Кереш: Ярымүткәргечләр җитештерүдә мич торбалары материалларының мөһим роле
Ярымүткәргеч пластиналар җитештерүдә, диффузион мич трубкасы термик эшкәртү җиһазларында кулланыла торган иң мөһим югары температуралы процесс компонентларының берсе. Ул берничә төп ярымүткәргеч процесслар өчен контрольдә тотылган реакция мохитен тәэмин итә, шул исәптән:
- Термик оксидлашу;
- Допантларның таралуы;
- Йомшарту;
- LPCVD катламын урнаштыру;
- Югары температуралы пластина эшкәртү.
Гадәти сәнәгать мич компонентларыннан аермалы буларак, ярымүткәргеч мич торбалары бик катгый таләпләргә туры килергә тиеш, чөнки хәтта эз пычрану яки кисәкчәләр барлыкка килү дә пластина чыгышына һәм җайланманың ышанычлылыгына турыдан-туры тәэсир итә ала.
Ярымүткәргеч диффузиясе һәм оксидлашу процесслары вакытында мич торбалары гадәттә түбәндәгеләргә дучар була:
- 800°C тан 1200°C ка кадәр югары температуралы мохит;
- O₂ һәм H₂O кебек оксидлаштыручы газлар;
- N₂ һәм Ar кебек инерт газлар;
- POCl₃ һәм BBr₃ кебек кушылма прекурсорлары;
- HCl кебек коррозияле химик төрләр.
Шуңа күрә, мич торбасы материаллары бер үк вакытта түбәндәгеләрне тәэмин итәргә тиеш:
- Бик югары химик чисталык;
- Бик яхшы термик тотрыклылык;
- Металл пычрануы түбән;
- Югары коррозиягә чыдамлык;
- Аз кисәкчәләр барлыкка килү;
- Озын эксплуатацияләү вакыты.
Ярымүткәргеч җиһазлар материаллары стандартлары һәм сәнәгать практикасы буенча, иң киң кулланыла торган мич торбалары материаллары түбәндәгеләрне үз эченә ала:
- Югары сафлыклы кварц (эретелгән кремний оксиды, SiO₂)
- Кремний карбиды (SiC керамикасы)
- Алюминий оксиды керамикасы (Al₂O₃)
- Кремний нитриды керамикасы (Si₃N₄)
Югары сафлыклы кварц трубкасы
Барлык ярымүткәргеч мич торбалары материаллары арасында югары сафлыклы кварц торбасы гадәти кремний пластиналары җитештерү өчен өстенлекле чишелеш булып кала, чөнки ул үзенең күренекле сафлыгы, җылылык тотрыклылыгы һәм өлгергән эшкәртү технологиясе белән аерылып тора.
Ярымүткәргечле кварц торбалары югары чисталыктагы эретелгән кремний оксидыннан ясала, анда төп компонент кремний диоксиды (SiO₂) булып тора. Чисталык дәрәҗәсе гадәттә 99,99% тан артып китә, металл катнашмалары, шул исәптән: Fe; Na; K; Cu; Al катгый контрольдә тотыла.
Термик оксидлашу процессларында кварц мич торбалары кремний оксиды катламнарын формалаштыру өчен идеаль реакция мохите бирә.
Гадәти реакцияләргә түбәндәгеләр керә:
Коры оксидлашу:
Si + O₂ → SiO₂
Дымлы оксидлашу:
Si + H₂O → SiO₂ + H₂
Бу оксидлашу процесслары түбәндәгеләр өчен бик мөһим:
- Капка диэлектрик формалашуы;
- Өслек пассивациясе;
- Изоляция корылмалары.
Кварц трубкалары шулай ук легирлау диффузиясе процессларында киң кулланыла, шул исәптән:
- POCl₃ кулланып фосфор диффузиясе;
- BBr₃ кулланып бор диффузиясе;
- Мышьяк диффузия процесслары.
Моннан тыш, кварц мич торбалары LPCVD системаларында түбәндәгеләр өчен киң кулланыла:
- Кремний нитриды утырмасы;
- Поликристалл кремний утырмасы.
Кварц мич торбаларының төп өстенлекләре арасында түбәндәгеләр бар:
- Бик яхшы химик чисталык
- Түбән җылылык киңәюе
- Бик яхшы җылылык бердәмлеге
Шулай да, кварц трубкаларының да билгеле бер чикләүләре бар. Төп чикләү - югары температуралы механик тотрыклылык. Якынча 1100–1200°C тан югарырак озак вакыт эшләгәндә, кварц түбәндәгеләрне кичерергә мөмкин:
- Торба деформациясе;
- Салбырау;
- Механик ныклыкның кимүе.
Шуңа күрә кварц төп кремний ярымүткәргечләре җитештерү өчен өстенлекле сайлау булып кала, ләкин ул бик югары температуралы яки югары коррозияле процесслар өчен азрак яраклы.
Кремний карбид трубкасы: алдынгы ярымүткәргеч җитештерү өчен югары температуралы чишелеш
Кремний карбиды (SiC) керамикасы алдынгы мич торбалары өчен өметле альтернатив материал буларак барлыкка килде.
SiC - кремний һәм углерод атомнарыннан торган ковалент керамик кушылма. Ярымүткәргечле SiC керамикасы гадәттә түбәндәгеләрне үз эченә ала:
- Реакция белән бәйләнгән SiC;
- Синтезланган SiC;
- Югары чисталыклы CVD SiC материаллары.
Кварц белән чагыштырганда, SiC күпкә яхшыртылган:
- Температурага чыдамлык;
- Механик ныклык;
- Җылылык үткәрүчәнлеге;
- Химик ныклык.
SiC мич торбаларының иң мөһим өстенлекләренең берсе - аларның югары температурага чыдамлыгы.
Кварц, гадәттә, якынча 1200°C эшләү шартлары белән чикләнсә дә, SiC керамикасы 1500°C тан артык температурага чыдам, бу аларны алдынгы термик процесслар өчен яраклы итә.
Җылылык үткәрүчәнлеге аермасы да сизелерлек:
- Кварц: ~1.4 Вт/м·К
- Кремний карбиды: 120–200 Вт/м·К
SiC югарырак җылылык үткәрүчәнлеге түбәндәгеләрне тәэмин итә:
- Тизрәк җылылык реакциясе;
- Температураның тигезлеге яхшырды;
- Термик градиентларның кимүе.
Ярымүткәргечләр куллануда SiC мич торбалары, нигездә, түбәндәгеләр өчен карала:
- Югары температурада җылыту;
- Алга киткән диффузия процесслары;
- Кремний карбиды көч җайланмасы җитештерү;
- GaN ярымүткәргеч эшкәртү
Алюминий оксиды торбасы (Al₂O₃): югары температуралы керамик материал, ул арзан бәягә сатыла.
Алюминий оксиды керамик торбалар, нигездә, алюминий оксидыннан (Al₂O₃) ясала, гадәттә сафлык дәрәҗәсе 95% тан 99,8% ка кадәр.
Алюминий оксиды керамикасының эшләү температурасы якынча 1400–1700°C га җитә ала, бу гадәти кварцка караганда югарырак.
Бу үзенчәлекләр аркасында, глинозем мич торбалары гадәттә түбәндәгеләрдә кулланыла:
Лаборатория ярымүткәргеч мичләре;
- l Фәнни-тикшеренү һәм эшләнмәләр җиһазлары;
- l Эксперименталь термик эшкәртү системалары.
Шулай да, алюминий оксиды зур күләмдә ярымүткәргечләр җитештерүдә чикләнгән кулланыла. Төп сәбәп - пычрануны контрольдә тоту.
Кварц белән чагыштырганда, алюминий керамикасы түбәндәгеләрне тәкъдим итә ала:
- Алюминий пычрануы;
- l Югарырак катнашма дәрәҗәләре.
Бик түбән пычрану дәрәҗәсен таләп итә торган алдынгы ярымүткәргечләр җитештерү өчен кварц һәм югары чисталыклы SiC өстенлекле сайлау булып кала.
Кремний нитрид трубкасы (Si₃N₄): Термик шокка чыдамлык өчен алдынгы керамика
Кремний нитриды (Si₃N₄) - үзенең гаҗәеп механик үзлекләре белән билгеле булган тагын бер алдынгы керамик материал. Ярымүткәргеч куллану мөмкинлекләре:
- Мичнең махсуслаштырылган компонентлары;
- Ярымүткәргеч җиһазларны тикшерү;
- Югары температуралы керамик конструкцияләр.
Шулай да, Si₃N₄ мич торбалары түбәндәге сәбәпләр аркасында төп ярымүткәргеч диффузия мичләрендә киң кулланылмый:
- Югарырак җитештерү катлаулылыгы;
- Югарырак бәя;
- Сәнәгать белән тәэмин итү чылбырының чикләнгән өлгерүе.
Йомгак
Диффузия миче трубкасы ярымүткәргечләр җитештерүдә мөһим, ләкин еш кына бәяләнми торган компонент булып тора. Аның материалы турыдан-туры түбәндәгеләргә йогынты ясый:
- Вафли чыгышы;
- Процесс тотрыклылыгы;
- Кисәкчәләрнең эшләве;
- Җиһазларның гомер озынлыгы.
Хәзерге вакытта:
Кварц торбаларыгадәттән тыш сафлыгы һәм өлгерүчәнлеге аркасында гадәти оксидлашу һәм диффузия процессларында өстенлек итәләр.
SiC торбаларыкиләсе буын ярымүткәргеч кушымталары өчен алдынгы җылылык мөмкинлекләрен тәэмин итә.
Алюминий оксиды һәм кремний нитриды трубкалары механик эшчәнлеккә өстенлек бирелгән махсус югары температуралы кушымталар өчен хезмәт күрсәтә.
Ярымүткәргечләр җитештерү югарырак температураларга, зуррак пластиналарга һәм киң полосалы җайланмаларга таба дәвам иткән саен, алдынгы керамик мич торбалары материаллары киләчәктә ярымүткәргеч технологик җиһазларда барган саен мөһимрәк роль уйнаячак.
Бастырып чыгару вакыты: 2026 елның 24 июле