Ýarymgeçirijili diffuziýa peç turbalarynyň materiallary: kwars, sic we ösen keramiki çözgütler

Giriş: Ýarymgeçirijiler önümçiliginde peç turbalarynyň materiallarynyň möhüm roly

Ýarymgeçirijili plastinka öndürmekde, Diffuziýa peç turbasy termiki gaýtadan işlemek enjamlarynda ulanylýan iň möhüm ýokary temperaturaly proses bölekleriniň biridir. Ol birnäçe esasy ýarymgeçiriji prosesler üçin gözegçilik edilýän reaksiýa gurşawyny üpjün edýär, şol sanda:

• Termal oksidleşme;
• Dopantyň ýaýramagy;
• Tawlamak;
• LPCVD ýerleşdirilişi;
• Ýokary temperaturaly wafer bilen işleniş.

Adaty senagat peç böleklerinden tapawutlylykda, ýarymgeçiriji peç turbalary örän berk talaplara laýyk gelmelidir, sebäbi hatda yzly-yzyna hapalanmak ýa-da bölejikleriň döremegi hem plastinalaryň çykarylyşyna we enjamyň ygtybarlylygyna gönüden-göni täsir edip biler.

Ýarymgeçirijileriň diffuziýa we oksidlenme proseslerinde peç turbalary adatça aşakdaky täsirlere sezewar bolýarlar:

• 800°C-den 1200°C-e çenli ýokary temperaturaly gurşawlar;
• O₂ we H₂O ýaly oksidleşdiriji gazlar;
• N₂ we Ar ýaly inert gazlar;
• POCl₃ we BBr₃ ýaly garyndylaryň öňbaşçylary;
• HCl ýaly korroziw himiki görnüşler.

Şonuň üçin peç turbalarynyň materiallary bir wagtyň özünde aşakdakylary üpjün etmelidir:

• Ultra ýokary himiki arassalyk;
• Ajaýyp termal durnuklylyk;
• Metall hapalanmasynyň pes derejesi;
• Ýokary korroziýa garşylygy;
• Az bölejik döremegi;
• Uzyn iş möhleti.

Ýarymgeçiriji enjamlaryň materiallary standartlaryna we senagat tejribelerine görä, iň köp ulanylýan peç turbalarynyň materiallary aşakdakylary öz içine alýar:

• Ýokary arassa kwarts (erişdirilen kremniý, SiO₂)
• Kremniý karbidi (SiC keramiki)
• Alýumin oksidi keramikasy (Al₂O₃)
• Kremniý nitridi keramikasy (Si₃N₄)

Ýokary arassalykly kwarts turbasy

Ähli ýarymgeçiriji peç turbalarynyň arasynda ýokary arassalykly kwarts turbasy ajaýyp arassalygy, termal durnuklylygy we kämil gaýtadan işlemek tehnologiýasy sebäpli adaty kremniý plitalaryny öndürmek üçin esasy çözgüt bolmagynda galýar.

Ýarymgeçirijili kwarts turbalary esasy bölegi kremniý dioksidi (SiO₂) bolan ýokary arassalykly erginleşdirilen kremniýden öndürilýär. Arassalyk derejesi adatça 99.99% -den geçýär we metal garyndylarynyň, şol sanda Fe; Na; K; Cu; Al-yň berk gözegçiligi astynda bolýar.

Termiki oksidlenme proseslerinde kwarts peç turbalary kremniý oksidi gatlaklaryny emele getirmek üçin ideal reaksiýa gurşawyny üpjün edýär.

Tipik reaksiýalar aşakdakylary öz içine alýar:

Gury oksidlenme:

Si + O₂ → SiO₂

Çygly oksidlenme:

Si + H₂O → SiO₂ + H₂

Bu oksidlenme prosesleri aşakdakylar üçin möhümdir:

• Derwezäniň dielektrik emele gelmegi;
• Ýüzleý passiwasiýa;
• Izolýasiýa gurluşlary.

Kwarts turbalary şeýle hem garyndy diffuziýa proseslerinde giňden ulanylýar, şol sanda:

• POCl₃ ulanyp fosfor diffuziýasy;
• BBr₃ ulanyp bor diffuziýasy;
• Myşýak diffuziýa prosesleri.

Mundan başga-da, kwars peç turbalary LPCVD ulgamlarynda aşakdaky maksatlar üçin giňden ulanylýar: 

• Kremniý nitridiniň çökündisi;
• Polikristal kremniý çökündisi.

Kwarts peç turbalarynyň esasy artykmaçlyklary:

• Ajaýyp himiki arassalyk
• Pes termal giňelme
• Ajaýyp Termal Birmeňzeşlik

Şeýle-de bolsa, kwars turbalarynyň hem belli bir çäklendirmeleri bar. Esasy çäklendirme ýokary temperatura mehaniki durnuklylykdyr. Takmynan 1100–1200°C-den ýokary uzak wagtlap işlände, kwars aşakdaky ýagdaýlara duçar bolup biler:

• Tüpleriň deformasiýasyna;
• Sallanyp durmak;
• Mehaniki güýjüň peselmegi.

Şonuň üçin kwarts esasy kremniý ýarymgeçirijilerini öndürmek üçin iň gowy saýlaw bolmagynda galýar, ýöne örän ýokary temperaturaly ýa-da ýokary derejede poslama prosesleri üçin has az amatlydyr.

Kremniý karbid turbasy: Ösen ýarymgeçiriji önümçiligi üçin ýokary temperatura çözgüdi

Kremniý karbidi (SiC) keramikasy ösen peç turbalary üçin geljegi uly alternatiw material hökmünde peýda boldy.

SiC kremniý we uglerod atomlaryndan ybarat bolan kowalent keramiki birleşmedir. Ýarymgeçirijili SiC keramikalary adatça aşakdakylary öz içine alýar:

• Reaksiýa baglanyşykly SiC;
• Sinterlenen SiC;
• Ýokary arassalykly CVD SiC materiallary.

Kwars bilen deňeşdirilende, SiC ep-esli gowulandyrylan:

• Temperatura garşylyk;
• Mehaniki berklik;
• Ýylylyk geçirijiligi;
• Himiki çydamlylyk.

SiC peç turbalarynyň iň möhüm artykmaçlyklarynyň biri olaryň ýokary temperatura çydamlylygydyr.

Kwarts, adatça, takmynan 1200°C iş şertleri bilen çäklenýän bolsa-da, SiC keramikasy 1500°C-den ýokary temperatura çydap bilýär, bu bolsa olary ösen termal prosesler üçin amatly edýär.

Ýylylyk geçirijiliginiň tapawudy hem möhümdir:

• Kwars: ~1.4 W/m·K
• Kremniý karbidi: 120–200 W/m·K

SiC-niň ýokary ýylylyk geçirijiligi aşakdakylara mümkinçilik berýär:

• Çalt termal reaksiýa;
• Temperatura deňliginiň gowulanmagy;
• Termal gradientleriň azalmagy.

Ýarymgeçirijiler ulanylyşynda SiC peç turbalary esasan aşakdakylar üçin göz öňünde tutulýar:

• Ýokary temperaturada ýumşatmak;
• Ösen diffuziýa prosesleri;
• Kremniý karbidiniň güýç enjamlaryny öndürmek;
• GaN ýarymgeçirijileri gaýtadan işlemek

Alýumin okisli turba (Al₂O₃): Arzan bahadan ýokary temperaturaly keramiki material

Alýumin oksidi keramiki turbalar, esasan, alýumin oksidinden (Al₂O₃) öndürilýär, adatça arassalyk derejesi 95% -den 99,8% -e çenli bolýar.

Alýumin oksidi keramikasynyň iş temperaturasy takmynan 1400–1700°C ýetip biler, bu bolsa adaty kwarsdan ýokarydyr.

Şu häsiýetlere görä, alýumin peç turbalary köplenç aşakdaky maksatlarda ulanylýar:

Laboratoriýa ýarymgeçiriji peçleri;

• l Ylmy-barlag we işläp taýýarlamak enjamlary;
• l Eksperimental termal gaýtadan işlemek ulgamlary.

Şeýle-de bolsa, alýumin oksidi köp mukdarda ýarymgeçiriji önümçilikde çäkli derejede ulanylýar. Esasy sebäp hapalanmanyň öňüni almakdyr.

Kwars bilen deňeşdirilende, alýumin oksidi keramika aşakdakylary hödürläp biler:

• Alýuminiý hapalanmagy;
• l Ýokary derejeli hapaçylyk.

Örän pes hapalanma derejesini talap edýän ösen ýarymgeçiriji önümçiligi üçin kwars we ýokary arassalykly SiC iň gowy saýlaw bolmagynda galýar.

Kremniý nitridi turbasy (Si₃N₄): Termal şoka garşylyk üçin ösen keramika

Kremniý nitridi (Si₃N₄) ajaýyp mehaniki häsiýetleri bilen tanalýan başga bir ösen keramiki materialdyr. Mümkin bolan ýarymgeçiriji ulanylyşlary:

• Peçiň ýöriteleşdirilen bölekleri;
• Ýarym ýarym enjamlarynyň ylmy-barlag işleri;
• Ýokary temperatura çydamly keramiki gurluşlar.

Şeýle-de bolsa, Si₃N₄ peç turbalary aşakdaky sebäplere görä esasy ýarymgeçirijili diffuziýa peçlerinde giňden ulanylmaýar:

• Önümçiligiň has çylşyrymlylygy;
• Ýokary çykdajy;
• Senagat üpjünçilik zynjyrynyň çäkli kämilligi.

Netije

Diffuziýa peç turbasy ýarymgeçiriji önümçiliginde möhüm, ýöne köplenç kem baha berilýän bölekdir. Onuň materialy aşakdakylara gönüden-göni täsir edýär:

• Waferiň hasyly;
• Prosesiň durnuklylygy;
• Bölejikleriň işleýşi;
• Enjamlaryň ömür möhleti.

Häzirki wagtda:

Kwarts turbalaryajaýyp arassalygy we ýetişenligi sebäpli adaty oksidlenme we diffuziýa proseslerine agdyklyk edýär.

SiC turbalaryindiki nesil ýarymgeçirijiler üçin ösen termal mümkinçilikleri üpjün edýär.

Alýumin we kremniý nitridi turbalary mehaniki öndürijilige ileri tutulýan ýöriteleşdirilen ýokary temperaturaly ulanylyşlara hyzmat edýär.

Ýarymgeçirijileriň önümçiligi ýokary temperatura, uly plitalar we giň zolakly enjamlara tarap dowam edenligi sebäpli, öňdebaryjy keramiki peç turba materiallary geljekki ýarymgeçirijileriň tehnologiýa enjamlarynda barha möhüm rol oýnar.