Монокристалл кремний үсеш ысулларына комплекслы күзәтү

Монокристалл кремний үсеш ысулларына комплекслы күзәтү

1. Монокристалл кремний үсеше фоны

Технологиянең алга китүе һәм югары эффектив акыллы продуктларга ихтыяҗ арту интеграль схема (IC) индустриясенең милли үсештә төп позициясен тагын да ныгытты. IC индустриясенең нигез ташы буларак, ярымүткәргеч монокристалл кремний технологик инновацияләр һәм икътисадый үсештә мөһим роль уйный.

Халыкара ярымүткәргеч сәнәгате ассоциациясе мәгълүматлары буенча, дөнья ярымүткәргеч вафер базары сату күрсәткечләренә 12,6 миллиард долларга җитте, җибәрү 14,2 миллиард квадрат дюймга кадәр артты. Моннан тыш, кремний ваферларга сорау тотрыклы арта бара.

Ләкин, глобаль кремний вафер индустриясе югары концентрацияләнгән, иң яхшы биш тәэмин итүче базар өлешенең 85% тан өстенлек итә, түбәндә күрсәтелгәнчә:

• Шин-Эцу Химик (Япония)

• СУМКО (Япония)

• Глобаль Ваферлар

• Силтроник (Германия)

• SK Siltron (Көньяк Корея)

Бу олигополия Кытайның читтән кертелгән монокристалл кремний вафаларына бик нык бәйле булуына китерә, бу илнең интеграль челтәр индустриясе үсешен чикләүче төп киртәләрнең берсенә әверелде.

Ярымүткәргеч кремний монокристал җитештерү өлкәсендәге хәзерге проблемаларны җиңү өчен, тикшеренүләргә һәм үсешкә инвестицияләр кертү һәм эчке җитештерү мөмкинлекләрен ныгыту - котылгысыз сайлау.

2. Монокристалл кремний материалына күзәтү

Монокристалл кремний - интеграль челтәр индустриясенең нигезе. Бүгенге көнгә IC чипларының һәм электрон җайланмаларның 90% тан артыгы төп материал буларак монокристалл кремний ярдәмендә ясалган. Монокристалл кремнийга киң таралган сорау һәм аның төрле сәнәгать кушымталары берничә фактор белән бәйле булырга мөмкин:

1. Куркынычсызлык һәм экологик яктан чиста: Кремний crир кабыгында мул, агулы булмаган һәм экологик яктан чиста.

2. Электр изоляциясе: Кремний табигый рәвештә электр изоляциясен күрсәтә, һәм җылылык белән эшкәртелгәннән соң, ул кремний газының саклагыч катламын барлыкка китерә, бу электр корылмасының югалуына эффектив комачаулый.

3. Atureсеш технологиясе: Кремний үсеш процессларында технологик үсешнең озын тарихы аны башка ярымүткәргеч материалларга караганда катлаулырак итте.

Бу факторлар монокристалл кремнийны тармакның алгы планында саклыйлар, аны башка материаллар белән алыштырып булмый.

Кристалл структурасы ягыннан, монокристалл кремний - кремний атомнарыннан ясалган материал, периодик такталарда урнаштырылган, өзлексез структура. Бу чип җитештерү тармагы.

Түбән схемада монокристалл кремний әзерләүнең тулы процессы күрсәтелгән:

Процесска күзәтү:
Монокристалл кремний кремний рудасыннан чистарту адымнары аша алынган. Башта поликристалл кремний алына, аннары кристалл үсеш мичендә монокристалл кремний инготына әверелә. Соңыннан, ул киселә, чистартыла һәм чип җитештерү өчен яраклы кремний вафаларга эшкәртелә.

Кремний вафиннары гадәттә ике категориягә бүленә:фотоволтаик классһәмярымүткәргеч-класс. Бу ике төр, нигездә, структурасы, чисталыгы, өслеге сыйфаты белән аерылып торалар.

• Ярымүткәргеч класслы ваферлар99.999999999% га кадәр чисталыкка ия, һәм монокристалл булырга тиеш.

• Фотовольтаик класслы ваферлараз чиста, чисталык дәрәҗәсе 99,99% дан 99,9999% га кадәр, һәм кристалл сыйфаты өчен андый катгый таләпләр юк.

Моннан тыш, ярымүткәргеч класслы ваферлар фотоволтаик класслы вафаларга караганда өслекнең тигезлеген һәм чисталыгын таләп итәләр. Ярымүткәргеч ваферлар өчен югарырак стандартлар аларны әзерләүнең катлаулылыгын да, кушымталарда соңрак бәясен дә арттыралар.

Киләсе диаграммада ярымүткәргеч вафин спецификасы эволюциясе күрсәтелгән, алар 4 дюйм (100 мм) һәм 6 дюйм (150 мм) вафердан хәзерге 8 дюйм (200 мм) һәм 12 дюйм (300 мм) ваферга кадәр арткан.

Кремний монокристалын әзерләгәндә, вафин күләме куллану төренә һәм бәя факторларына карап үзгәрә. Мәсәлән, хәтер чиплары гадәттә 12 дюймлы вафер кулланалар, ә электр җайланмалары еш 8 дюймлы ваферлар кулланалар.

Йомгаклап әйткәндә, вафер зурлыгының эволюциясе Мур Законы һәм икътисади факторлар нәтиҗәсе. Зуррак вафер зурлыгы шул ук эшкәртү шартларында кулланыла торган кремний мәйданын үстерергә мөмкинлек бирә, җитештерү чыгымнарын киметә, вафин читендәге калдыкларны киметә.

Заманча технологик үсештә мөһим материал буларак, ярымүткәргеч кремний вафлары, фотолитография һәм ион имплантациясе кебек төгәл процесслар аша, төрле электрон җайланмалар, шул исәптән югары көчле төзәткечләр, транзисторлар, биполяр тоташу транзисторлары һәм күчү җайланмалары. Бу җайланмалар ясалма интеллект, 5G элемтә, автомобиль электроникасы, әйберләр интернеты һәм аэрокосмос кебек өлкәләрдә төп роль уйныйлар, милли икътисадый үсеш һәм технологик инновациянең нигез ташын тәшкил итәләр.

3. Монокристалл кремний үсеш технологиясе

.Әр сүзнеңЧохральски (CZ) ысулыэретүдән югары сыйфатлы монокристалл материалны тарту өчен эффектив процесс. Ян Чохральски тарафыннан 1917 елда тәкъдим ителгән бу ысул шулай укБәллүр тартуысулы.

Хәзерге вакытта CZ ысулы төрле ярымүткәргеч материаллар әзерләүдә киң кулланыла. Тулы булмаган статистика буенча, электрон компонентларның якынча 98% монокристалл кремнийдан эшләнгән, бу компонентларның 85% CZ ысулы ярдәмендә җитештерелгән.

CZ ысулы аның кристалл сыйфаты, контрольдә тотыла торган зурлыгы, тиз үсеш темплары һәм югары җитештерүчәнлеге аркасында өстенлекле. Бу характеристикалар CZ монокристалл кремнийны электроника өлкәсендә югары сыйфатлы, зур масштаблы ихтыяҗны канәгатьләндерү өчен өстенлекле материал итәләр.

CZ монокристалл кремнийның үсеш принцибы түбәндәгечә:

CZ процессы югары температура, вакуум һәм ябык мохит таләп итә. Бу процесс өчен төп җиһазкристалл үсеш миче, бу шартларны җиңеләйтә.

Түбәндәге схемада кристалл үсеш миченең структурасы күрсәтелгән.

CZ процессында саф кремний критик кремнийга урнаштырыла, эретелгән кремнийга орлык кристалл кертелә. Орлык кристаллының һәм эретелгән кремний интерфейсындагы температура, тарту тизлеге, әйләнү тизлеге кебек параметрларны төгәл контрольдә тотып, система суынган кебек ныклаша һәм ахыр чиктә бер кристалл барлыкка килә.

Бу кристалл үсеш техникасы югары сыйфатлы, зур диаметрлы монокристалл кремний җитештерә, махсус кристалл юнәлеше белән.

Processсеш процессы берничә төп адымны үз эченә ала:

1. Сүндерү һәм йөкләү: Кристаллны чыгару һәм мичне һәм компонентларны кварц, графит яки башка пычраклар кебек пычраткыч матдәләрдән яхшылап чистарту.

2. Вакуум һәм эретү: Система вакуумга эвакуацияләнә, аннары аргон газы кертелә һәм кремний корылмасы җылытыла.

3. Бәллүр тарту: Орлык кристаллын эретелгән кремнийга төшерәләр, һәм кристалллашуны тәэмин итү өчен интерфейс температурасы җентекләп контрольдә тотыла.

4. Erилкә һәм диаметр белән идарә итү: Кристалл үсә барган саен, аның диаметры җентекләп күзәтелә һәм бердәм үсешне тәэмин итү өчен көйләнә.

5. Owсеш һәм мичне туктату: Кирәкле кристалл зурлыгына ирешкәч, мич ябыла, һәм кристалл чыгарыла.

Бу процессның җентекле адымнары ярымүткәргеч җитештерү өчен яраклы югары сыйфатлы, кимчелексез монокристаллар булдыруны тәэмин итә.

4. Монокристалл кремний җитештерүдә проблемалар

Зур диаметрлы ярымүткәргеч монокристаллар җитештерүдә төп проблемаларның берсе - үсеш процессындагы техник киртәләрне җиңү, аеруча кристалл җитешсезлекләрен фаразлау һәм контрольдә тоту:

1. Монокристал сыйфаты һәм түбән уңыш: Кремний монокристаллары зурайган саен, үсеш мохитенең катлаулылыгы арта, җылылык, агым һәм магнит кырлары кебек факторларны контрольдә тоту кыенлаша. Бу эзлекле сыйфатка һәм югары уңышка ирешү бурычын катлауландыра.

2. Тотрыксыз контроль процесс: Ярымүткәргеч кремний монокристалларының үсеш процессы бик катлаулы, күп физик кырлар үзара бәйләнештә, контроль төгәллекне тотрыксыз итә һәм продуктның аз булуына китерә. Хәзерге контроль стратегияләре, нигездә, кристаллның макроскопик үлчәмнәренә юнәлтелә, шул ук вакытта сыйфат кул белән эшләнгән тәҗрибәгә нигезләнеп көйләнә, IC чипларында микро һәм нано җитештерү таләпләрен үтәүне кыенлаштыра.

Бу проблемаларны чишү өчен, реаль вакыттагы, онлайн мониторинг һәм кристалл сыйфаты өчен фаразлау ысулларын эшкәртү, интеграль схемаларда куллану өчен эре монокристалларның тотрыклы, югары сыйфатлы җитештерүен тәэмин итү өчен контроль системаларын камилләштерү белән беррәттән кирәк.