Монокристалл кремний үстерү ысулларына тулы күзәтү

Монокристалл кремний үстерү ысулларына тулы күзәтү

1. Монокристалл кремний үсешенең нигезе

Технологияләрнең алга китүе һәм югары нәтиҗәле акыллы продуктларга ихтыяҗның артуы интеграль микросхема (ИК) сәнәгатенең милли үсештәге төп позициясен тагын да ныгытты. Интеграль микросхема сәнәгатенең нигезе буларак, ярымүткәргеч монокристалл кремний технологик инновацияләрне һәм икътисади үсешне этәрүдә мөһим роль уйный.

Халыкара ярымүткәргечләр сәнәгате ассоциациясе мәгълүматлары буенча, глобаль ярымүткәргеч пластиналар базары 12,6 миллиард доллар сату күләменә җитте, ә җибәрү күләме 14,2 миллиард квадрат дюймга кадәр артты. Моннан тыш, кремний пластиналарына ихтыяҗ тотрыклы рәвештә арта бара.

Шулай да, глобаль кремний пластинасы сәнәгате югары дәрәҗәдә тупланып, түбәндә күрсәтелгәнчә, базар өлешендә иң яхшы биш тәэмин итүче өстенлек итә:

• Шин-Эцу химиясе (Япония)

• SUMCO (Япония)

• Глобаль вафлилар

• Сильтроник (Германия)

• SK Siltron (Көньяк Корея)

Бу олигополия Кытайның импортланган монокристалл кремний пластиналарына нык бәйлелегенә китерә, бу илнең интеграль микросхема сәнәгате үсешен чикләүче төп киртәләрнең берсенә әйләнде.

Ярымүткәргеч кремний монокристалллары җитештерү секторындагы хәзерге кыенлыкларны җиңү өчен, тикшеренүләргә һәм эшләнмәләргә инвестицияләр салу һәм эчке җитештерү мөмкинлекләрен ныгыту - котылгысыз сайлау.

2. Монокристалл кремний материалына гомуми күзәтү

Монокристалл кремний интеграль микросхемалар сәнәгатенең нигезе булып тора. Бүгенге көнгә кадәр интеграль микросхема чипларының һәм электрон җайланмаларның 90% тан артыгы төп материал буларак монокристалл кремний кулланып ясала. Монокристалл кремнийга киң таралган ихтыяҗ һәм аның төрле сәнәгать кулланылышлары берничә фактор белән бәйле:

1. Иминлек һәм әйләнә-тирә мохиткә зыян китерми торганКремний җир кабыгында күп, ул зарарсыз һәм экологик яктан чиста.

2. Электр изоляциясеКремний табигый рәвештә электр изоляциясе үзлекләрен күрсәтә, һәм җылылык белән эшкәртү вакытында ул кремний диоксидының саклагыч катламын барлыкка китерә, бу электр зарядын югалтуны нәтиҗәле рәвештә булдырмый.

3. Өлкәннәрчә үсеш технологиясеКремний үстерү процессларында технологик үсешнең озын тарихы аны башка ярымүткәргеч материалларга караганда күпкә катлаулырак итте.

Бу факторлар бергәләп монокристалл кремнийны сәнәгатьтә алгы сафта тота, аны башка материаллар белән алыштыргысыз итә.

Кристалл төзелеше ягыннан, монокристалл кремний - периодик рәшәткәдә урнашкан кремний атомнарыннан ясалган, өзлексез структура барлыкка китерә торган материал. Ул чип җитештерү сәнәгатенең нигезе булып тора.

Түбәндәге схема монокристалл кремний әзерләүнең тулы процессын күрсәтә:

Процесска гомуми күзәтү:
Монокристалл кремний кремний рудасыннан берничә чистарту адымы аша алына. Башта поликристалл кремний алына, аннары ул кристалл үстерү мичендә монокристалл кремний коелмасына үстерелә. Аннары ул киселә, ялтыратыла һәм чип җитештерү өчен яраклы кремний пластиналарына эшкәртелә.

Кремний пластиналары гадәттә ике категориягә бүленә:фотоэлектрик класслыһәмярымүткәргечле классБу ике төр, нигездә, структурасы, сафлыгы һәм өслек сыйфаты белән аерылып тора.

• Ярымүткәргечле пластиналар99,999999999% ка кадәр гадәттән тыш югары сафлыкка ия, һәм алар катгый рәвештә монокристалл булырга тиеш.

• Фотоэлектрик класслы пластиналарсафлыгы түбәнрәк, сафлык дәрәҗәсе 99,99% тан 99,9999% ка кадәр, һәм кристалл сыйфатына мондый катгый таләпләр куймыйлар.

Моннан тыш, ярымүткәргечле пластиналар фотоэлектрик пластиналарга караганда югарырак өслек тигезлеге һәм чисталыгы таләп итә. Ярымүткәргечле пластиналар өчен югарырак стандартлар аларны әзерләүнең катлаулылыгын да, кулланудагы кыйммәтен дә арттыра.

Түбәндәге диаграммада ярымүткәргеч пластиналарның спецификацияләренең эволюциясе күрсәтелгән, алар башлангыч 4 дюймлы (100 мм) һәм 6 дюймлы (150 мм) пластиналардан хәзерге 8 дюймлы (200 мм) һәм 12 дюймлы (300 мм) пластиналарга кадәр арткан.

Чын кремний монокристаллларын әзерләүдә пластина зурлыгы куллану төренә һәм бәя факторларына карап үзгәрә. Мәсәлән, хәтер чипларында гадәттә 12 дюймлы пластиналар кулланыла, ә көч җайланмаларында еш кына 8 дюймлы пластиналар кулланыла.

Кыскасы, пластина зурлыгының эволюциясе Мур законы һәм икътисади факторлар нәтиҗәсе. Зуррак пластина зурлыгы шул ук эшкәртү шартларында күбрәк кулланыла торган кремний мәйданын үстерергә мөмкинлек бирә, җитештерү чыгымнарын киметә, шул ук вакытта пластина кырыйларыннан калдыкларны минимальләштерә.

Заманча технологик үсештә мөһим материал буларак, ярымүткәргеч кремний пластиналары, фотолитография һәм ион имплантациясе кебек төгәл процесслар аша, югары куәтле турылаткычлар, транзисторлар, биполяр тоташу транзисторлары һәм коммутация җайланмалары кебек төрле электрон җайланмалар җитештерү мөмкинлеген бирә. Бу җайланмалар ясалма интеллект, 5G элемтәсе, автомобиль электроникасы, әйберләр интернеты һәм аэрокосмик сәнәгать кебек өлкәләрдә төп роль уйный, милли икътисади үсеш һәм технологик инновацияләрнең нигезен тәшкил итә.

3. Монокристалл кремний үстерү технологиясе

...Чохральский (Чехия) методыэремәдән югары сыйфатлы монокристалл материалны аеру өчен нәтиҗәле процесс. 1917 елда Ян Чохральский тарафыннан тәкъдим ителгән бу ысул шулай ук ​​... дип тә атала.Кристалл тартуметод.

Хәзерге вакытта CZ ысулы төрле ярымүткәргеч материаллар әзерләүдә киң кулланыла. Тулы булмаган статистика буенча, электрон компонентларның якынча 98% монокристалл кремнийдан ясала, бу компонентларның 85% ы CZ ысулы белән җитештерелә.

CZ ысулы кристалл сыйфатының югары булуы, контрольдә тотылырга мөмкин булган зурлыгы, тиз үсеш темплары һәм югары җитештерү нәтиҗәлелеге аркасында популяр. Бу үзенчәлекләр CZ монокристалл кремнийын электроника сәнәгатендә югары сыйфатлы, зур күләмле ихтыяҗны канәгатьләндерү өчен өстенлекле материал итә.

CZ монокристалл кремнийенең үсеш принцибы түбәндәгечә:

CZ процессы югары температура, вакуум һәм ябык мохит таләп итә. Бу процесс өчен төп җиһазлар -кристалл үстерү миче, бу исә бу шартларны җиңеләйтә.

Түбәндәге схема кристалл үстерү миченең структурасын күрсәтә.

CZ процессында саф кремний тигельгә салына, эретелә, һәм эретелгән кремнийга орлык кристалы кертелә. Температура, тарту тизлеге һәм тигель әйләнү тизлеге кебек параметрларны төгәл контрольдә тоту аша, орлык кристалы һәм эретелгән кремний чикләрендәге атомнар яки молекулалар өзлексез яңадан оештырыла, система суынганда катылана һәм ахыр чиктә бер кристалл барлыкка китерә.

Бу кристалл үстерү ысулы югары сыйфатлы, зур диаметрлы, билгеле бер кристалл юнәлешле монокристалл кремний җитештерә.

Үсеш процессы берничә төп адымны үз эченә ала, шул исәптән:

1. Сүтү һәм йөкләүКристаллны алу һәм мичне һәм аның компонентларын кварц, графит яки башка катнашмалар кебек пычраткычлардан яхшылап чистарту.

2. Вакуум һәм эретүСистема вакуумга эвакуацияләнә, аннары аргон газы кертелә һәм кремний заряды җылытыла.

3. Кристалл тартуОрлык кристалы эретелгән кремнийга бастырыла, һәм дөрес кристаллашуны тәэмин итү өчен чик температурасы җентекләп контрольдә тотыла.

4. Җилкәләрне һәм диаметрны контрольдә тотуКристалл үскән саен, аның диаметры игътибар белән күзәтелә һәм тигез үсешне тәэмин итү өчен көйләнә.

5. Үсешнең тәмамлануы һәм мичнең сүнүеКристаллның кирәкле зурлыгына ирешкәч, мич сүндерелә һәм кристалл алына.

Бу процесстагы җентекле адымнар ярымүткәргечләр җитештерү өчен яраклы югары сыйфатлы, кимчелексез монокристалллар булдыруны тәэмин итә.

4. Монокристалл кремний җитештерүдәге кыенлыклар

Зур диаметрлы ярымүткәргеч монокристалллар җитештерүдәге төп кыенлыкларның берсе - үсеш процессындагы техник киртәләрне җиңү, аеруча кристалл кимчелекләрен фаразлау һәм контрольдә тоту:

1. Монокристалл сыйфатының тотрыксызлыгы һәм түбән уңышКремний монокристалларының зурлыгы арткан саен, үсеш мохитенең катлаулылыгы арта, бу җылылык, агым һәм магнит кырлары кебек факторларны контрольдә тотуны катлауландыра. Бу даими сыйфатка һәм югарырак уңышка ирешү бурычын катлауландыра.

2. Тотрыксыз контроль процессыЯрымүткәргеч кремний монокристалларының үсеш процессы бик катлаулы, күп физик кырлар үзара бәйләнештә була, бу контроль төгәллеген тотрыксыз итә һәм продуктның түбән чыгышына китерә. Хәзерге контроль стратегияләре, нигездә, кристаллның макроскопик үлчәмнәренә юнәлтелгән, ә сыйфат кул тәҗрибәсенә нигезләнеп көйләнә, бу исә интеграль микросхема чипларында микро һәм нано җитештерү таләпләрен үтәүне катлауландыра.

Бу кыенлыкларны хәл итү өчен, кристалл сыйфатын реаль вакыт режимында онлайн күзәтү һәм фаразлау ысулларын эшләү, шулай ук ​​интеграль микросхемаларда куллану өчен зур монокристаллларның тотрыклы, югары сыйфатлы җитештерүен тәэмин итү өчен контроль системаларын яхшырту кирәк.