අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී, ඔක්සිකරණය, විසරණය, ඇනීලිං සහ LPCVD තැන්පත් කිරීම වැනි වේෆර් නිෂ්පාදන පියවර සඳහා ඉහළ උෂ්ණත්ව තාප සැකසුම් අත්යවශ්ය වේ. මෙම ක්රියාවලීන් සාමාන්යයෙන් 800°C සහ 1200°C අතර ක්රියාත්මක වන අර්ධ සන්නායක උදුන් පද්ධති තුළ සිදු කරනු ලැබේ, එහිදී උෂ්ණත්ව ස්ථායිතාව, දූෂණය පාලනය සහ වායු ඒකාකාරිත්වය වේෆර් අස්වැන්න සහ උපාංග ක්රියාකාරිත්වයට සෘජුවම බලපායි.
තීරණාත්මක උදුන සංරචක අතර,SiC විසරණ නළය- සිලිකන් කාබයිඩ් විසරණ නළයක් හෝ SiC උදුන නළයක් ලෙසද හැඳින්වේ - ස්ථාවර ක්රියාවලි පරිසරයක් පවත්වා ගැනීමේදී ප්රධාන කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. සාම්ප්රදායික ක්වාර්ට්ස් උදුන නල සමඟ සසඳන විට, SiC විසරණ නල ඉහළ තාප සන්නායකතාවක්, වඩා හොඳ යාන්ත්රික ශක්තියක් සහ කටුක අර්ධ සන්නායක රසායන විද්යාවට උසස් ප්රතිරෝධයක් සපයන අතර, දියුණු අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී ඒවා වඩ වඩාත් වැදගත් වේ.
SiC විසරණ නලයක් යනු කුමක්ද?
SiC විසරණ නළයක් යනු අර්ධ සන්නායක විසරණය සහ LPCVD උදුන පද්ධති තුළ භාවිතා කරන සිලින්ඩරාකාර අධි-උෂ්ණත්ව සෙරමික් කුටියකි. එහි මූලික කාර්යය වන්නේ වේෆර් සැකසුම් සඳහා පිරිසිදු හා තාප ස්ථායී පරිසරයක් නිර්මාණය කිරීමයි.
ක්රියාත්මක වන අතරතුර, සිලිකන් වේෆර්වලින් පටවන ලද වේෆර් බෝට්ටු නළය තුළ ස්ථානගත කර ඇති අතර, ක්රියාවලි වායූන් ප්රවේශමෙන් පාලනය කරන ලද උෂ්ණත්ව තත්ත්වයන් යටතේ කුටිය හරහා ගලා යයි. විසරණ නළය නඩත්තු කිරීමට උපකාරී වේ:
●ස්ථායී තාප ව්යාප්තිය
●ඒකාකාරී වායු ප්රවාහය
●අඩු අංශු දූෂණය
●පාලිත රසායනික ප්රතික්රියා
SiC විසරණ නල බහුලව භාවිතා වන්නේ:
●අර්ධ සන්නායක විසරණ ඌෂ්මක
●LPCVD ඌෂ්මක පද්ධති
●තාප ඔක්සිකරණ උපකරණ
● ඇනීලිං පද්ධති
සාමාන්ය යෙදුම් අතරට:
●සිලිකන් ඔක්සිකරණය
●පොස්පරස් විසරණය
●බෝරෝන් විසරණය
●පොලිසිලිකන් තැන්පත් වීම
●සිලිකන් නයිට්රයිඩ් තැන්පත් වීම
නවීන ෆැබ් වල, උදුන ක්රියාවලි ඒකාකාරිත්වයේ අවශ්යතා අතිශයින්ම දැඩි වේ. උදාහරණයක් ලෙස, දියුණු LPCVD ක්රියාවලීන් සඳහා උදුන කලාපය පුරා ±1°C සිට ±3°C දක්වා වේෆර් උෂ්ණත්ව ඒකාකාරිත්වය අවශ්ය විය හැකිය. විසරණ නලයේ තාප ක්රියාකාරිත්වය මෙම හැකියාවට සෘජුවම බලපායි.
විසරණ නල සඳහා සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) භාවිතා කරන්නේ ඇයි?
සිලිකන් කාබයිඩ් විසරණ නල භාවිතය වැඩිවීමට හේතුව ඉහළ උෂ්ණත්ව අර්ධ සන්නායක ක්රියාවලි තත්වයන් යටතේ SiC හි සුවිශේෂී ද්රව්ය ගුණාංගයි.
වැදගත්ම වාසියක් වන්නේ තාප ස්ථායිතාවයි. SiC හට 1200°C ට වැඩි උෂ්ණත්වවලදී අඛණ්ඩව ක්රියා කළ හැකි අතර, නැවත නැවත තාප චක්රය අතරතුර ශක්තිමත් ව්යුහාත්මක අඛණ්ඩතාව පවත්වා ගත හැකිය.
තවත් ප්රධාන වාසියක් වන්නේ තාප සන්නායකතාවයයි. SiC හි තාප සන්නායකතාවය සාමාන්යයෙන්:
●ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් SiC සඳහා 120–200 W/m·K
●~1.4 W/m·K පමණක් ඇති ක්වාර්ට්ස් සමඟ සසඳන විට
මෙම සැලකිය යුතු වෙනස උදුන තුළ වේගවත් හා වඩාත් ඒකාකාර තාප හුවමාරුවකට ඉඩ සලසන අතර, වේෆර්-ටු-වේෆර් ක්රියාවලි අනුකූලතාව වැඩි දියුණු කිරීමට උපකාරී වේ.
SiC ද සපයයි:
●ක්ලෝරීන් සහ ෆ්ලෝරීන් මත පදනම් වූ ක්රියාවලි වායු වලට විශිෂ්ට ප්රතිරෝධයක්
●ක්වාර්ට්ස් වලට වඩා ඉහළ යාන්ත්රික ශක්තියක්
●තාප කම්පනයට වඩා හොඳ ප්රතිරෝධයක්
●දිගු නිෂ්පාදන චක්රවලදී විරූපණය වීමේ අවදානම අඩුය
මෙම ලක්ෂණ නිසා SiC උදුන නල දිගු කාලීන සහ ස්ථාවර ක්රියාවලි පුනරාවර්තන හැකියාව ඉතා වැදගත් වන දියුණු අර්ධ සන්නායක තාප සැකසුම් පරිසරයන් සඳහා විශේෂයෙන් සුදුසු වේ.
SiC විසරණ නලවල ව්යුහය සහ සැලසුම් ලක්ෂණ
බොහෝ අර්ධ සන්නායක SiC විසරණ නල සිරස් හෝ තිරස් උදුන පද්ධති සඳහා ප්රශස්තිකරණය කරන ලද නිරවද්ය සිලින්ඩරාකාර සැලසුමක් දක්වයි.
සාමාන්ය කාර්මික සෙරමික් නල මෙන් නොව, අර්ධ සන්නායක ශ්රේණියේ SiC නල සඳහා අතිශයින් දැඩි නිෂ්පාදන ඉවසීම් අවශ්ය වේ, මන්ද කුඩා මාන වෙනස්කම් බලපෑ හැකිය:
●ගෑස් නිරාවරණ කාලය
● තාප ව්යාප්තිය
●වේෆර් පරතරය
●තැන්පතු ඒකාකාරී බව
අභ්යන්තර මතුපිට ගුණාත්මකභාවය ද ඉතා වැදගත් වේ. සුමට සහ ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් මතුපිට අවම කිරීමට උපකාරී වේ:
● අංශු උත්පාදනය
●ක්රියාවලි අපද්රව්ය ගොඩනැගීම
●ලෝහමය දූෂණය
සමහර දියුණු උදුන නල, විඛාදන ප්රතිරෝධය සහ මතුපිට සංශුද්ධතාවය තවදුරටත් වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා CVD SiC ආලේපන භාවිතා කරයි.
බිත්ති ඝණකම සහ ව්යුහාත්මක සැලසුම යාන්ත්රික කල්පැවැත්ම සමඟ තාප කාර්යක්ෂමතාව සමතුලිත කළ යුතුය. අර්ධ සන්නායක සැකසුම් අතරතුර, උදුන නල ඒවායේ ක්රියාකාරී ජීවිත කාලය තුළ සිය ගණනක් හෝ දහස් ගණනක් තාපන සහ සිසිලන චක්ර අත්විඳිය හැකිය.
අර්ධ සන්නායක ක්රියාවලීන්හි SiC විසරණ නල වල කාර්යභාරය
අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී, SiC විසරණ නළය භෞතික කුටියකට වඩා වැඩි යමක් ලෙස ක්රියා කරයි. එය ක්රියාවලි ස්ථායිතාව සහ වේෆර් ගුණාත්මක භාවයට සෘජුවම බලපායි.
තාප ඔක්සිකරණ ක්රියාවලීන්හිදී, නළය ඒකාකාර ඔක්සිජන් ප්රවාහයක් සහ උෂ්ණත්ව ස්ථායිතාවයක් පවත්වා ගැනීමට උපකාරී වන අතර, ඒවා උසස් තත්ත්වයේ ඔක්සයිඩ් පටල නිපදවීම සඳහා අත්යවශ්ය වේ.
විසරණ ක්රියාවලීන්හිදී, SiC නළය තුළ ස්ථායී වායු ප්රවාහය පොස්පරස් හෝ බෝරෝන් විසරණය සඳහා නිවැරදි මාත්රණ ව්යාප්තියට සහාය වේ.
පොලිසිලිකන් සහ සිලිකන් නයිට්රයිඩ් තැන්පත් කිරීම වැනි LPCVD යෙදුම් සඳහා, SiC හි තාප සන්නායකතාවය වේෆර් කාණ්ඩය පුරා පටල ඝණකම ඒකාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීමට උපකාරී වේ.
SiC විසරණ නල වල පොදු ගැටළු
SiC විශිෂ්ට කල්පැවැත්මක් ලබා දුන්නද, අර්ධ සන්නායක ක්රියාවලි තත්වයන් යටතේ විසරණ නල තවමත් දිගුකාලීන ගෙවී යාමක් අත්විඳියි.
මතුපිට වයසට යාම හෝ ක්රියාවලි අපද්රව්ය සමුච්චය වීම නිසා ඇතිවන අංශු දූෂණය එක් පොදු ගැටළුවකි. කාලයත් සමඟ, ඉහළ උෂ්ණත්ව රසායන විද්යාවට නැවත නැවත නිරාවරණය වීමෙන් අභ්යන්තර පෘෂ්ඨය ක්රමයෙන් රළු විය හැකි අතර, දූෂණය වීමේ අවදානම වැඩි වේ.
තාප ඉරිතැලීම තවත් අභියෝගයකි. වේගවත් උෂ්ණත්ව බෑවුම හෝ අසමාන වේෆර් පැටවීම තාප ආතතිය ජනනය කළ හැකි අතර එය අවසානයේ ක්ෂුද්ර ඉරිතැලීම් හෝ ව්යුහාත්මක අසාර්ථකත්වයට හේතු විය හැක.
ආක්රමණශීලී හැලජන් මත පදනම් වූ පිරිසිදු කිරීමේ පරිසරයන් යටතේ ද රසායනික ඛාදනය සිදුවිය හැකිය. ෆ්ලෝරීන් අඩංගු වායුවලට දිගු කාලීනව නිරාවරණය වීමෙන් නල මතුපිට සෙමෙන් පිරිහීමට ලක් විය හැකි අතර ක්රියාවලි ස්ථායිතාවයට බලපායි.
නිෂ්පාදන පරිසරයන් තුළ, මෙම ගැටළු පහත සඳහන් ගැටළු වලට හේතු විය හැක:
●උෂ්ණත්ව පැද්දීම
●චිත්රපටයේ ඒකාකාරී නොවීම
●අංශු ගණන වැඩි වීම
● ක්රියාවලි පුනරාවර්තන හැකියාව අඩු වීම
මෙම හේතුව නිසා, අර්ධ සන්නායක ෆැබ් සාමාන්යයෙන් නිතිපතා සුදුසුකම් සහ වැළැක්වීමේ නඩත්තු වැඩසටහන් හරහා උදුන නල ක්රියාකාරිත්වය නිරීක්ෂණය කරයි.
නඩත්තුව සහ ජීවිත කාලය කළමනාකරණය
මෙහෙයුම් ආයු කාලය දීර්ඝ කිරීම සඳහා නිසි නඩත්තුව අත්යවශ්ය වේ.SiC උදුන නලසහ ස්ථාවර අර්ධ සන්නායක ක්රියාවලි කාර්ය සාධනය පවත්වා ගැනීම.
බොහෝ ෆැබ්ස් කාලසටහන්ගත පරීක්ෂණ චක්ර ක්රියාත්මක කරයි, ඒවාට ඇතුළත් වන්නේ:
●දෘශ්ය මතුපිට පරීක්ෂාව
● අංශු ප්රවණතා නිරීක්ෂණය
●උදුන සුදුසුකම් පරීක්ෂාව
● තාප ඒකාකාරිත්වය සත්යාපනය
පිරිසිදු කිරීමේ ක්රමවලට ක්රියාවලි අපද්රව්ය ඉවත් කිරීම සඳහා තෙත් රසායනික පිරිසිදු කිරීම හෝ ඉහළ උෂ්ණත්ව පිළිස්සීම් ප්රතිකාර ඇතුළත් විය හැකිය.
ඉහළ පරිමාවකින් යුත් අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී, විසරණ නල ප්රතිස්ථාපනය බොහෝ විට පදනම් වන්නේ:
●ක්රියාවලි වේලාවන්
●තාප චක්ර ගණනය කිරීම්
● අංශු ක්රියාකාරිත්වය
●සුදුසුකම් සීමාවන්
දෘශ්යමාන හානියක් බලා සිටීම වෙනුවට, ක්රියාවලි ප්ලාවිතය වේෆර් අස්වැන්නට බලපෑම් කිරීමට පෙර ෆැබ් සාමාන්යයෙන් උදුන නල ප්රතිස්ථාපනය කරයි.
අර්ධ සන්නායක තාක්ෂණය කුඩා ක්රියාවලි නෝඩ් සහ වැඩි ඉල්ලුමක් ඇති තාප යෙදීම් කරා ඉදිරියට යන විට, විශ්වාසදායකසිලිකන් කාබයිඩ් විසරණ නලඅඛණ්ඩව වර්ධනය වනු ඇත. ස්ථාවර තාප සැකසුම්, අඩු දූෂණය සහ දිගුකාලීන උදුන විශ්වසනීයත්වය සඳහා සහාය වීමේ ඔවුන්ගේ හැකියාව නවීන අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන උපකරණවල තීරණාත්මක සංරචක බවට පත් කරයි.
පළ කිරීමේ කාලය: මැයි-08-2026