Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн процессууд нь том хэмжээтэй вафли, хатуу дулааны төсөв, бага согогийн хүлцэл рүү чиглэн хөгжихийн хэрээр өндөр температурын процессын тоног төхөөрөмжид ашигласан материалууд улам бүр чухал болж байна. Эдгээр гол хэрэглээний материал болон бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дунд цахиурын карбид (SiC) керамик вафли завь нь орчин үеийн диффузийн болон исэлдэлтийн зуухны системд хамгийн чухал идэвхжүүлэх технологийн нэг болж гарч ирсэн.
Дэвшилтэт хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн орчинд тэдгээр нь дулааны жигд байдал, бөөмсийн үүсэлт, вафлийн стрессийн тархалт, процессын тогтвортой байдал, эцэст нь төхөөрөмжийн гарцад шууд нөлөөлдөг.
Ялангуяа 300 мм-ийн вафли үйлдвэрлэл, цахилгаан хагас дамжуулагч үйлдвэрлэл, гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд цахиурын карбид керамик вафли завь нь давуу дулааны болон механик шинж чанараараа уламжлалт кварц дээр суурилсан тээвэрлэгч системийг хурдацтай орлож байна.
Цахиурын карбидын керамик вафли завь гэж юу вэ?
Цахиурын карбид керамик вафли завь нь дэвшилтэт цахиурын карбид дээр суурилсан керамикаар хийсэн өндөр температурт вафли зөөвөрлөх бүтэц юм. Үүний гол зорилго нь дулааны боловсруулалтын явцад босоо эсвэл хэвтээ зуухны системээр дамжуулан олон хагас дамжуулагч вафлиг аюулгүйгээр дэмжиж, тээвэрлэх явдал юм.
Ердийн вафли завь нь боловсруулалтын явцад вафлины зайг өндөр хяналттай байлгах зориулалттай олон тооны нарийн инженерчлэлтэй вафлины үүртэй байдаг. Хэрэглээнээс хамааран бүтэц нь тулгуур дам нуруу, консолын гар, агаарын урсгалыг оновчтой болгосон геометр, дулааны массыг багасгах зориулалттай хөнгөн арматурын хэсгүүдийг багтааж болно.
Хагас дамжуулагч зуухны системд вафли завь нь вафли болон дулааны боловсруулалтын орчны хоорондох интерфейс болж үр дүнтэй үйлчилдэг. Төхөөрөмжийн хэмжээсүүд дэвшилтэт технологийн зангилаа руу чиглэн багасах тусам вафли тулгуурын бүтэц доторх микроскопийн тогтворгүй байдал нь процессын давтагдах чадвар болон согогийн гүйцэтгэлд нөлөөлж болно.
Энэ нь дэвшилтэт зуух үйлдвэрлэгчид уламжлалт хайлуулсан кварцын системийн оронд өндөр цэвэршилттэй цахиурын карбидын керамик эд ангиудыг улам бүр нэвтрүүлж байгаагийн нэг шалтгаан юм.
ҮүрэгsДиффузийн болон исэлдэлтийн зуухны системд
Диффузи ба исэлдэлт нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн хамгийн үндсэн дулааны процессуудын нэг хэвээр байна. Эдгээр процессуудыг хольцыг идэвхжүүлэх, дулааны исэл ургуулах, ариутгах, хөдөлгүүрийн диффузи болон диэлектрик үүсэхэд өргөн ашигладаг.
Үйл ажиллагааны ердийн температур нь процессын химийн найрлага болон төхөөрөмжийн шаардлагаас хамааран ойролцоогоор 900°C-аас 1200°C хооронд хэлбэлздэг. Зарим дэвшилтэт цахилгаан хагас дамжуулагч эсвэл SiC төхөөрөмжийн хэрэглээнд дулааны мөчлөг 1300°C-аас хэтэрч болно.
Ийм нөхцөлд вафли завь нь бохирдлыг багасгаж, вафли хоорондын жигд зайг хадгалахын зэрэгцээ урт хугацааны дулааны мөчлөгийн туршид хэмжээст тогтвортой байдлыг хадгалах ёстой.
Уламжлалт кварцын вафли завийг өндөр цэвэршилттэй, харьцангуй хямд өртөгтэй тул диффузийн зууханд удаан хугацаанд ашиглаж ирсэн. Гэсэн хэдий ч кварц материалууд нь харьцангуй бага дулаан дамжуулалттай байдаг - өрөөний температурт ихэвчлэн 1.4 Вт/м·К орчим байдаг.
Харьцуулбал, цахиурын карбидын керамик нь зэрэглэл болон бичил бүтцээс хамааран ойролцоогоор 120 ~ 200 Вт/м·К хооронд хэлбэлздэг дулаан дамжуулалтын утгыг харуулдаг.
Энэхүү эрс ялгаа нь зуухны ачааллын туршид температурын жигд байдлыг мэдэгдэхүйц сайжруулдаг.
Өндөр дулаан дамжуулалт нь дараахь зүйлийг хийх боломжийг олгодог.
● Илүү жигд вафлийн халаалт
● Дулааны градиент буурсан
● Вафли хоорондын нягтралыг сайжруулсан
● Дулааны стрессийн хуримтлал бага
● Исэлдэлт эсвэл диффузийн үед ирмэгийн нөлөөллийг бууруулна
Дэвшилтэт хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд процессын цонх нарийссаар байгаа нь эдгээр сайжруулалтууд нь хальсны жигд байдал болон цахилгаан гүйцэтгэлийн тогтвортой байдалд шууд нөлөөлдөг.
SiC вафли завь нь кварцын бүтэцтэй харьцуулахад хамаагүй өндөр механик хатуулагтай байдаг. Энэ нь 300 мм-ийн вафлины их хэмжээний багцыг боловсруулдаг босоо зуухны системд улам бүр чухал болж байгаа бөгөөд завины урт болон механик ачаалал мэдэгдэхүйц нэмэгдэж болзошгүй юм.
Деформацийг бууруулснаар дулааны мөчлөгийн туршид вафлын хоорондох зайг нарийн хадгалах, хийн урсгалын тогтвортой байдлыг хадгалахад тусалдаг.
Цахиурын карбидын керамик вафли завины гол физик шинж чанарууд
Цахиурын карбидын вафли завины өсөн нэмэгдэж буй түгээмэл байдал нь юуны түрүүнд цахиурын карбидын керамикийн дулааны, механик болон химийн шинж чанаруудын өвөрмөц хослолтой холбоотой юм.
Гол физик шинж чанарууд
| Үл хөдлөх хөрөнгө | Ердийн SiC гүйцэтгэл |
| Хамгийн их ажиллах температур | Исэлдүүлэгч орчинд >1400°C |
| Дулаан дамжуулалт | ~120–200 Вт/м·К |
| Нягтрал | ~3.0–3.2 г/см³ |
| Мохсын хатуулаг | ~9.2 |
| Уян хатан модуль | ~410 ГПа |
| Дулааны цохилтын эсэргүүцэл | Маш сайн |
| Химийн эсэргүүцэл | Хүчил, шүлт болон процессын хийд өндөр тэсвэртэй |
| Механик хатуулаг | Маш өндөр |
| Бөөм үүсэх хандлага | Гадаргууг оновчтой өнгөлгөөтэй, бага |
Эдгээр шинж чанарууд нь цахиурын карбидын керамик бүтцийг удаан хугацааны дулааны мөчлөгийн үед хэмжээст тогтвортой байдлыг хадгалах боломжийг олгодог бол уламжлалт кварцын бүрэлдэхүүн хэсгүүд зөөлөрч эсвэл деформацид орж эхэлдэг.
Цахиурын карбидын өндөр хатуулаг нь зууханд вафли ачих, буулгах явцад чичиргээ болон механик тогтворгүй байдлыг бууруулдаг.
Цахиурын карбидын вафли завины үндсэн материалын төрлүүд
Орчин үеийн цахиурын карбидын вафли завийг янз бүрийн материалын технологи ашиглан үйлдвэрлэдэг бөгөөд тус бүр нь тодорхой процессын орчин болон зардлын үр ашгийн шаардлагад оновчтой байдаг.
Дахин талсжуулсан цахиурын карбид (RSiC) нь маш сайн цэвэршилт болон дулааны тогтвортой байдлын улмаас өндөр температурт зуухны хэрэглээнд өргөн хэрэглэгддэг. RSiC-ийн үйлдвэрлэлийн процесст их хэмжээний хайлуулах туслах бодис нэмэх шаардлагагүй бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагч орчинд бохирдох эрсдэлийг багасгахад тусалдаг.
Урвалд шатаасан цахиурын карбид (RBSC эсвэл RBSiC) нь механик бат бөх чанарыг нэмэгдүүлж, үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулдаг. Гэсэн хэдий ч бүтэц дэх үлдэгдэл чөлөөт цахиур нь тодорхой зэврэлттэй процессын орчинд түүний зэврэлтээс хамгаалах чадварыг бууруулж болзошгүй юм.
Дэвшилтэт хагас дамжуулагчийн хэрэглээнд CVD цахиурын карбидаар бүрсэн бал чулуун системүүд улам бүр түгээмэл болж байна. Эдгээр бүтцэд бал чулуун суурь нь хөнгөн механик дэмжлэг үзүүлдэг бол өндөр цэвэршилттэй химийн уурын тунадасжуулалт (CVD) цахиурын карбидын бүрхүүл нь процессын интерфэйсийг бүрдүүлдэг.
CVD цахиурын карбидын бүрхүүл нь маш бага тоосонцор үүсгэх хурдтай, онцгой цэвэршилттэй тул дэвшилтэт логик болон хүчний хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд маш их сонирхол татахуйц болгодог. Гэсэн хэдий ч давтан дулааны мөчлөгийн үед хагарал, гуужилт үүсэхээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд бүрхүүлийн бүрэн бүтэн байдал болон дулааны тэлэлтийн коэффициентийн зөрүүг сайтар хянаж байх ёстой.
Нийтлэг үйл явцын бэрхшээлүүд
Цахиурын карбидын керамик вафли завины гүйцэтгэлийн давуу талуудаас үл хамааран тэдгээр нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн бодит орчинд олон тооны инженерийн бэрхшээлтэй тулгарсаар байна.
Бөөмийн бохирдол хамгийн чухал асуудлын нэг хэвээр байна. Төхөөрөмжийн хэмжээ багасах тусам бөөмсийн улмаас үүссэн гарцын алдагдал улам бүр нэмэгдэж байна. Бичил хагарал, бүрхүүлийн хальслалт эсвэл гадаргуугийн доройтлоос үүдэлтэй микроноос бага хэмжээтэй хог хаягдал ч гэсэн дэвшилтэт вафли дээр үхлийн аюултай согог үүсгэж болзошгүй.
Дулааны стрессээс үүдэлтэй хагарал нь удаан хугацааны турш тулгарч буй бас нэгэн бэрхшээл юм. Цахиурын карбид нь маш сайн дулааны тогтвортой байдлыг хангадаг ч харьцангуй хэврэг керамик материал хэвээр байна. Хурдан халаах эсвэл орон нутгийн температурын жигд бус байдал нь бүтцийн булан, вафлийн ховил эсвэл дам нурууны огтлолцол дээр хагарал үүсэхэд хүргэдэг.
Урт хугацааны дулааны мөчлөг нь аажмаар деформаци эсвэл мөлхөхөд хүргэдэг, ялангуяа босоо зуухны системд ашигладаг том хэмжээтэй вафли завинд. Геометрийн бага зэргийн өөрчлөлтүүд ч гэсэн вафлины зай болон хийн урсгалын жигд байдлыг өөрчилж, улмаар ислийн зузааны хяналт болон хольцын тархалтын тогтвортой байдалд нөлөөлдөг.
Бүрсэн SiC систем дэх CVD бүрхүүлийн ламинатжилт нь найдвартай байдлын бас нэгэн чухал асуудал юм. Бал чулуун суурь болон SiC бүрхүүл нь өөр өөр дулааны тэлэлтийн шинж чанартай байдаг тул өндөр температурын давтагдах мөчлөг нь эцэстээ интерфейс дээр стресс хуримтлагдахад хүргэдэг.
Дүгнэлт
Хагас дамжуулагч диффузийн болон исэлдэлтийн зуухны системд цахиурын карбид керамик вафли завь нь дулааны тогтвортой байдлыг хадгалах, бохирдлыг хянах, маш хүнд нөхцөлд үйл явцын жигд байдлыг хангахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэдгээрийн өндөр дулаан дамжуулалт, маш сайн механик хатуулаг, өндөр температурт тэсвэртэй байдал, химийн тогтвортой байдал нь тэдгээрийг дэвшилтэт хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд улам бүр зайлшгүй шаардлагатай болгож байна.
Хагас дамжуулагчийн технологийн хөгжил улам бүр төвөгтэй болж, согогийн хяналтын шаардлага улам бүр чангарахын хэрээр дэвшилтэт керамик вафли зөөгч системийн ач холбогдол улам бүр нэмэгдэх болно. Орчин үеийн үйлдвэрүүдэд бөөмсийн хяналт, дулааны жигд байдал, найдвартай байдалтай холбоотой олон бэрхшээлийг эцсийн эцэст дулааны мөчлөгийн зан төлөв, материалын тогтвортой байдал, вафли зөөгч системийн дизайн хоорондын харилцан үйлчлэлээс харж болно.
Үүний үр дүнд цахиурын карбид керамик вафли завь нь туслах зуухны тоног төхөөрөмжөөс дараагийн үеийн хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болж хурдацтай хөгжиж байна.
Нийтэлсэн цаг: 2026 оны 5-р сарын 28