Монокристаллдык кремнийди өстүрүү ыкмаларына комплекстүү сереп

Монокристаллдык кремнийди өстүрүү ыкмаларына комплекстүү сереп

1. Монокристаллдык кремнийдин өнүгүүсүнүн өбөлгөлөрү

Технологиянын өнүгүшү жана жогорку натыйжалуу акылдуу продукцияларга болгон суроо-талаптын өсүшү улуттук өнүгүүдөгү интегралдык микросхема (ИМ) тармагынын негизги позициясын ого бетер бекемдеди. ИМ тармагынын негизи катары жарым өткөргүч монокристаллдык кремний технологиялык инновацияларды жана экономикалык өсүштү камсыз кылууда маанилүү ролду ойнойт.

Эл аралык жарым өткөргүчтөр өнөр жай ассоциациясынын маалыматтарына ылайык, дүйнөлүк жарым өткөргүч пластиналар рыногунун сатуу көлөмү 12,6 миллиард долларга жетти, ал эми жеткирүү көлөмү 14,2 миллиард чарчы дюймга чейин өстү. Андан тышкары, кремний пластиналарына болгон суроо-талап туруктуу өсүүдө.

Бирок, дүйнөлүк кремний пластинасы өнөр жайы жогорку деңгээлде концентрацияланган, төмөндө көрсөтүлгөндөй, алдыңкы беш жеткирүүчү рыноктун үлүшүнүн 85% дан ашыгын ээлейт:

• Шин-Эцу химиялык компаниясы (Жапония)

• SUMCO (Жапония)

• Дүйнөлүк вафлилер

• Силтроник (Германия)

• SK Siltron (Түштүк Корея)

Бул олигополия Кытайдын импорттолгон монокристаллдык кремний пластиналарына катуу көз карандылыгына алып келет, бул өлкөнүн интегралдык микросхема өнөр жайынын өнүгүшүн чектөөчү негизги тоскоолдуктардын бирине айланды.

Жарым өткөргүч кремний монокристаллдарын өндүрүү тармагындагы учурдагы кыйынчылыктарды жеңүү үчүн изилдөөлөргө жана иштеп чыгууларга инвестиция салуу жана ата мекендик өндүрүш мүмкүнчүлүктөрүн чыңдоо сөзсүз тандоо болуп саналат.

2. Монокристаллдык кремний материалына сереп

Монокристаллдык кремний интегралдык микросхемалар өнөр жайынын негизи болуп саналат. Бүгүнкү күнгө чейин интегралдык чиптердин жана электрондук түзүлүштөрдүн 90% дан ашыгы негизги материал катары монокристаллдык кремнийди колдонуу менен жасалат. Монокристаллдык кремнийге жана анын ар түрдүү өнөр жайлык колдонулушуна кеңири суроо-талап бир нече факторлор менен байланыштуу болушу мүмкүн:

1. Коопсуздук жана айлана-чөйрөгө зыян келтирбөөКремний Жер кыртышында көп кездешет, уулуу эмес жана экологиялык жактан таза.

2. Электр изоляциясыКремний табигый түрдө электрдик изоляциялык касиеттерди көрсөтөт жана жылуулук менен иштетүүдө ал кремний диоксидинин коргоочу катмарын түзөт, бул электр зарядынын жоголушуна натыйжалуу жол бербейт.

3. Жетилген өсүү технологиясыКремнийди өстүрүү процесстериндеги технологиялык өнүгүүнүн узак тарыхы аны башка жарым өткөргүч материалдарга караганда алда канча татаал кылды.

Бул факторлор чогуу монокристаллдык кремнийди тармактын алдыңкы сабында кармап турат, бул аны башка материалдар менен алмаштыргыс кылат.

Кристаллдык түзүлүшү жагынан алганда, монокристаллдык кремний - бул мезгилдүү торчодо жайгашкан, үзгүлтүксүз түзүлүштү түзгөн кремний атомдорунан жасалган материал. Ал чип өндүрүү өнөр жайынын негизи болуп саналат.

Төмөнкү диаграмма монокристаллдык кремнийди даярдоонун толук процессин көрсөтөт:

Процесске сереп:
Монокристаллдык кремний кремний рудасынан бир катар тазалоо этаптары аркылуу алынат. Алгач поликристаллдык кремний алынат, андан кийин ал кристалл өстүрүүчү меште монокристаллдык кремний куймасына өстүрүлөт. Андан кийин ал кесилип, жылмаланып, чип жасоого ылайыктуу кремний пластиналарына иштетилет.

Кремний пластиналары, адатта, эки категорияга бөлүнөт:фотоэлектрдик класстагыжанажарым өткөргүч класстагыБул эки түрү негизинен түзүлүшү, тазалыгы жана бетинин сапаты боюнча айырмаланат.

• Жарым өткөргүчтүү пластиналар99.999999999% га чейинки өзгөчө жогорку тазалыкка ээ жана монокристаллдык болушу катуу талап кылынат.

• Фотоэлектрдик класстагы пластиналаранча таза эмес, тазалык деңгээли 99,99% дан 99,9999% га чейин жана кристаллдын сапатына мындай катуу талаптар жок.

Мындан тышкары, жарым өткөргүч класстагы пластиналар фотоэлектрдик класстагы пластиналарга караганда жогорку беттик жылмакайлыкты жана тазалыкты талап кылат. Жарым өткөргүч пластиналар үчүн жогорку стандарттар аларды даярдоонун татаалдыгын да, андан кийинки колдонуудагы баалуулугун да жогорулатат.

Төмөнкү диаграммада жарым өткөргүч пластиналардын спецификацияларынын эволюциясы көрсөтүлгөн, алар алгачкы 4 дюймдук (100 мм) жана 6 дюймдук (150 мм) пластиналардан азыркы 8 дюймдук (200 мм) жана 12 дюймдук (300 мм) пластиналарга чейин жогорулаган.

Чыныгы кремний монокристаллдык даярдоодо пластинанын өлчөмү колдонуунун түрүнө жана баа факторлоруна жараша өзгөрүп турат. Мисалы, эс тутум чиптери көбүнчө 12 дюймдук пластиналарды колдонушат, ал эми кубат берүүчү түзүлүштөр көбүнчө 8 дюймдук пластиналарды колдонушат.

Кыскасы, пластинанын өлчөмүнүн эволюциясы Мур мыйзамынын жана экономикалык факторлордун натыйжасы болуп саналат. Пластинанын чоңураак өлчөмү ошол эле иштетүү шарттарында колдонууга жарамдуу кремний аянтынын өсүшүнө мүмкүндүк берет, өндүрүш чыгымдарын азайтып, ошол эле учурда пластинанын четтеринен чыккан калдыктарды минималдаштырат.

Заманбап технологиялык өнүгүүдөгү маанилүү материал катары, жарым өткөргүч кремний пластиналары фотолитография жана иондук имплантация сыяктуу так процесстер аркылуу жогорку кубаттуулуктагы түзөткүчтөрдү, транзисторлорду, биполярдык өткөөл транзисторлорду жана коммутациялык түзүлүштөрдү кошо алганда, ар кандай электрондук түзүлүштөрдү өндүрүүгө мүмкүндүк берет. Бул түзүлүштөр жасалма интеллект, 5G байланышы, автомобиль электроникасы, буюмдардын интернети жана аэрокосмос сыяктуу тармактарда маанилүү ролду ойнойт жана улуттук экономикалык өнүгүүнүн жана технологиялык инновациянын негизин түзөт.

3. Монокристаллдык кремнийди өстүрүү технологиясы

TheЧохральский (CZ) ыкмасыэритмеден жогорку сапаттагы монокристаллдык материалды сууруп алуунун натыйжалуу процесси болуп саналат. 1917-жылы Ян Чохральский тарабынан сунушталган бул ыкма ошондой эле ... деп аталат.Кристалл тартууыкма.

Учурда CZ ыкмасы ар кандай жарым өткөргүч материалдарды даярдоодо кеңири колдонулат. Толук эмес статистикага ылайык, электрондук компоненттердин болжол менен 98% монокристаллдык кремнийден жасалат, ал эми бул компоненттердин 85% CZ ыкмасы менен өндүрүлөт.

CZ ыкмасы кристаллдын эң сонун сапаты, башкарылуучу өлчөмү, тез өсүү темпи жана жогорку өндүрүш натыйжалуулугу менен артыкчылыктуу. Бул мүнөздөмөлөр CZ монокристаллдык кремнийин электроника тармагындагы жогорку сапаттагы, ири масштабдуу суроо-талапты канааттандыруу үчүн артыкчылыктуу материалга айлантат.

CZ монокристаллдык кремнийдин өсүү принциби төмөнкүдөй:

CZ процесси жогорку температураны, вакуумду жана жабык чөйрөнү талап кылат. Бул процесстин негизги жабдуулары болуп саналаткристалл өстүрүүчү меш, бул ушул шарттарды жеңилдетет.

Төмөнкү диаграммада кристалл өстүрүүчү мештин түзүлүшү көрсөтүлгөн.

CZ процессинде таза кремний тигельге салынып, эритилип, эритилген кремнийге үрөн кристаллы киргизилет. Температура, тартуу ылдамдыгы жана тигельдин айлануу ылдамдыгы сыяктуу параметрлерди так башкаруу менен, үрөн кристаллынын жана эритилген кремнийдин чек арасындагы атомдор же молекулалар тынымсыз кайрадан уюшулуп, система муздаганда катууланып, акырында бир кристалл пайда болот.

Бул кристалл өстүрүү ыкмасы белгилүү бир кристаллдык багыттары бар жогорку сапаттагы, чоң диаметрдеги монокристаллдык кремнийди өндүрөт.

Өсүү процесси бир нече негизги кадамдарды камтыйт, анын ичинде:

1. Демонтаждоо жана жүктөөКристалды алып салуу жана мешти жана анын компоненттерин кварц, графит же башка кошулмалар сыяктуу булгоочу заттардан кылдат тазалоо.

2. Вакуум жана эритүүСистема вакуумга эвакуацияланат, андан кийин аргон газы киргизилет жана кремний заряды ысытылат.

3. Кристалл тартуу: Үрөн кристаллы эритилген кремнийге түшүрүлөт жана туура кристаллдашуу үчүн беттин температурасы кылдаттык менен көзөмөлдөнөт.

4. Ийинге ийүү жана диаметрди көзөмөлдөөКристалл чоңойгон сайын, анын диаметри кылдаттык менен көзөмөлдөнүп, бирдей өсүштү камсыз кылуу үчүн туураланат.

5. Өсүштүн аякташы жана мештин жабылышыКристаллдын каалаган өлчөмүнө жеткенден кийин, меш өчүрүлүп, кристалл алынып салынат.

Бул процесстеги деталдуу кадамдар жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүгө ылайыктуу жогорку сапаттагы, кемчиликсиз монокристаллдарды түзүүнү камсыздайт.

4. Монокристаллдык кремний өндүрүшүндөгү кыйынчылыктар

Чоң диаметрдеги жарым өткөргүч монокристаллдарды өндүрүүдөгү негизги кыйынчылыктардын бири - өсүү процессиндеги техникалык тоскоолдуктарды жеңүү, айрыкча кристаллдык кемчиликтерди алдын ала айтуу жана көзөмөлдөө:

1. Монокристалдын сапатынын туруксуздугу жана төмөн түшүмдүүлүгүКремний монокристаллдарынын өлчөмү чоңойгон сайын, өсүү чөйрөсүнүн татаалдыгы жогорулайт, бул жылуулук, агым жана магнит талаалары сыяктуу факторлорду көзөмөлдөөнү кыйындатат. Бул туруктуу сапатты жана жогорку түшүмдүүлүктү камсыз кылуу милдетин татаалдаштырат.

2. Туруксуз башкаруу процессиЖарым өткөргүч кремний монокристаллдарынын өсүү процесси өтө татаал, бир нече физикалык талаалар өз ара аракеттенип, башкаруунун тактыгын туруксуз кылып, продукциянын төмөн түшүмдүүлүгүнө алып келет. Учурдагы башкаруу стратегиялары негизинен кристаллдын макроскопиялык өлчөмдөрүнө багытталган, ал эми сапат дагы эле кол менен жасалган тажрыйбанын негизинде туураланат, бул интегралдык чиптерде микро жана нано өндүрүш талаптарын канааттандырууну кыйындатат.

Бул көйгөйлөрдү чечүү үчүн кристаллдын сапатын реалдуу убакыт режиминде, онлайн мониторинг жүргүзүү жана алдын ала айтуу ыкмаларын иштеп чыгуу, ошондой эле интегралдык микросхемаларда колдонуу үчүн ири монокристаллдарды туруктуу, жогорку сапатта өндүрүүнү камсыз кылуу үчүн башкаруу системаларын өркүндөтүү зарыл.