Монокристалл цахиурын өсөлтийн аргуудын цогц тойм

Монокристалл цахиурын өсөлтийн аргуудын цогц тойм

1. Нэг талст цахиурын хөгжлийн суурь

Технологийн дэвшил, өндөр үр ашигтай ухаалаг бүтээгдэхүүний эрэлт нэмэгдэж байгаа нь үндэсний хөгжилд нэгдсэн хэлхээний (IC) салбарын үндсэн байр суурийг улам бэхжүүлж байна. IC салбарын тулгын чулууны хувьд хагас дамжуулагч нэг талст цахиур нь технологийн шинэчлэл, эдийн засгийн өсөлтийг хангахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Олон улсын хагас дамжуулагчийн аж үйлдвэрийн нийгэмлэгийн мэдээлснээр, дэлхийн хагас дамжуулагч вафрайны зах зээлийн борлуулалт 12.6 тэрбум ам.долларт хүрч, тээвэрлэлтийн хэмжээ 14.2 тэрбум квадрат инч болж өссөн байна. Түүгээр ч зогсохгүй цахиур хавтангийн эрэлт тогтмол өссөөр байна.

Гэсэн хэдий ч дэлхийн цахиурын хавтанцар үйлдвэрлэл маш их төвлөрсөн бөгөөд эхний таван ханган нийлүүлэгч нь зах зээлийн 85 гаруй хувийг эзэлдэг бөгөөд доор харуулав.

• Шин-Эцү химийн компани (Япон)

• СУМКО (Япон)

• Global Wafers

• Siltronic (Герман)

• SK Siltron (Өмнөд Солонгос)

Энэхүү олигополийн үр дүнд Хятад улс импортын монокристалл цахиур ялтсаас ихээхэн хамааралтай болж, тус улсын нэгдсэн хэлхээний салбарын хөгжлийг хязгаарлаж буй гол бэрхшээлүүдийн нэг болжээ.

Хагас дамжуулагч цахиурын нэг талст үйлдвэрлэлийн салбарт тулгарч буй сорилтуудыг даван туулахын тулд судалгаа, боловсруулалтад хөрөнгө оруулах, дотоодын үйлдвэрлэлийн чадавхийг бэхжүүлэх нь зайлшгүй сонголт юм.

2. Монокристалл цахиурын материалын тойм

Нэг талст цахиур нь нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн үндэс суурь юм. Өнөөдрийг хүртэл IC чип болон электрон төхөөрөмжүүдийн 90 гаруй хувийг үндсэн материал болгон монокристалл цахиур ашиглан хийдэг. Нэг талст цахиурын эрэлт хэрэгцээ, түүний үйлдвэрлэлийн олон талт хэрэглээ нь хэд хэдэн хүчин зүйлтэй холбоотой байж болно.

1. Аюулгүй байдал, байгаль орчинд ээлтэй: Цахиур нь дэлхийн царцдасд элбэг, хоргүй, байгаль орчинд ээлтэй.

2. Цахилгаан тусгаарлагч: Цахиур нь байгалиасаа цахилгаан тусгаарлагч шинж чанартай бөгөөд дулааны боловсруулалт хийсний дараа цахиурын давхар ислийн хамгаалалтын давхарга үүсгэдэг бөгөөд энэ нь цахилгаан цэнэгийг алдахаас үр дүнтэй сэргийлдэг.

3. Гүйцсэн өсөлтийн технологи: Цахиурын өсөлтийн үйл явц дахь технологийн хөгжлийн урт түүх нь бусад хагас дамжуулагч материалаас хамаагүй илүү боловсронгуй болгосон.

Эдгээр хүчин зүйлс нийлээд монокристалл цахиурыг салбарын тэргүүн эгнээнд байлгаж, бусад материалаар орлуулшгүй болгодог.

Кристал бүтцийн хувьд нэг талст цахиур нь үечилсэн торонд байрлуулсан цахиурын атомуудаас бүтсэн материал бөгөөд тасралтгүй бүтэц үүсгэдэг. Энэ нь чип үйлдвэрлэх үйлдвэрлэлийн үндэс суурь юм.

Дараах диаграмм нь нэг талст цахиур бэлтгэх үйл явцыг бүрэн харуулж байна.

Процессын тойм:
Цахиурын хүдрээс нэг талст цахиурыг хэд хэдэн цэвэршүүлэх шат дамжлагаар гаргаж авдаг. Нэгдүгээрт, поликристалл цахиур гаргаж аваад дараа нь болор өсөлтийн зууханд нэг талст цахиурын ембүү ургуулдаг. Дараа нь түүнийг зүсэж, өнгөлж, боловсруулан чип үйлдвэрлэхэд тохиромжтой цахиур ялтсуудыг хийдэг.

Цахиурын хавтангуудыг ихэвчлэн хоёр төрөлд хуваадаг.фотоволтайк зэрэгболонхагас дамжуулагч зэрэг. Эдгээр хоёр төрөл нь үндсэндээ бүтэц, цэвэр байдал, гадаргуугийн чанараараа ялгаатай байдаг.

• Хагас дамжуулагч зэрэглэлийн ялтсууд99.999999999% хүртэл онцгой өндөр цэвэршилттэй байх ба нэг талст байхыг хатуу шаарддаг.

• Фотоволтайк зэрэглэлийн хавтанбага цэвэр, цэвэршилтийн түвшин 99.99% -аас 99.9999% хооронд хэлбэлздэг бөгөөд болор чанарын хувьд тийм ч хатуу шаардлага тавьдаггүй.

Нэмж дурдахад хагас дамжуулагчийн хавтан нь фотоволтайкаас илүү гадаргуугийн тэгш байдал, цэвэр байдлыг шаарддаг. Хагас дамжуулагч хавтанд тавигдах өндөр стандартууд нь бэлтгэлийн нарийн төвөгтэй байдал болон хэрэглээний дараагийн үнэ цэнийг нэмэгдүүлдэг.

Дараахь диаграммд хагас дамжуулагч өргүүрийн үзүүлэлтүүдийн хувьслыг тоймлон харуулсан бөгөөд тэдгээр нь 4 инч (100мм) ба 6 инч (150мм) өргүүрээс одоогийн 8 инч (200мм) ба 12 инч (300мм) өргүүр хүртэл нэмэгдсэн байна.

Бодит цахиурын монокристал бэлтгэхэд хавтанцарын хэмжээ нь хэрэглээний төрөл болон зардлын хүчин зүйлээс хамаарч өөр өөр байдаг. Жишээлбэл, санах ойн чипүүд нь ихэвчлэн 12 инчийн өргүүр ашигладаг бол цахилгаан төхөөрөмжүүд нь ихэвчлэн 8 инчийн өргүүр ашигладаг.

Дүгнэж хэлэхэд, ялтсын хэмжээ нь Мурын хууль болон эдийн засгийн хүчин зүйлийн үр дүн юм. Өргөст ялтсын хэмжээ ихсэх нь ижил боловсруулалтын нөхцөлд ашиглах боломжтой цахиурын талбайг нэмэгдүүлэх боломжийг олгож, үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулахын зэрэгцээ вафель ирмэгээс гарах хог хаягдлыг багасгах боломжийг олгодог.

Орчин үеийн технологийн хөгжилд чухал материал болох хагас дамжуулагч цахиур хавтан нь фотолитографи, ион суулгац зэрэг нарийн процессуудын тусламжтайгаар өндөр хүчин чадалтай Шулуутгагч, транзистор, хоёр туйлт холболтын транзистор, шилжүүлэгч төхөөрөмж зэрэг янз бүрийн электрон төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь хиймэл оюун ухаан, 5G харилцаа холбоо, автомашины электроник, эд зүйлсийн интернет, сансар огторгуй зэрэг салбарт гол үүрэг гүйцэтгэж, үндэсний эдийн засгийн хөгжил, технологийн шинэчлэлийн тулгын чулууг бүрдүүлдэг.

3. Монокристалл цахиурын өсөлтийн технологи

TheCzochralski (CZ) аргахайлмалаас өндөр чанартай монокристал материалыг гаргаж авах үр дүнтэй процесс юм. 1917 онд Ян Цочральскигийн санал болгосон энэ аргыг мөн гэж нэрлэдэгКристал татахарга.

Одоогийн байдлаар CZ аргыг төрөл бүрийн хагас дамжуулагч материалыг бэлтгэхэд өргөн ашиглаж байна. Бүрэн бус статистик мэдээллээс үзэхэд электрон эд ангиудын 98 орчим хувь нь нэг талст цахиураар хийгдсэн бөгөөд эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн 85 хувийг CZ аргыг ашиглан үйлдвэрлэдэг.

CZ аргыг маш сайн болор чанар, хянах боломжтой хэмжээ, хурдацтай өсөлтийн хурд, үйлдвэрлэлийн өндөр үр ашиг зэргээс шалтгаалан илүүд үздэг. Эдгээр шинж чанарууд нь CZ monocrystalline цахиурыг электроникийн үйлдвэрлэлийн өндөр чанартай, том хэмжээний эрэлт хэрэгцээг хангахад илүүд үздэг материал болгодог.

CZ монокристалл цахиурын өсөлтийн зарчим нь дараах байдалтай байна.

CZ процесс нь өндөр температур, вакуум, хаалттай орчин шаарддаг. Энэ процессын гол тоног төхөөрөмж ньболор өсөлтийн зуух, эдгээр нөхцлийг хөнгөвчлөх.

Дараах диаграммд болор өсөлтийн зуухны бүтцийг харуулав.

CZ процесст цэвэр цахиурыг тигелд хийж хайлуулж, үрийн талстыг хайлсан цахиурт оруулна. Температур, татах хурд, тигелийн эргэлтийн хурд зэрэг параметрүүдийг нарийн хянаснаар үрийн талст болон хайлсан цахиурын интерфейс дэх атомууд эсвэл молекулууд тасралтгүй өөрчлөгдөн, систем хөргөх үед хатуурч, эцэст нь нэг талст үүсгэдэг.

Энэхүү болор өсөлтийн техник нь тодорхой талст чиг баримжаа бүхий өндөр чанартай, том диаметртэй нэг талст цахиур гаргаж авдаг.

Өсөлтийн үйл явц нь хэд хэдэн үндсэн алхмуудыг агуулдаг бөгөөд үүнд:

1. Буулгах, ачих: Кристалыг зайлуулж, зуух болон эд ангиудыг кварц, бал чулуу болон бусад хольц зэрэг бохирдуулагчаас сайтар цэвэрлэнэ.

2. Вакуум ба хайлуулах: Системийг вакуум руу нүүлгэн шилжүүлж, дараа нь аргон хий нэвтрүүлж, цахиурын цэнэгийг халаана.

3. Кристал татах: Үрийн талстыг хайлсан цахиурт буулгаж, зөв ​​талсжихын тулд интерфейсийн температурыг сайтар хянадаг.

4. Мөрний болон диаметрийн хяналт: Кристал ургах тусам түүний диаметрийг сайтар хянаж, жигд өсөлтийг хангахын тулд тохируулна.

5. Өсөлтийн төгсгөл ба зуух унтрах: Хүссэн болор хэмжээтэй болсны дараа зуухыг унтрааж, болорыг зайлуулна.

Энэ процессын нарийвчилсан алхмууд нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэхэд тохиромжтой, өндөр чанартай, согоггүй монокристалуудыг бий болгох боломжийг олгодог.

4. Нэг талст цахиурын үйлдвэрлэлд тулгарч буй бэрхшээлүүд

Том диаметртэй хагас дамжуулагч монокристалыг үйлдвэрлэхэд тулгардаг гол бэрхшээлүүдийн нэг нь өсөлтийн явцад гарч буй техникийн саатлыг даван туулах, ялангуяа болорын согогийг урьдчилан таамаглах, хянах явдал юм.

1. Тогтворгүй монокристал чанар, бага ургац: Цахиурын монокристалуудын хэмжээ ихсэх тусам өсөлтийн орчны нарийн төвөгтэй байдал нэмэгдэж, дулаан, урсгал, соронзон орон зэрэг хүчин зүйлсийг хянахад хэцүү болгодог. Энэ нь тогтвортой чанар, өндөр ургац авах ажлыг хүндрүүлдэг.

2. Тогтворгүй хяналтын үйл явц: Хагас дамжуулагч цахиурын монокристалын өсөлтийн үйл явц нь маш нарийн төвөгтэй бөгөөд олон физик талбарууд харилцан үйлчлэлцдэг тул хяналтын нарийвчлалыг тогтворгүй болгож, бүтээгдэхүүний бага гарц үүсгэдэг. Одоогийн хяналтын стратеги нь болорын макроскоп хэмжээс дээр голчлон анхаарч байгаа бол гар аргаар хийсэн туршлага дээр үндэслэн чанарыг тохируулсан хэвээр байгаа нь IC чип дэх микро болон нано үйлдвэрлэлийн шаардлагыг хангахад хэцүү болгодог.

Эдгээр сорилтыг шийдвэрлэхийн тулд болорын чанарыг бодит цагийн, онлайнаар хянах, урьдчилан таамаглах аргуудыг хөгжүүлэхийн зэрэгцээ нэгдсэн хэлхээнд ашиглах том монокристалуудыг тогтвортой, өндөр чанартай үйлдвэрлэх хяналтын системийг сайжруулах шаардлагатай байна.