1. Технологийн үндэс: Хүчилтөрөх уурхай дахь "хайрт хамгаалах дарга"
Чип үйлдвэрлэлийн олон алхамын дотор исэлдүүлэх процессын үүрэг нь чухал хамгаалах "хамгаалалт" алхам юм. Пластинас (вэйферс) өндөр температурт таван хоолойд оруулж, түүнд хүчилтөрөгч төвөгтүй бүх гадаргууг дайрж, цагаан силицийн диоксидын нүүрний тун зүйлхэн давхарга үүсгэнэ. Энэ нарийн давхарга нь олон үүрэг гүйцэтгэнэ: хагас дамжуулагчийн хурдны хувьд хориглох химийн саарал, урсгалыг сааралдуулах изоляцион давхарга, мөн дараагийн ион хүртүүлэлт ба шүүрлүүлэлтийн үед буферлүүлэх ба хамгаалах үүрэг. Таван хоолойн систем нь жишээлбэл микрореакторын хүчирхүй төвөгтүй удирдлагатай ажиллаж, пластинасны онгоц, таван хоолойн доторх халуун тусгаарлагч, дулаан тусгаарлагч хэсгүүд нь бүрд бүх үүрэгтүүдийг гүйцэтгэнэ. Бүх хэсгүүдийн дотор пластинасны онгоц нь пластинаснуудтай шууд "хүнзийн холбоотой" бөөрөнхийлүүлэх ба түүнүүдийг зөөх үүрэгтүүдийг гүйцэтгэнэ. Таван хоолойн доторх температур нь ихэвчлэн 800°C-аас дээш байдаг, зарим процессын үед 1000°C-аас дээш байдаг тул эдгээр дотоод хэсгүүд нь өндөр температурт хэмжээний тогтвортой байх ёстой, мөн ямар нэг бохирдож буй хүртүүлэлт үлдээхүйц байх ёстой. Үүнгүйдээ, нэг партийн пластинаснуудын гарц хүнд хэмжээгүй бүүр бүүрдүүлж болой.
2. Хатуу шаардлагууд: Диск хайрцагт олон хэмжээт "хатуу үзүүлэлтүүд"
Исэлтүүн дулааны талбайд ваферийн савны үүрэг зөвхөн «тавиур»-той харьцуулж болохгүй. Тэр нь таван хоолойн дотор ваферийн «зөөвөр тэрэг» бөлгөөн, мөн дулааны талбарт ваферийн бүх тавиур зөв чиглэлд байхыг хангах чухал элемент юм. Жижиг налт, хазайлт ч газар хүртэл төрүүлж, бүрхүүлийн зүйл тун нүүрнүүр тархаж, ваферийн хагаралд хүртэл хүрч болой. Ийнхүү, хүчирхүүл вайферийн сав нь олон талаас онцгой үр дүн үзүүрлэх ёстой: түүний бүтэц нь аравтаван ваферийг шүүрхүүрт бүтэн багтааж, хазайлтгүй ташигнаж чадах ёстой; түүний гадаргуугийн бүтээл нь цахилгаан статикын нүүрнүүрт бөөрсгүүдийн татахыг саатуулж чадах ёстой; түүний материал нь давтамжит халдаж, хөхрүүлж бүтэн хэмжээний тогтвортой байх ёстой, хөндлөн төрүүлж, трещин үүсгүй. Гэтгүй, инженерүүдийн хамгийн хүнд асуудал — хүрэлдүүн хяналт, яг «далд саад». Исэлтүүн дулааны таван хоолойн доторх 1000°C-аас дээш температур нь ердийн материалахын металлын элементүүдийг хөдөлмүүр болгож чадой. Хэрэв түүнүүд ваферийн гадаргуу дээр туннүүрт, диффузияд орж, төхөөрөмжийн цахилгааны үр дүнг шууд муудуулж чадой. Түүнээс шалтгаалан, ваферийн савны материал нь зөвхөн өндөр дулааныг төрүүлж, дүүрүүлж чадах ёстой, мөн «манан» түвшинд цэвэр байх ёстой.
3. Материалын хөгжил: Хайлийн цагаан чулуу дээрх хязгаарыг хүртэл
Одоо үед кварц нь дүрсийн хавтгайг бүрхүүлд ашиглагдаж буй гол материал бөлгөөн, түүний хөгжсөн боловсруулалтын технологи болон үнэдүүр үлдмүүрүүдийн тулд. Гэтэл чип үйлдвэрлэлийн технологи 7 нм ба бүр жижиг шугаман үзүүрлүүд рүү шилжин явж буй тул процессын температур цонх нь өргөтсөн, оксиджуулалт ба диффузия шатуудад ашиглагдаж буй дүрсийн хавтгайг бүрхүүлд илүү хатуу шаардлага тавигдаж буй. 1000°C-с дээш температурт давтамжаар дулааны шок үүсгэх үед кварц дүрсийн хавтгайг бүрхүүлдийн хүчлүүд илүү тодорхой харагдаж буй: удаан, өндөр температурт деформаци бүрхүүлдийн газрын зүүн хавтгайг холбогдож буй; жижиг бөөрсөк хаягдаж буй, дүрсийн хавтгайг боорцгоох; хязгаарлагдмүүр үүрэх хугацаа нь дүрсийн хавтгайг бүрхүүлдийн солилцооны үүрд олон дахин дулааны печь-ийг зогсоож буй. Эднүүд шүүрхүүдийн үүрд, дээрх үүрд илүү үр дүнтэй материал — силикон карбид (SiC) керамика дүрсийн хавтгайг бүрхүүлд — гүнзгүй бүрхүүлдийн доорх хүчлүүдийн дунд гарч ирж буй. Түүний дулаан төдийлүүд, цэвэрлүүд, туршлагын хүчлүүдийн тулд түүн дээрх үлдмүүрүүдийн тулд традициональ кварц шийдлүүдийн оронд хурдан суурьшж буй, өндөр түвшний үйлдвэрлэлийн процессын хувьд харахгүй, гэтэл үлдмүүрүүдийн тулд шаардлагатай "харахгүй багана".
4. Давуу талуудын тайлбар: SiC-ийн савангуудын дөрвөн «үндсэн хүч»
Түүнд яг юу хиймэл кремний карбидын саванг онцгойлох вэ? Түүний үндсэн хүчний дөрвөн чигт шүүж үзэцгүүр.
Нүүрсний хүчил нь 1200°C-аас дээш температурт «хөөрч» эхлэд, аажимдаа гагнуур бүүрд илүүдлүүрд. Харин SiC нь 1300°C-аас дээш хатуу ажиллах нөхцөлд ч өөрийн хэлбэр, нарийн төвөгтэй хэмжээг хадгалан, хазайхгүй үлдд. Энэ нь урт хугацааны өндөр температурт ажиллах шүүлтүүдтэд зориулж, дискийн байрлалын нарийн төвөгтэй хэмжээг үргэлж баталгаажуулд.
Хоёрдугаар нь цэвэр байдал. SiC материалд агуулагдах металлын хагас холимогийн агууламж үл мөрдөм түвшинд хяналтанд байдаг, ийнхүү дараагийн улаан дугуйн боорцгойд хагас холимогийн нөлөөллийн аюул үлдэхгүй арилгаж үлдээдэг. Түүн дээр, нарийн боловсруулалтын дараа түүний гадарга нанометр түвшинд шүүдэршүүдэр болж, ямар ч жижиг бөөмсүүдийг барьж чадахгүй зэрэгт хүрдэг. Энэ нь ихэнхдээ 100-р ангилалын юм уна, эсвэл 10-р ангилалын цэвэр таяг орчинд шаардагддаг өндөр түвшний үйлдвэрлэлд бүртүүн тохиромжтой.
Дараагийн нь нь технологийн нийцүүр. Зузаан хуудас оксиджуулалт, гүн ховилд дүүргэлт, SiC хүчдэл төхөөрөмжүүдийн үйлдвэрлэлийн үе шатууд гэх мэт тусгай технологийн олон арга зам нь 1200°C-аас дээш температурт үйлдэх ёстой. Кварц материалын ийнхүү үйлдэх чадваргүй болж, силикон карбидын сэрэмжлүүр хувцас нь ийнхүү даалгаврыг найдвартай гүйцэтгэж чадах цорын ганц сонголт болой.
Төгсгөлд, үл хоригдож буй түүхийн тогтвортой бүтэц бүхий. SiC-ийн механик хүч нь кварцынхас илүү бөлгөр; ганц SiC-ийн саван нь 12 инчийн зузаан дискийн зуун тавь гаруйг нэгэн зэрэг дэмжин тулж чаддаг, харин ямар ч хазайхгүй. Илүү чухам, түүний ашиглалтын хугацаа кварц савангуудынхас хоёр дахин доош, мөн арав дахин урт. Энэ нь саван солих үед тоног төхөөрөмжийн ажиллалтыг зогсоох тоог хүчтэй бүүр бүүр бууруулж, үйлдвэрлэлийн шугамын тасралтгүй ажиллалтыг хангаж, нийт үйлдэх зардлыг илүү үр ашигт болгож буй.
5. Хэрэглээний орчин
Фотоцеллюляр индустрийн "Хатуу хамтран ажиллагаач"
Фотоцеллюлар бүтээлд силикон карбидын хөрсний үйлдвэрлэлд силикон карбидын хөрснүүд чухал утга үзүүлдэг. TOPCon ячейлүүдийн диффузия, LPCVD ба PECVD тунадасын үе шатууд — бүх нь өндөр температур ба коррозив атмосферт гүйцэтгэх ёстой. Силикон карбидын хөрсний бүүрсүүд, жижиг бүүрсүүд ба олон төрлийн хоолойнууд — бүх нь онцгой механик хүч, дулааны шокын төвөгтүүлэлтүүлэлт ба химийн инертностьтой — тааруулж үүрдүүн нөхцөлд гайхамшгийн үр дүн үзүүлдэг. Түүн дээр, силикон карбидын хөрснүүд зөвхөн дискийн бүүрсүүдийн хэлбэрт хязгаарлагдахгүй: технологийн шаардлагад нийцүүлэн силикон карбидын хөрсний хавтгай, силикон карбидын хөрсний хоолой, силикон карбидын хөрсний стержень ба олон төрлийн хэмжээ, хэлбэртүүлсэн силикон карбидын хөрсний хүснэгт хэсгүүдийг хийж болдог — ийнхүү янз бүрийн печьны хоолойн бүтцүүд ба ачаалалын схемүүдтэй нийцүүлэн төвөгтүүлэлтүүлэлтгүй хамтран ажилладаг. Харьцуулж үзэхэд, уламжлалт кварц бүтээлдүүд тааруулж үүрдүүн хэрэглээнд «мөхрүү» төвөгтүүлэлтүүлэлтгүй — тэрд өндөр температурт хөөрч, деформацид ордог, түүн дээр давтамдаа солих нь зардлыг үлэмж нэмэгдүүлдэг, мөн засварын цагт үйлдвэрлэлийн үр дүнгүүд бүтээлдүүдийн үйлдвэрлэлийн цагт үлэмж алдагддаг. Силикон карбидын бүтээлдүүд, харин, кварц бүтээлдүүдийн үйлдвэрлэлийн хугацаанаас тав дахин урт, түүн дээр түүний дүүрүүн хатуу бүтцүүд дискүүдийн талбайн талст, цэвэр байхыг хангаж, хаягдмуйн хувьгүүдийг тодорхой бууруулдэг. Нийт зардлын тооцоонд — хялбархан олддог анхдагч материалууд, урт солих циклууд ба засварын цагт үйлдвэрлэлийн алдагдмуйн бууруулалт — силикон карбидын шийдлүүдийн нийт зардлын давуу тал илт.
Интегралт схемуудын "Талбайн хамгаалах систем"
Интеграл схемын үйлдвэрлэлийн төв талбайд анхаарлыг шилжүүлж, SiC дуслын сав нь хүчтэй шаардлагатай бүтээдүүр үлдмүү. Оксиджуулалт, диффузия, химийн хийн тунадасжилт, ион оруулалт гэх мэт цөөн, чухал технологийн үе шатуудад дуслууд нь давтамдаа өндөр температурт үлдмүү, бүх термик цикл нь термик хүчний ачаалал үүсгмүү. Түүн дотор савын үүрэг зөвхөн дуслуудыг "түлхүүр"-д байлгахаас илүү — түүнд дуслууд нь уурхайн хоолойд бүрэн талст байдалд байлгах ёстой, термик хүчний ачаалалд аливаа боломжийг үлдээмүү. Дуслуудын зөвхөн микрон түвшинд хазаиран үүсгэсэн хазаиралт нь кристалл торын хазаиралт эсвэл хөдөлгөөн үүсгмүү, үүнээс шууд хүчдүүрүүдийн гажиг үүсмүү. SiC материал нь өндөр температурт хүчтэй хатуу байдал, хэмжээний тогтвортой байдал гэх мэт онцгой шинж чанаруудын тусламжтайгаар түүн дотор хазаиралтын рискаа хамгийн бага түвшинд байлгмүү. Түүн дотор хоригдмүү хүнсний бүтээдүүрүүдийн ялгаралт нь тун бага байдал нь температур өндөр байх үед хэдхэн цагийн турш дуслуудын гадаргуу дээр хоригдмүү метал ионуудыг нөхөмүү, хүчдүүрүүдийн бүтээдүүрүүдийн цахилгаан параметрүүдийн нарийн тодорхойлолт, урт хугацааны найдвартай байдалд хамгаалалт үзүүлмүү. Хүчдүүрүүдийн үлдмүү үйлдвэрлэлийн ард SiC дуслын сав нь талст байдалд хамгаалагч, цэвэр байдалд хамгаалагч гэх хоёр үүрэгт түүн дотор хүчтэй бүтээдүүр үлдмүү.
Гуравдугаар үеийн хагас дамжуулагчидын «Хараагүй суурь»
Гуравдугаар үеийн хагас дамжуулагчидын хүрээнд SiC-ийн таванхуудын хэрэглээний салбарууд шинэ хэмжээнд орж байна. Галлийн нитрид (GaN) эпитаксиал давхрагуудыг бүтээх үндсэн төхөөрөмж бол MOCVD төхөөрөмжийг жишээлбэл, урвалын камер аммиак зэрэг хүчтэй коррозийн хийлүүдээр дүүрсэн бөгөөд температур үргэлж өндөр байдаг. Түүнд SiC-ийн дуслын таванхуу сапфир суурьт бүтцүүдийг дэмжиж, ийнхүү хүчтэй химийн орчинд тайван байх үүрэг гүйцэтгэдэг; GaN-ийн зузаан давхрагуудын нэдүүр нүүрхүүдийн тогтвортой дэмжлэг үзүүрлүүдийн гэрлээс гаргах үр дүн ба LED чипсүүдийн сүүлчийн гэрлэд шууд нөлөөлдөг. Силикон карбидын ганц кристаллын үржлийн үед таванхууны үүрэг өөрчлөгдөн — түүн дээр ганц кристаллын үндсэн цөм бүтцүүд бүтдэг, түүнд хайлах силиконы экстрем орчинд бүтцүүд бүтдэг, өндөр температурт хайлах силиконы тасралтгүй нүүрхүүд ба хордуулалт нөлөөлөлд түүнд төвдөн бүтдэг, SiC-ийн ганц кристаллын зохиомжит үржлийн үндсэн "суурь"-г бүтдэг. Бүтцүүдийн ардаа хүчтэй ачаа зөөж буй SiC-ийн таванхуудгүйгүй гуравдугаар үеийн хагас дамжуулагчидын төхөөрөмжүүдийн үр дүнгийн шинэ түвшинд хүрэх нь боломжгүй.
6. Ирэх үеийн харц: Технологийн шинэлтгүүрүүд ба өргөтгөж буй хоризонт
SiC дүрсийн хавтгай хайрцагуудын хөгжлийн замыг урьдчилан таамаглахад, технологийн хөгжлийн чиглэл нь хэдэн түлхүүр цэгүүд дээр бүр нүүрнэ. Нэг талаас, SiC материалын үндэсний физик шинж чанар — харьцангуй өндөр дулааны өргөтнөл коэффициент — хүчтэй температур өөрчлөлтүүд үед дотоод хүчлүүд болон дараа нь трещинууд үүсгэхдөө хандаж байдаг. Энэ саадыг давахын тулд индустри нь нийлмүүлсэн формовка процессын ашиглалтыг идэвхтэй дэмжин байгаа — холбосон газрууд, холбоосуудыг хамгийн бага бүрдүүлж, хөөрөгч хэсгүүдийн ялгарал, хүчлүүдийн төвлөрөл рискуудыг үүсгэх үүднээс арилгаж байгаа. Нөгөө талаас, хайрцагуудын зүүдүүдийн геометрийн загварын хөгжил нь нарийн шимтүүлэлт үйдлүүдийн дагуу явлагаж байгаа. 5 тэнхлэгт CNC машин, нарийн утасны таслах техник зэрэг өндөр түвшний арга хэрэгсэлүүдийн тусламжтайгаар зүүдүүдийн хэмжээний хазайлтууд, гадаргуугийн чанар нь үүрд нь байгаагүй түвшинд хүрж байгаа, робот хуруунуудын тусламжтайгаар дуулын хавтгай хайрцагуудыг гөрөөсөн, нарийн шимтүүлсэн шилжүүлэлт хабзагүүд, зүүдүүдийн дүрсийн гадаргуу дээрх шархуудын рискуудыг бүрн арилгаж байгаа. Төсөөлөхүйц нь, процессийн хүрэлцэтүүн түвшин өсөж, масштабын дээд түвшин үйлчлэж байхад SiC дүрсийн хавтгай хайрцагуудын үнэний тааз постепенно буурж, түүдний хэрэглээний хязгаар нь өндөр түвшний процессын хүрээндс бүр өргөн индустриал талбарт тархаж байх юм.
EN
