האַלב-קאָנדוקטאָר דיפיוזשאַן אויוון רער מאַטעריאַלס: קוואַרץ, SiC און אַוואַנסירטע קעראַמישע סאַלושאַנז

הקדמה: די קריטישע ראָלע פון ​​אויוון רער מאַטעריאַלן אין האַלב-קאָנדוקטאָר מאַנופאַקטורינג

אין האַלב-קאָנדוקטאָר וואַפער פאַבריקאַציע, איז דיפיוזשאַן פוורנעס טוב איינער פון די מערסט קריטישע הויך-טעמפּעראַטור פּראָצעס קאָמפּאָנענטן געניצט אין טערמאַל פּראַסעסינג עקוויפּמענט. עס גיט אַ קאַנטראָולד רעאַקציע סביבה פֿאַר עטלעכע שליסל האַלב-קאָנדוקטאָר פּראַסעסאַז, אַרייַנגערעכנט:

• טערמישע אקסידאציע;
• דאָפּאַנט דיפיוזשאַן;
• אויסגליטשן;
• LPCVD דעפּאַזישאַן;
• הויך-טעמפּעראַטור וועיפער באַהאַנדלונג.

אנדערש ווי קאַנווענשאַנעל אינדוסטריעל אויוון קאַמפּאָונאַנץ, האַלב-קאָנדוקטאָר אויוון רערן מוזן טרעפן גאָר שטרענגע רעקווירעמענץ ווייַל אפילו שפּור קאַנטאַמאַניישאַן אָדער פּאַרטיקל דזשענעריישאַן קענען גלייַך השפּעה וועיפער ייעלד און מיטל רילייאַבילאַטי.

בעת האַלב-קאָנדוקטאָר דיפוזיע און אָקסידאַציע פּראָצעסן, זענען אויוון רערן טיפּיש אויסגעשטעלט צו:

• הויך טעמפּעראַטור סביבות ריינדזשינג פון 800°C צו 1200°C;
• אָקסידירנדיקע גאַזן ווי O₂ און H₂O;
• אינערטע גאַזן אַרייַנגערעכנט N₂ און Ar;
• דאָפּאַנט פּריקורסאָרן ווי POCl₃ און BBr₃;
• קאָראָזיווע כעמישע מינים ווי HCl.

דעריבער, אויוון רער מאַטעריאַלס מוזן סיימאַלטייניאַסלי צושטעלן:

• אולטרא-הויך כעמישע ריינקייט;
• אויסגעצייכנטע טערמישע פעסטקייט;
• נידעריקע מעטאַלישע קאַנטאַמאַניישאַן;
• הויך קעראָוזשאַן קעגנשטעל;
• נידעריקע פּאַרטיקל דזשענעריישאַן;
• לאַנגע אָפּעראַציאָנעלע לעבן.

לויט האַלב-קאָנדוקטאָר עקוויפּמענט מאַטעריאַל סטאַנדאַרדס און אינדוסטריע פּראַקטיקעס, די מערסט וויידלי געניצט אויוון רער מאַטעריאַלס אַרייַננעמען:

• הויך ריינקייט קוואַרץ (געשמאָלצן סיליקאַ, SiO₂)
• סיליקאָן קאַרבייד (SiC קעראַמיק)
• אַלומינאַ קעראַמיק (Al₂O₃)
• סיליקאָן ניטריד קעראַמיק (Si₃N₄)

הויך ריינקייט קוואַרץ רער

צווישן אַלע האַלב-קאָנדוקטאָר אויוון רער מאַטעריאַלן, בלייבט די הויך-ריינקייט קוואַרץ רער די דאָמינאַנטע לייזונג פֿאַר קאַנווענשאַנאַל סיליקאָן וועיפער פּראָדוקציע רעכט צו זיין בוילעט ריינקייט, טערמישע פעסטקייט און דערוואַקסן פּראַסעסינג טעכנאָלאָגיע.

האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד קוואַרץ רערן ווערן פאַבריצירט פֿון הויך-ריינקייט פֿאַרשמעלצטער סיליקאַ, וואו דער הויפּט קאָמפּאָנענט איז סיליקאָן דייאַקסייד (SiO₂). די ריינקייט מדרגה טיפּיש יקסידז 99.99%, מיט שטרענגער קאָנטראָל פֿון מעטאַלישע פֿאַרפּעסטיקונגען אַרייַנגערעכנט: Fe; Na; K; Cu; Al.

אין טערמישע אקסידאציע פראצעסן, צושטעלן קוואַרץ אויוון רערן אַן אידעאַלע רעאַקציע סביבה פֿאַר פאָרמירונג פון סיליקאָן אקסייד לייַערס.

טיפּישע רעאַקציעס אַרייַננעמען:

טרוקענע אָקסידאַציע:

סי + אָ₂ → סיO₂

נאַסע אָקסידאַציע:

סי + ה₂אָ → סיO₂ + ה₂

די אָקסידאַציע פּראָצעסן זענען וויכטיק פֿאַר:

• טויער דיעלעקטריק פאָרמאַציע;
• ייבערפלאַך פּאַסיוואַציע;
• אפגעזונדערטע סטרוקטורן.

קוואַרץ רערן ווערן אויך ברייט געניצט אין דאָפּאַנט דיפיוזשאַן פּראַסעסאַז, אַרייַנגערעכנט:

• פאָספאָר דיפוזיע ניצנדיק POCl₃;
• באָראָן דיפוזיע ניצנדיק BBr₃;
• אַרסעניק דיפוזיע פּראָצעסן.

דערצו, קוואַרץ אויוון רערן זענען וויידלי געווענדט אין LPCVD סיסטעמען פֿאַר: 

• סיליקאָן ניטרידע דעפּאַזישאַן;
• פּאָליקריסטאַלין סיליקאָן דעפּאַזישאַן.

די הויפּט אַדוואַנידזשיז פון קוואַרץ אויוון רערן אַרייַננעמען:

• אויסגעצייכנטע כעמישע ריינקייט
• נידעריקע טערמישע עקספּאַנשאַן
• אויסגעצייכנטע טערמישע איינהייטלעכקייט

אבער, קוואַרץ רערן האָבן אויך געוויסע לימיטאַציעס. די הויפּט לימיטאַציע איז הויך-טעמפּעראַטור מעכאַנישע פעסטקייט. אונטער פּראַלאָנגד אָפּעראַציע העכער אַרום 1100-1200°C, קען קוואַרץ דערפאַרן:

• רער דעפאָרמאַציע;
• זעגעניש;
• פארקלענערטע מעכאנישע שטארקייט.

דעריבער, קוואַרץ בלייבט די בילכער ברירה פֿאַר מיינסטרים סיליקאָן האַלב-קאָנדוקטאָר פּראָדוקציע, אָבער איז ווייניקער פּאַסיק פֿאַר גאָר הויך-טעמפּעראַטור אָדער העכסט קעראָוסיוו פּראַסעסאַז.

סיליקאָן קאַרבייד רער: אַ הויך-טעמפּעראַטור לייזונג פֿאַר אַוואַנסירטע האַלב-קאָנדוקטאָר מאַנופאַקטורינג

סיליקאָן קאַרבייד (SiC) קעראַמיק איז ארויסגעקומען ווי אַ פּראַמישינג אָלטערנאַטיוו מאַטעריאַל פֿאַר אַוואַנסירטע אויוון רערן.

SiC איז אַ קאָוואַלענט קעראַמישע קאַמפּאַונד וואָס באַשטייט פון סיליקאָן און קאַרבאָן אַטאָמען. האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד SiC קעראַמיקס טיפּיש אַרייַננעמען:

• רעאַקציע באַנדאַד סיק;
• סינטערד סיק;
• הויך ריינקייט CVD SiC מאַטעריאַלן.

קאַמפּערד מיט קוואַרץ, גיט SiC באַדייטנד פֿאַרבעסערונגען:

• טעמפּעראַטור קעגנשטעל;
• מעכאנישע שטאַרקייט;
• טערמישע קאַנדאַקטיוויטי;
• כעמישע האַלטבארקייט.

איינער פון די מערסט באַטייטיקע מעלות פון SiC אויוון רערן איז זייער העכערע הויך-טעמפּעראַטור קאַפּאַציטעט.

כאָטש קוואַרץ איז בכלל באגרענעצט צו אַרום 1200°C אַפּערייטינג באדינגונגען, קען SiC קעראַמיק וויטשטיין טעמפּעראַטורן העכער 1500°C, מאַכנדיג זיי פּאַסיק פֿאַר אַוואַנסירטע טערמישע פּראָצעסן.

דער אונטערשייד אין טערמישער קאַנדאַקטיוויטי איז אויך באַטייטיק:

• קוואַרץ: ~1.4 W/m·K
• סיליקאָן קאַרבייד: 120–200 וואט/מ²K

די העכערע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פון SiC ערמעגליכט:

• שנעלערע טערמישע רעאקציע;
• פֿאַרבעסערטע טעמפּעראַטור איינהייטלעכקייט;
• רידוסט טערמישע גראַדיענטן.

אין האַלב-קאָנדוקטאָר אַפּליקאַציעס, ווערן SiC אויוון רערן דער הויפּט באַטראַכט פֿאַר:

• הויך-טעמפּעראַטור אַנילינג;
• אַוואַנסירטע דיפוזיע פּראָצעסן;
• סיליקאָן קאַרבייד מאַכט מיטל פּראָדוקציע;
• GaN האַלב-קאָנדוקטאָר פּראַסעסינג.

אַלומינאַ רער (Al₂O₃): אַ קאָסטן-עפעקטיוו הויך טעמפּעראַטור קעראַמיש מאַטעריאַל

אַלומינאַ קעראַמיק רערן ווערן פאַבריצירט בפֿרט פֿון אַלומינום אָקסייד (Al₂O₃), טיפּיש מיט ריינקייט לעוועלס פֿון 95% ביז 99.8%.

די אַפּערייטינג טעמפּעראַטור קאַפּאַציטעט פון אַלומינאַ קעראַמיק קען דערגרייכן אַפּראָקסימאַטלי: 1400–1700°C. וואָס איז העכער ווי קאַנווענשאַנאַל קוואַרץ.

צוליב די אייגנשאפטן, ווערן אַלומינאַ אויוון רערן אָפט געניצט אין:

לאַבאָראַטאָריע האַלב-קאָנדוקטאָר אויוון;

• פאָרשונג און אַנטוויקלונג עקוויפּמענט;
• עקספּערימענטאַלע טערמישע פּראַסעסינג סיסטעמען.

אבער, אַלומינאַ האט באַגרענעצטע נוצן אין גרויס-וואָלומען האַלב-קאָנדוקטאָר פּראָדוקציע. די הויפּט סיבה איז קאָנטאַמינאַציע קאָנטראָל.

קאַמפּערד מיט קוואַרץ, קען אַלומינאַ קעראַמיק פאָרשטעלן:

• אַלומינום קאַנטאַמאַניישאַן;
• העכערע אומריינקייט לעוועלס.

פֿאַר אַוואַנסירטע האַלב-קאָנדוקטאָר פּראָדוקציע וואָס דאַרף גאָר נידעריקע קאַנטאַמאַניישאַן לעוועלס, בלייבן קוואַרץ און הויך-ריינקייט SiC די בילכער ברירות.

סיליקאָן ניטריד רער (Si₃N₄): אַוואַנסירטע קעראַמיק פֿאַר טערמישער קלאַפּ קעגנשטעל

סיליקאָן ניטריד (Si₃N₄) איז נאָך אַן אַוואַנסירטע קעראַמישע מאַטעריאַל באַקאַנט פֿאַר זייַנע אויסערגעוויינלעכע מעכאַנישע אייגנשאַפֿטן. מעגלעכע האַלב-קאָנדוקטאָר אַפּליקאַציעס אַרייַננעמען:

• ספּעציאַליזירטע אויוון קאָמפּאָנענטן;
• פאָרשונג האַלב-קאָנדוקטאָר עקוויפּמענט;
• הויך-טעמפּעראַטור קעראַמישע סטרוקטורן.

אבער, Si₃N₄ אויוון רערן ווערן נישט ברייט אנגענומען אין מיינסטרים האַלב-קאָנדוקטאָר דיפוזיע אויוון צוליב:

• העכערע פּראָדוקציע קאָמפּלעקסיטעט;
• העכערע קאָסטן;
• לימיטירטע אינדוסטריעלע צושטעל קייט צייַטיקייט.

מסקנא

די דיפיוזשאַן אויוון רער איז אַ קריטישער אָבער אָפט אונטערגעשאַצט קאָמפּאָנענט אין האַלב-קאָנדוקטאָר פּראָדוקציע. איר מאַטעריאַל האָט אַ דירעקטן השפּעה אויף:

• וואַפער ייעלד;
• פּראָצעס סטאַביליטעט;
• פּאַרטיקל פאָרשטעלונג;
• עקוויפּמענט לעבנסדויער.

איצט:

קוואַרץ רערןדאָמינירן קאַנווענשאַנעלע אַקסאַדיישאַן און דיפוזיע פּראָצעסן צוליב זייער אויסערגעוויינלעכער ריינקייט און צייַטיקייט.

SiC רערןצושטעלן אַוואַנסירטע טערמישע קייפּאַביליטי פֿאַר ווייַטער-דור האַלב-קאָנדוקטאָר אַפּלאַקיישאַנז.

אַלומינאַ און סיליקאָן ניטריד רערן דינען ספּעציאַליזירטע הויך-טעמפּעראַטור אַפּלאַקיישאַנז, וואו מעכאַנישע פאָרשטעלונג איז פּרייאָריטעטירט.

ווי האַלב-קאָנדוקטאָר פאַבריקאַציע גייט ווייטער צו העכערע טעמפּעראַטורן, גרעסערע וועיפערס און ברייט-באַנדגאַפּ דעוויסעס, וועלן אַוואַנסירטע קעראַמיק אויוון רער מאַטעריאַלס שפּילן אַן אַלץ וויכטיקערע ראָלע אין צוקונפֿט האַלב-קאָנדוקטאָר פּראָצעס ויסריכט.