අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලීන් විශාල වේෆර් ප්‍රමාණයන්, දැඩි තාප අයවැය සහ අඩු දෝෂ ඉවසීම් කරා පරිණාමය වෙමින් පවතින බැවින්, ඉහළ උෂ්ණත්ව ක්‍රියාවලි උපකරණ තුළ භාවිතා කරන ද්‍රව්‍ය වඩ වඩාත් තීරණාත්මක වී ඇත. මෙම ප්‍රධාන පරිභෝජන ද්‍රව්‍ය සහ ව්‍යුහාත්මක සංරචක අතර, සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) සෙරමික් වේෆර් බෝට්ටු නවීන විසරණය සහ ඔක්සිකරණ උදුන පද්ධතිවල වඩාත් වැදගත් සක්‍රීය තාක්ෂණයක් ලෙස මතු වී ඇත.
දියුණු අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන පරිසරයන් තුළ, ඒවා තාප ඒකාකාරිත්වය, අංශු උත්පාදනය, වේෆර් ආතති ව්‍යාප්තිය, ක්‍රියාවලි ස්ථායිතාව සහ අවසානයේ උපාංග අස්වැන්න කෙරෙහි සෘජුවම බලපායි.
විශේෂයෙන්ම 300mm වේෆර් නිෂ්පාදනය, බල අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනය සහ තුන්වන පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී, සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් වේෆර් බෝට්ටු ඒවායේ උසස් තාප සහ යාන්ත්‍රික ගුණාංග නිසා සාම්ප්‍රදායික ක්වාර්ට්ස් පාදක වාහක පද්ධති වේගයෙන් ප්‍රතිස්ථාපනය කරයි.
සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් වේෆර් බෝට්ටුවක් යනු කුමක්ද?
සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් වේෆර් බෝට්ටුවක් යනු උසස් සිලිකන් කාබයිඩ් පාදක සෙරමික් වලින් සාදන ලද ඉහළ-උෂ්ණත්ව වේෆර් රැගෙන යන ව්‍යුහයකි. එහි මූලික අරමුණ වන්නේ තාප පිරියම් කිරීමේ මෙහෙයුම් වලදී සිරස් හෝ තිරස් උදුන පද්ධති හරහා බහු අර්ධ සන්නායක වේෆර් ආරක්ෂිතව ආධාර කිරීම සහ ප්‍රවාහනය කිරීමයි.
සාමාන්‍ය වේෆර් බෝට්ටුවක සැකසීමේදී ඉහළ පාලිත වේෆර් පරතරයක් පවත්වා ගැනීම සඳහා නිර්මාණය කර ඇති බහු නිරවද්‍යතාවයෙන් ඉංජිනේරු කරන ලද වේෆර් ස්ලට් අඩංගු වේ. යෙදුම මත පදනම්ව, ව්‍යුහයට ආධාරක බාල්ක, කැන්ටිලිවර් අත්, වායු ප්‍රවාහ-ප්‍රශස්තකරණය කළ ජ්‍යාමිතීන් සහ තාප ස්කන්ධය අවම කිරීම සඳහා නිර්මාණය කර ඇති සැහැල්ලු ශක්තිමත් කිරීමේ කොටස් ද ඇතුළත් විය හැකිය.
අර්ධ සන්නායක උදුන පද්ධතිවල, වේෆර් බෝට්ටු වේෆර් සහ තාප සැකසුම් පරිසරය අතර අතුරුමුහුණත ලෙස ඵලදායී ලෙස සේවය කරයි. උපාංග මානයන් උසස් තාක්‍ෂණික නෝඩ් දෙසට හැකිලීම දිගටම කරගෙන යන විට, වේෆර් ආධාරක ව්‍යුහය තුළ ඇති අන්වීක්ෂීය අස්ථාවරත්වයන් පවා ක්‍රියාවලි පුනරාවර්තනයට සහ දෝෂ ක්‍රියාකාරිත්වයට බලපෑ හැකිය.
සාම්ප්‍රදායික විලයන ක්වාර්ට්ස් පද්ධති වෙනුවට දියුණු උදුන නිෂ්පාදකයින් වැඩි වැඩියෙන් ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් සංරචක භාවිතා කිරීමට මෙය එක් හේතුවකි.
භූමිකාවsවිසරණය සහ ඔක්සිකරණ ඌෂ්මක පද්ධතිවල
අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේ වඩාත් මූලික තාප ක්‍රියාවලීන් අතර විසරණය සහ ඔක්සිකරණය පවතී. මෙම ක්‍රියාවලීන් මාත්‍රණ සක්‍රිය කිරීම, තාප ඔක්සයිඩ් වර්ධනය, ඇනීලිං, ඩ්‍රයිව්-ඉන් විසරණය සහ පාර විද්‍යුත් ද්‍රව්‍ය සෑදීම සඳහා බහුලව භාවිතා වේ.
ක්‍රියාවලි රසායන විද්‍යාව සහ උපාංග අවශ්‍යතා මත පදනම්ව සාමාන්‍ය මෙහෙයුම් උෂ්ණත්වය ආසන්න වශයෙන් 900°C සිට 1200°C දක්වා පරාසයක පවතී. සමහර දියුණු බල අර්ධ සන්නායක හෝ SiC උපාංග යෙදුම්වල, තාප චක්‍ර 1300°C ඉක්මවිය හැක.
මෙම තත්වයන් යටතේ, වේෆර් බෝට්ටුව දිගු තාප චක්‍රවල මාන ස්ථායිතාව පවත්වා ගත යුතු අතර දූෂණය අවම කර ඒකාකාර වේෆර් පරතරය පවත්වා ගත යුතුය.
සාම්ප්‍රදායික ක්වාර්ට්ස් වේෆර් බෝට්ටු ඒවායේ ඉහළ සංශුද්ධතාවය සහ සාපේක්ෂව අඩු පිරිවැය නිසා විසරණ උදුන් වල දිගු කලක් තිස්සේ භාවිතා කර ඇත. කෙසේ වෙතත්, ක්වාර්ට්ස් ද්‍රව්‍ය සාපේක්ෂව අඩු තාප සන්නායකතාවක් පෙන්නුම් කරයි - සාමාන්‍යයෙන් කාමර උෂ්ණත්වයේ දී 1.4 W/m·K පමණ වේ.
සංසන්දනය කිරීමේදී, සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් සාමාන්‍යයෙන් ශ්‍රේණිය සහ ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය අනුව ආසන්න වශයෙන් 120 ~ 200 W/m·K දක්වා පරාසයක තාප සන්නායකතා අගයන් ප්‍රදර්ශනය කරයි.
මෙම කැපී පෙනෙන වෙනස උදුනේ බර පුරා උෂ්ණත්ව ඒකාකාරිත්වය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි දියුණු කරයි.
ඉහළ තාප සන්නායකතාවය මඟින්:
● වඩාත් ඒකාකාර වේෆර් උණුසුම
● අඩු කළ තාප අනුක්‍රමණ
● වේෆර් සිට වේෆර් දක්වා අනුකූලතාව වැඩි දියුණු කිරීම
● අඩු තාප පීඩන සමුච්චය
● ඔක්සිකරණය හෝ විසරණය අතරතුර දාර බලපෑම් අඩු වීම.
ක්‍රියාවලි කවුළු පටු වීම දිගටම සිදුවන දියුණු අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී, මෙම වැඩිදියුණු කිරීම් පටල ඒකාකාරිත්වයට සහ විද්‍යුත් කාර්ය සාධන අනුකූලතාවයට සෘජුවම බලපායි.
SiC වේෆර් බෝට්ටු ක්වාර්ට්ස් ව්‍යුහයන්ට සාපේක්ෂව සැලකිය යුතු ලෙස ඉහළ යාන්ත්‍රික දෘඩතාවයක් ද සපයයි. බෝට්ටුවේ දිග සහ යාන්ත්‍රික පැටවීම සැලකිය යුතු විය හැකි 300 mm වේෆර් විශාල කාණ්ඩ සකසන සිරස් උදුන පද්ධතිවල මෙය වඩ වඩාත් වැදගත් වේ.
අඩු කරන ලද විරූපණය තාප චක්‍රය පුරා නිරවද්‍ය වේෆර් පරතරය සහ ස්ථාවර වායු ප්‍රවාහ හැසිරීම ආරක්ෂා කිරීමට උපකාරී වේ.
සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් වේෆර් බෝට්ටු වල ප්‍රධාන භෞතික ගුණාංග
සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් බෝට්ටු වල ජනප්‍රියතාවය වැඩිවීමට ප්‍රධාන වශයෙන් හේතු වී ඇත්තේ සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් වල තාප, යාන්ත්‍රික සහ රසායනික ගුණාංගවල අද්විතීය සංයෝජනයයි.
ප්‍රධාන භෞතික ලක්ෂණ
| දේපළ | සාමාන්‍ය SiC කාර්ය සාධනය |
| උපරිම මෙහෙයුම් උෂ්ණත්වය | ඔක්සිකාරක පරිසරවල >1400°C |
| තාප සන්නායකතාවය | ~120–200 W/m·K |
| ඝනත්වය | ~3.0–3.2 g/cm³ |
| මෝස් දෘඪතාව | ~9.2 ~9.2 |
| ප්‍රත්‍යාස්ථතා මාපාංකය | ~410 GPa |
| තාප කම්පන ප්‍රතිරෝධය | විශිෂ්ටයි |
| රසායනික ප්‍රතිරෝධය | අම්ල, ක්ෂාර සහ ක්‍රියාවලි වායු වලට ඉහළ ප්‍රතිරෝධයක් |
| යාන්ත්‍රික දෘඪතාව | ඉතා ඉහළයි |
| අංශු උත්පාදන ප්‍රවණතාවය | ප්‍රශස්ත මතුපිට නිමාවක් සහිත අඩුයි |
මෙම ගුණාංග දිගු තාප චක්‍රයක් යටතේ සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් ව්‍යුහයන්ට මාන ස්ථායිතාව පවත්වා ගැනීමට හැකියාව ලබා දෙන අතර සාම්ප්‍රදායික ක්වාර්ට්ස් සංරචක මෘදු වීමට හෝ විකෘති වීමට පටන් ගත හැකිය.
සිලිකන් කාබයිඩ් වල ඉහළ දෘඪතාව, උදුනේ වේෆර් පැටවීම සහ බෑම අතරතුර කම්පනය සහ යාන්ත්‍රික අස්ථාවරත්වය ද අඩු කරයි.
සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් බෝට්ටු සඳහා ප්‍රධාන ද්‍රව්‍ය වර්ග
නවීන සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් බෝට්ටු නිෂ්පාදනය කරනු ලබන්නේ විවිධ ද්‍රව්‍ය තාක්ෂණයන් භාවිතා කරමිනි, ඒ සෑම එකක්ම නිශ්චිත ක්‍රියාවලි පරිසරයන් සහ පිරිවැය-ඵලදායීතා අවශ්‍යතා සඳහා ප්‍රශස්තිකරණය කර ඇත.
ප්‍රතිස්ඵටිකීකරණය කරන ලද සිලිකන් කාබයිඩ් (RSiC) එහි විශිෂ්ට සංශුද්ධතාවය සහ තාප ස්ථායීතාවය හේතුවෙන් ඉහළ උෂ්ණත්ව උදුන යෙදීම්වල බහුලව භාවිතා වේ. RSiC සඳහා නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියට සැලකිය යුතු ප්‍රමාණයේ සින්ටර් කිරීමේ ආධාරක එකතු කිරීම අවශ්‍ය නොවන අතර එමඟින් අර්ධ සන්නායක පරිසරවල දූෂණය වීමේ අවදානම අවම කර ගත හැකිය.
ප්‍රතික්‍රියා-සින්ටර් කරන ලද සිලිකන් කාබයිඩ් (RBSC හෝ RBSiC) ඉහළ යාන්ත්‍රික ශක්තියක් සහ අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැයක් ලබා දෙයි. කෙසේ වෙතත්, ව්‍යුහයේ ඇති අවශේෂ රහිත සිලිකන් ඇතැම් විඛාදන ක්‍රියාවලි පරිසරයන් තුළ එහි විඛාදන ප්‍රතිරෝධය අඩු කළ හැකිය.
දියුණු අර්ධ සන්නායක යෙදීම් සඳහා, CVD සිලිකන් කාබයිඩ් ආලේපිත මිනිරන් පද්ධති වැඩි වැඩියෙන් සුලභ වෙමින් පවතී. මෙම ව්‍යුහයන් තුළ, මිනිරන් උපස්ථරය සැහැල්ලු යාන්ත්‍රික ආධාරකයක් සපයන අතර, අධි සංශුද්ධතා රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීමේ (CVD) සිලිකන් කාබයිඩ් ආලේපනය ක්‍රියාවලි අතුරුමුහුණත සාදයි.
CVD සිලිකන් කාබයිඩ් ආලේපන අතිශයින් අඩු අංශු උත්පාදන අනුපාත සහ සුවිශේෂී සංශුද්ධතාවයකින් යුක්ත වන අතර, ඒවා උසස් තර්කනය සහ බල අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනය සඳහා ඉතා ආකර්ශනීය කරයි. කෙසේ වෙතත්, නැවත නැවත තාප චක්‍රය අතරතුර ඉරිතැලීම් හෝ දිරාපත් වීම වැළැක්වීම සඳහා ආලේපන අඛණ්ඩතාව සහ තාප ප්‍රසාරණයේ නොගැලපෙන සංගුණක ප්‍රවේශමෙන් පාලනය කළ යුතුය.
පොදු ක්‍රියාවලි අභියෝග
සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් වේෆර් බෝට්ටු වල කාර්ය සාධන වාසි තිබියදීත්, ඒවා තවමත් සැබෑ අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන පරිසරයන් තුළ ඉංජිනේරු අභියෝග රැසකට මුහුණ දෙයි.
අංශු දූෂණය වඩාත් තීරණාත්මක ගැටළු වලින් එකක් ලෙස පවතී. උපාංග ප්‍රමාණයන් හැකිලෙන විට, අංශු නිසා ඇතිවන අස්වැන්න පාඩු වඩ වඩාත් දරුණු වෙමින් පවතී. ක්ෂුද්‍ර ඉරිතැලීම්, ආලේපන දිරාපත්වීම හෝ මතුපිට හායනය හේතුවෙන් ඇතිවන උප මයික්‍රෝන ප්‍රමාණයේ සුන්බුන් පවා උසස් වේෆර්වල මාරාන්තික දෝෂ ඇති කළ හැකිය.
තාප පීඩන ඉරිතැලීම තවත් දිගුකාලීන අභියෝගයකි. සිලිකන් කාබයිඩ් විශිෂ්ට තාප ස්ථායිතාවයක් තිබුණද, එය සාපේක්ෂව බිඳෙන සුළු සෙරමික් ද්‍රව්‍යයක් ලෙස පවතී. වේගවත් උණුසුම හෝ ස්ථානගත කළ උෂ්ණත්වයේ අසමානතාවය ව්‍යුහාත්මක කොන්, වේෆර් කට්ට හෝ කදම්භ මංසන්ධිවල ඉරිතැලීම් ඇති කළ හැකිය.
දිගු කාලීන තාප චක්‍රය ක්‍රමයෙන් විරූපණයට හෝ රිංගීමට ද හේතු විය හැක, විශේෂයෙන් සිරස් උදුන පද්ධතිවල භාවිතා කරන විශාල ප්‍රමාණයේ වේෆර් බෝට්ටු වල. සුළු ජ්‍යාමිතික වෙනස්කම් පවා වේෆර් පරතරය සහ වායු ප්‍රවාහ ඒකාකාරිත්වය වෙනස් කළ හැකි අතර එමඟින් ඔක්සයිඩ් ඝණකම පාලනය සහ මාත්‍රණ බෙදා හැරීමේ අනුකූලතාවයට බලපායි.
ආලේපිත SiC පද්ධතිවල CVD ආලේපන විරූපණය තවත් තීරණාත්මක විශ්වසනීයත්ව ගැටළුවකි. ග්‍රැෆයිට් උපස්ථරය සහ SiC ආලේපනය විවිධ තාප ප්‍රසාරණ හැසිරීම් පෙන්නුම් කරන බැවින්, නැවත නැවතත් ඉහළ උෂ්ණත්ව චක්‍රීකරණය අවසානයේ අතුරු මුහුණතේ ආතති සමුච්චය වීමට හේතු වේ.
නිගමනය
අර්ධ සන්නායක විසරණය සහ ඔක්සිකරණ උදුන පද්ධතිවලදී, සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් වේෆර් බෝට්ටු අතිශය කටුක මෙහෙයුම් තත්වයන් යටතේ තාප ස්ථායිතාව පවත්වා ගැනීම, දූෂණය පාලනය කිරීම සහ ක්‍රියාවලි ඒකාකාරිත්වය සහතික කිරීම සඳහා තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. ඒවායේ ඉහළ තාප සන්නායකතාවය, විශිෂ්ට යාන්ත්‍රික දෘඪතාව, ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතිරෝධය සහ රසායනික ස්ථායිතාව දියුණු අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී ඒවා වඩ වඩාත් අත්‍යවශ්‍ය වේ.
අර්ධ සන්නායක ක්‍රියාවලි තාක්ෂණයන් අඛණ්ඩව පරිණාමය වෙමින්, වඩ වඩාත් සංකීර්ණ වෙමින් සහ දෝෂ පාලන අවශ්‍යතා දැඩි වෙමින් පවතින විට, දියුණු සෙරමික් වේෆර් වාහක පද්ධතිවල වැදගත්කම දිගටම ඉහළ යනු ඇත. නූතන ෆැබ් වලදී, අංශු පාලනය, තාප ඒකාකාරිත්වය සහ විශ්වසනීයත්වය සම්බන්ධ බොහෝ අභියෝග අවසානයේ තාප චක්‍රීය හැසිරීම, ද්‍රව්‍ය ස්ථායිතාව සහ වේෆර් වාහක පද්ධතියේ සැලසුම අතර අන්තර් ක්‍රියාකාරිත්වය දක්වා සොයාගත හැකිය.
එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස, සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් වේෆර් බෝට්ටු සහායක උදුන දෘඩාංගවල සිට ඊළඟ පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනය සඳහා තීරණාත්මක සංරචක බවට වේගයෙන් පරිණාමය වෙමින් පවතී.
පළ කිරීමේ කාලය: 2026 මැයි-28