалдар Si, SiC, GaN, GaAs және т.б. Эпитаксия құрылғы дизайнерлеріне допинг қалыңдығы, субстратқа тәуелсіз эпитаксиалды қабаттың концентрациясы және профилі. Бұл бақылау эпитаксиалды өсу процесінде допинг арқылы жүзеге асырылады.

Жартылай өткізгіштер өндірісіндегі алдыңғы процесс нені қамтиды?

Фронт-соңғы процесс - жартылай өткізгіштер өндірісінің техникалық жағынан ең күрделі және капиталды көп қажет ететін бөлігі, ол бірдей процедураларды бірнеше рет қайталауды талап етеді, сондықтан «циклдік процесс» деп аталады. Ол ең алдымен тазалауды, тотығуды, фотолитографияны, офортты, иондарды имплантациялауды, диффузияны, жасытуды, жұқа қабықшаны тұндыруды және жылтыратуды қамтиды.

Қаптамалар жартылай өткізгіштерді өндіруге арналған жабдықты қалай қорғайды?

Жартылай өткізгішті өндіру жабдықтары жоғары температурада, жоғары коррозиялық ортада жұмыс істейді және өте жоғары тазалықты талап етеді. Осылайша, жабдықтың ішкі бөліктерін қорғау өте маңызды мәселе болып табылады. Қаптау технологиясы негізгі материалдарды олардың беттерінде жұқа жабын қабатын қалыптастыру арқылы жақсартады және қорғайды. Бұл бейімделу негізгі материалдарға аса төтенше және күрделі өндірістік орталарға төтеп беруге мүмкіндік береді, олардың жоғары температура тұрақтылығын, коррозияға төзімділігін, тотығуға төзімділігін жақсартады және олардың қызмет ету мерзімін ұзартады.

НеліктенSiC жабыныКремний субстратының өндіріс доменінде маңызды ма?

Кремний кристалдарын өсіретін пештерде 1500°C шамасында жоғары температурадағы кремний буы графит немесе көміртегі-көміртекті материалдың құрамдас бөліктерін айтарлықтай коррозияға ұшыратуы мүмкін. Жоғары тазалықты қолдануSiC жабыныбұл компоненттер кремний буын тиімді бөгеп, компоненттердің қызмет ету мерзімін ұзарта алады.

Жартылай өткізгішті кремний пластинкаларын өндіру процесі күрделі, көптеген қадамдарды қамтиды, кристалдық өсу, кремний пластинасын қалыптастыру және эпитаксиалды өсу негізгі кезеңдері болып табылады. Кристаллдың өсуі кремний пластинасын өндірудегі негізгі процесс болып табылады. Монокристалды дайындау кезеңінде пластинаның диаметрі, кристалды бағдарлау, қоспа өткізгіштік түрі, меншікті кедергі диапазоны мен таралуы, көміртегі мен оттегі концентрациясы және тор ақаулары сияқты маңызды техникалық параметрлер анықталады. Монокристалды кремний әдетте Чохральски (CZ) әдісі немесе Float Zone (FZ) әдісі арқылы дайындалады. Кремний монокристалдарының шамамен 85%-ын құрайтын CZ әдісі ең жиі қолданылады. 12 дюймдік кремний пластинкаларын тек CZ әдісі арқылы жасауға болады. Бұл әдіс жоғары таза полисилиций материалын кварц тигельіне салуды, оны жоғары таза инертті газдың қорғауында балқытуды, содан кейін балқымаға бір кристалды кремний тұқымын енгізуді қамтиды. Тұқым жоғары тартылған кезде кристал монокристалды кремний таяқшасына айналады.

ҚалайTaC жабыныPVT әдістерімен даму?

SiC тән сипаттамалары (атмосфералық қысымда Si:C=1:1 сұйық фазасының болмауы) бір кристалдың өсуін қиындатады. Қазіргі уақытта негізгі әдістерге физикалық буларды тасымалдау (PVT), жоғары температурадағы химиялық буларды тұндыру (HT-CVD) және сұйық фазалық эпитаксия (LPE) кіреді. Олардың ішінде PVT жабдыққа төмен талаптарға, қарапайым процесске, күшті басқаруға және белгіленген өнеркәсіптік қолданбаларға байланысты ең кең таралған.

ПВТ әдісі графит тигельден тыс жылу оқшаулау жағдайларын реттеу арқылы осьтік және радиалды температура өрістерін басқаруға мүмкіндік береді. SiC ұнтағы графитті тигельдің ыстық түбіне орналастырылады, ал SiC тұқымдық кристалы салқындатқыштың жоғарғы жағында бекітіледі. Өсіп келе жатқан SiC кристалы мен ұнтақ арасындағы жанасуды болдырмау үшін ұнтақ пен тұқым арасындағы қашықтық әдетте бірнеше ондаған миллиметрге дейін бақыланады. Әртүрлі қыздыру әдістерін (индукциялық немесе қарсылық қыздыру) пайдалана отырып, SiC ұнтағы 2200-2500°C дейін қызады, бұл бастапқы ұнтақтың сублимациялануына және Si, Si2C және SiC2 сияқты газ тәрізді компоненттерге ыдырауына әкеледі. Бұл газдар конвекция арқылы тұқымдық кристалдың ұшына тасымалданады, онда SiC кристалданады, монокристалды өсуге жетеді. Әдеттегі өсу жылдамдығы 0,2-0,4 мм/сағ, 20-30 мм кристалды құйманы өсіру үшін 7-14 күн қажет.

PVT-де өсірілген SiC кристалдарында көміртегі қосындыларының болуы SiC кристалдарының сапасын нашарлататын және SiC негізіндегі құрылғылардың өнімділігін шектейтін микротүтікшелер мен полиморфты ақауларға ықпал ететін маңызды ақау көзі болып табылады. Әдетте, SiC ұнтағының графиттенуі және көміртегіге бай өсу фронты көміртегі қосындыларының танылған көздері болып табылады: 1) SiC ұнтағының ыдырауы кезінде Si буы газ фазасында жиналады, ал C қатты фазада шоғырланады, бұл ұнтақтың қатты карбонизациясына әкеледі. кеш өсу. Ұнтақтағы көміртегі бөлшектері гравитацияны жеңіп, SiC құймасына таралғаннан кейін көміртегі қосындылары пайда болады. 2) Si-ға бай жағдайларда артық Si буы графит тигель қабырғасымен әрекеттеседі, көміртегі бөлшектері мен Si-құрамында компоненттерге оңай ыдырай алатын жұқа SiC қабатын құрайды.

Бұл мәселелерді екі тәсілмен шешуге болады: 1) Өсудің кеш сатысында қатты көміртегіленген SiC ұнтағынан көміртек бөлшектерін сүзіңіз. 2) Si буының графит тигель қабырғасын тоттануына жол бермеңіз. Көптеген карбидтер, мысалы, TaC 2000°C жоғары температурада тұрақты жұмыс істей алады және қышқылдар, сілтілер, NH3, H2 және Si буларының химиялық коррозиясына қарсы тұра алады. SiC пластинкаларына қойылатын сапа талаптарының артуына байланысты SiC кристалдарын өсіру технологиясында TaC жабындарын қолдану өнеркәсіптік деңгейде зерттелуде. Зерттеулер көрсеткендей, PVT өсу пештерінде TaC қапталған графит құрамдастарын пайдаланып дайындалған SiC кристалдары кристалдардың сапасын едәуір жақсарта отырып, ақаулардың тығыздығы айтарлықтай төмендетілген.

а) КеуектіTaC немесе TaC қапталған кеуекті графит: Көміртек бөлшектерін сүзеді, кристалға диффузияны болдырмайды және біркелкі ауа ағынын қамтамасыз етеді.

б)TaC қапталғансақиналар: графит тигель қабырғасынан Si буын оқшаулаңыз, Si буымен тигель қабырғасының коррозиясын болдырмаңыз.

в)TaC қапталғанағын бағыттағыштары: ауа ағынын тұқым кристалына бағыттай отырып, графит тигель қабырғасынан Si буын бөліп алыңыз.

г)TaC қапталғанТұқымдық кристалды ұстағыштар: Si буымен үстіңгі қақпақ коррозиясын болдырмау үшін тигельдің үстіңгі қақпағынан Si буын оқшаулаңыз.

ҚалайCVD SiC жабыныGaN субстрат өндірісінің пайдасы бар ма?

Қазіргі уақытта GaN субстраттарының коммерциялық өндірісі сапфир субстратында буферлік қабатты (немесе маска қабатын) жасаудан басталады. Содан кейін сутегі буының фазалық эпитаксисі (HVPE) осы буферлік қабатта GaN қабықшасын жылдам өсіру үшін қолданылады, содан кейін бос тұрған GaN субстратын алу үшін бөлу және жылтырату. Төмен және жоғары температурадағы химиялық реакцияларға қойылатын талаптарды ескере отырып, HVPE атмосфералық қысымды кварц реакторларында қалай жұмыс істейді?

Төмен температура аймағында (800-900°С) газ тәрізді HCl металдық Ga-мен әрекеттесіп, газ тәрізді GaCl түзеді.

Жоғары температура аймағында (1000-1100°С) газ тәрізді GaCl газ тәрізді NH3-пен әрекеттесіп, GaN монокристалды қабықша түзеді.

HVPE жабдығының құрылымдық бөліктері қандай және олар коррозиядан қалай қорғалған? HVPE жабдығы галлий қайығы, пеш корпусы, реактор, газ конфигурациялау жүйесі және шығару жүйесі сияқты компоненттерден тұратын көлденең немесе тік болуы мүмкін. NH3-пен жанасатын графит науалары мен шыбықтар коррозияға бейім және оларды қорғауға болады.SiC жабынызақымдануды болдырмау үшін.

CVD технологиясының GaN Epitaxy өндірісінен маңыздылығы қандай?

Жартылай өткізгіш құрылғылар саласында неліктен белгілі бір пластинкалы негіздерде эпитаксиалды қабаттарды салу қажет? Әдеттегі мысалға сапфирді субстраттарда GaN эпитаксиалды қабаттарын қажет ететін көк-жасыл жарықдиодты шамдар кіреді. MOCVD жабдығы GaN эпитаксиясын өндіру процесінде өте маңызды, жетекші жеткізушілер Қытайдағы AMEC, Aixtron және Veeco болып табылады.

Неліктен MOCVD жүйелерінде эпитаксиалды тұндыру кезінде субстраттарды тікелей металл немесе қарапайым негіздерге қоюға болмайды? Газ ағынының бағыты (көлденең, тік), температура, қысым, субстратты бекіту және қоқыстан ластану сияқты факторларды ескеру қажет. Сондықтан субстраттарды ұстау үшін қалталары бар сусептор қолданылады, ал эпитаксиалды тұндыру CVD технологиясы арқылы осы қалталарға салынған субстраттарда орындалады. Theсуссептор - SiC жабыны бар графит негізі.

GaN эпитаксисіндегі негізгі химиялық реакция дегеніміз не және SiC жабынының сапасы неге маңызды? Негізгі реакция NH3 + TMGa → GaN + жанама өнімдер (шамамен 1050-1100 ° C температурада). Дегенмен, NH3 жоғары температурада термиялық ыдырайды, атом сутегін шығарады, ол графиттегі көміртегімен күшті әрекеттеседі. NH3/H2 1100°C температурада SiC-пен әрекеттеспегендіктен, SiC жабынының толық инкапсуляциясы және сапасы процесс үшін өте маңызды.

SiC Epitaxy өндірісі саласында жабындар реакция камераларының негізгі түрлерінде қалай қолданылады?

SiC – 200-ден астам түрлі кристалдық құрылымы бар типтік политиптік материал, олардың ішінде 3C-SiC, 4H-SiC және 6H-SiC ең көп таралған. 4H-SiC негізінен негізгі құрылғыларда қолданылатын кристалдық құрылым болып табылады. Кристалл құрылымына әсер ететін маңызды фактор реакция температурасы болып табылады. Белгілі бір шекті мәннен төмен температуралар басқа кристалдық пішіндерді тудырады. Оңтайлы реакция температурасы 1550 және 1650 ° C аралығында; 1550°C-тан төмен температуралар 3C-SiC және басқа құрылымдардың пайда болуы ықтимал. Дегенмен, 3C-SiC әдетте қолданыладыSiC жабындары, және шамамен 1600°C реакция температурасы 3C-SiC шегіне жақын. TaC жабындарының ағымдағы қолданылуы шығындармен шектелгенімен, ұзақ мерзімді перспективада,TaC жабындарыSiC эпитаксистік жабдықтағы SiC жабындарын біртіндеп ауыстырады деп күтілуде.

Қазіргі уақытта SiC эпитаксисі үшін CVD жүйелерінің үш негізгі түрі бар: планеталық ыстық қабырға, көлденең ыстық қабырға және тік ыстық қабырға. Планетарлық ыстық қабырғалы CVD жүйесі бір партияда бірнеше пластинаны өсіру қабілетімен сипатталады, нәтижесінде өндіріс тиімділігі жоғары. Көлденең ыстық қабырғалы CVD жүйесі әдетте бір пластиналы, үлкен өлшемді өсу жүйесін қамтиды, бұл пластинаның тамаша сипаттамаларын жеңілдетеді. Тік ыстық қабырғалы CVD жүйесі негізінен сыртқы механикалық негіз көмегімен жоғары жылдамдықты айналуды қамтамасыз етеді. Ол төменгі реакциялық камераның қысымын ұстап тұру арқылы шекаралық қабаттың қалыңдығын тиімді төмендетеді, осылайша эпитаксиалды өсу жылдамдығын арттырады. Сонымен қатар, оның камерасының дизайнында SiC бөлшектерінің тұндырылуына әкелетін, бөлшектердің құлау қаупін азайтатын және ақауларды бақылауда өзіндік артықшылықты қамтамасыз ететін үстіңгі қабырға жоқ.

Жоғары температуралы термиялық өңдеу үшін, қандай қолданбалар барCVD SiCқұбырлы пеш жабдығында?

Түтік пештерінің жабдықтары жартылай өткізгіш өнеркәсібінде тотығу, диффузия, жұқа қабықшаларды өсіру, күйдіру және легирлеу сияқты процестерде кеңінен қолданылады. Екі негізгі түрі бар: көлденең және тік. Қазіргі уақытта IC индустриясы негізінен тік құбырлы пештерді пайдаланады. Процесс қысымы мен қолданылуына байланысты құбырлы пештердің жабдықтарын атмосфералық қысымды пештер және төмен қысымды пештер деп бөлуге болады. Атмосфералық қысымды пештер негізінен термиялық диффузиялық қоспалау, жұқа қабықпен тотығу және жоғары температурада күйдіру үшін қолданылады, ал төмен қысымды пештер әртүрлі типтегі жұқа қабықшаларды (мысалы, LPCVD және ALD) өсіруге арналған. Түрлі құбырлы пештер жабдығының құрылымдары ұқсас және олар қажет болған жағдайда диффузия, тотығу, күйдіру, LPCVD және ALD функцияларын орындау үшін икемді түрде конфигурациялануы мүмкін. Тазалығы жоғары күйдірілген SiC түтіктері, SiC пластинкалары және SiC төсеу қабырғалары құбырлы пеш жабдығының реакциялық камерасының ішіндегі маңызды құрамдас бөліктер болып табылады. Тұтынушының талаптарына байланысты қосымшаSiC жабыныөнімділігін арттыру үшін күйдірілген SiC керамикасының бетіне жағуға болады.

Фотоэлектрлік түйіршіктелген кремний өндірісі саласында, неліктенSiC жабыныБасты рөлді ойнайсыз ба?

Металлургиялық дәрежедегі кремнийден (немесе өнеркәсіптік кремнийден) алынған полисилиций - кремний құрамы 99,9999% (6N) асатынына жету үшін бірқатар физикалық және химиялық реакциялар арқылы тазартылған металл емес материал. Фотоэлектрлік өрісте полисилиций пластинкаларға, ұяшықтарға және модульдерге өңделеді, олар ақырында фотоэлектрлік электр энергиясын өндіру жүйелерінде қолданылады, бұл полисилицийді фотоэлектрлік өнеркәсіп тізбегінің маңызды құрамдас бөлігі етеді. Қазіргі уақытта полисилиций өндірісінің екі технологиялық жолы бар: модификацияланған Siemens процесі (шыбық тәрізді кремний) және силанды сұйық қабат процесі (түйіршікті кремний алу). Модификацияланған Siemens процесінде жоғары таза SiHCl3 1150°C шамасында жоғары таза кремний өзегінде жоғары тазалықтағы сутегі арқылы азаяды, нәтижесінде кремний өзегінде полисилиций тұндырады. Силанды сұйылтылған қабат процесі әдетте SiH4 кремний көзі газы ретінде және H2 тасымалдаушы газ ретінде пайдаланады, SiCl4 қосылып, түйіршікті полисилицийді алу үшін 600-800°C температурада сұйық қабаттағы реакторда SiH4 термиялық ыдырауы үшін. Модификацияланған Siemens процесі салыстырмалы түрде жетілген өндіріс технологиясына байланысты полисилликон өндірудің негізгі бағыты болып қала береді. Дегенмен, GCL-Poly және Tianhong Reike сияқты компаниялар түйіршіктелген кремний технологиясын ілгерілетуді жалғастыра отырып, силанды сұйылтылған төсек процесі төмен құны мен көміртегі ізінің азаюына байланысты нарық үлесін алуы мүмкін.

Өнімнің тазалығын бақылау тарихта құйылған қабат процесінің әлсіз нүктесі болды, бұл оның маңызды шығындарға қарамастан Siemens процесінен асып кетпеуінің негізгі себебі болып табылады. Қаптау материалдың температурасын оқшаулау және ұстап тұру кезінде реактордың металл қабығын жоғары температуралы газдар мен материалдардың эрозиясынан және тозуынан қорғайтын силанды сұйылтылған қабат процесінің негізгі құрылымы мен реакциялық ыдысы ретінде қызмет етеді. Қатаң жұмыс жағдайларына және түйіршікті кремниймен тікелей жанасуына байланысты төсеу материалы жоғары тазалық, тозуға төзімділік, коррозияға төзімділік және жоғары беріктікке ие болуы керек. Жалпы материалдарға а бар графит жатадыSiC жабыны. Дегенмен, нақты пайдалану кезінде түйіршікті кремнийдегі көміртегінің шамадан тыс мөлшеріне әкелетін жабынның пиллинг/крекинг жағдайлары бар, бұл графит төсемдерінің қызмет ету мерзімінің қысқа болуына және оларды шығын материалдарына жатқыза отырып, тұрақты ауыстыру қажеттілігіне әкеледі. SiC жабыны бар құйылған төсек төсемінің материалдарына және олардың жоғары құнына қатысты техникалық қиындықтар силанды сұйық төсек процесін нарыққа енгізуге кедергі келтіреді және кеңірек қолдану үшін шешілуі керек.

Пиролиттік графит жабыны қандай қолданбаларда қолданылады?

Пиролиттік графит – 1800°C және 2000°C аралығындағы пеш қысымында химиялық бумен тұндырылған жоғары таза көмірсутектерден тұратын жаңа көміртекті материал, нәтижесінде жоғары кристаллографиялық бағдарланған пиролитикалық көміртегі пайда болады. Оның жоғары тығыздығы (2,20 г/см³), жоғары тазалығы және анизотропты термиялық, электрлік, магниттік және механикалық қасиеттері бар. Ол тіпті шамамен 1800°C температурада 10 мм сынап бағанасы вакуумын сақтай алады, бұл аэроғарыш, жартылай өткізгіштер, фотоэлектрлік құрылғылар және аналитикалық құралдар сияқты салаларда кең қолдану әлеуетін таба алады.

Қызыл-сары жарықдиодты эпитаксияда және белгілі бір арнайы сценарийлерде MOCVD төбесі SiC жабынының қорғанысын қажет етпейді және оның орнына пиролитикалық графит жабыны ерітіндісін пайдаланады.

Электрондық сәулелік алюминий булану үшін тигельдер жоғары тығыздықты, жоғары температураға төзімділікті, жақсы термиялық соққыға төзімділікті, жоғары жылу өткізгіштікті, төмен жылу кеңею коэффициентін және қышқылдар, сілтілер, тұздар және органикалық реагенттермен коррозияға төзімділікті қажет етеді. Пиролиттік графит жабыны графит тигельмен бірдей материалды бөлісетіндіктен, ол графит тигельдің қызмет ету мерзімін ұзарта отырып, жоғары төмен температура цикліне тиімді төтеп бере алады.**