Шарҳи мукаммали усулҳои афзоиши кремнийи монокристаллӣ

Шарҳи мукаммали усулҳои афзоиши кремнийи монокристаллӣ

1. Заминаи рушди кремнийи монокристаллӣ

Пешрафти технология ва афзоиши талабот ба маҳсулоти интеллектуалии баландсифат мавқеи асосии саноати микросхемаҳои интегралӣ (IC)-ро дар рушди миллӣ боз ҳам мустаҳкамтар кардааст. Ҳамчун санги асосии саноати микросхемаҳои IC, кремнийи монокристаллии нимноқилӣ дар пешбурди навовариҳои технологӣ ва рушди иқтисодӣ нақши муҳим мебозад.

Тибқи маълумоти Ассотсиатсияи байналмилалии саноати нимноқилҳо, бозори ҷаҳонии пластинаҳои нимноқил ба 12,6 миллиард доллар расид ва ҳаҷми интиқол то 14,2 миллиард дюйми мураббаъ афзоиш ёфт. Ғайр аз ин, талабот ба пластинаҳои кремний мунтазам афзоиш меёбад.

Аммо, саноати ҷаҳонии пластинаҳои кремний хеле мутамарказ аст ва панҷ таъминкунандаи беҳтарин беш аз 85% саҳми бозорро ташкил медиҳанд, чунон ки дар зер нишон дода шудааст:

• Ширкати кимиёвии Шин-Этсу (Ҷопон)

• СУМКО (Ҷопон)

• Вафлиҳои ҷаҳонӣ

• Силтроник (Олмон)

• SK Siltron (Кореяи Ҷанубӣ)

Ин олигополия боиси вобастагии шадиди Чин аз пластинаҳои кремнийи монокристаллии воридотӣ мегардад, ки яке аз монеаҳои калидии маҳдудкунандаи рушди саноати схемаҳои интегралии кишвар гардидааст.

Барои бартараф кардани мушкилоти кунунӣ дар бахши истеҳсоли монокристаллҳои кремнийи нимноқилӣ, сармоягузорӣ ба таҳқиқот ва рушд ва тақвияти имконоти истеҳсоли ватанӣ як интихоби ногузир аст.

2. Шарҳи мухтасари маводи кремнийи монокристаллӣ

Кремнийи монокристаллӣ асоси саноати схемаҳои интегралӣ мебошад. То имрӯз, зиёда аз 90% чипҳои IC ва дастгоҳҳои электронӣ бо истифода аз кремнийи монокристаллӣ ҳамчун маводи асосӣ истеҳсол карда мешаванд. Талаботи васеъ ба кремнийи монокристаллӣ ва татбиқи гуногуни саноатии он метавонад ба якчанд омилҳо вобаста бошад:

1. Бехатарӣ ва экологӣ тоза: Кремний дар қишри Замин фаровон аст, заҳролуд нест ва аз ҷиҳати экологӣ тоза аст.

2. Изолятсияи барқӣКремний табиатан хосиятҳои изолятсияи электрикиро нишон медиҳад ва ҳангоми коркарди гармӣ, он қабати муҳофизатии диоксиди кремнийро ташкил медиҳад, ки аз талафи заряди электрикӣ самаранок пешгирӣ мекунад.

3. Технологияи рушди баркамолТаърихи тӯлонии рушди технологӣ дар равандҳои афзоиши кремний онро нисбат ба дигар маводҳои нимноқил хеле мураккабтар кардааст.

Ин омилҳо якҷоя кремнийи монокристаллиро дар сафи пеши саноат нигоҳ медоранд ва онро барои дигар маводҳо ивазнашаванда мегардонанд.

Аз нигоҳи сохтори кристаллӣ, кремнийи монокристаллӣ маводест, ки аз атомҳои кремний сохта шудааст, ки дар шабакаи даврӣ ҷойгир шудаанд ва сохтори пайвастаро ташкил медиҳанд. Он асоси саноати истеҳсоли чипҳо мебошад.

Диаграммаи зерин раванди пурраи тайёр кардани кремнийи монокристаллиро нишон медиҳад:

Шарҳи умумии раванд:
Кремнийи монокристаллӣ аз маъдани кремний тавассути як қатор марҳилаҳои тозакунӣ ба даст оварда мешавад. Аввал, кремнийи поликристаллӣ ба даст оварда мешавад, ки сипас дар кӯраи парвариши кристаллӣ ба реза аз кремнийи монокристаллӣ парвариш карда мешавад. Баъд аз он, он бурида, сайқал дода мешавад ва ба вафли кремний, ки барои истеҳсоли чип мувофиқанд, коркард карда мешавад.

Вафлиҳои силикон одатан ба ду категория тақсим мешаванд:фотоэлектрикии дараҷаиванимноқилҳои дараҷаиИн ду намуд асосан аз рӯи сохтор, покӣ ва сифати сатҳи худ фарқ мекунанд.

• Вафлиҳои дараҷаи нимноқилдорои тозагии бениҳоят баланди то 99.999999999% мебошанд ва қатъиян талаб карда мешавад, ки монокристаллӣ бошанд.

• Вафлиҳои дараҷаи фотоэлектрикӣкамтар тоза мебошанд, сатҳи тозагӣ аз 99.99% то 99.9999% аст ва барои сифати булӯр талаботи сахти зиёд надоранд.

Илова бар ин, пластинаҳои дараҷаи нимноқил нисбат ба пластинаҳои дараҷаи фотоэлектрикӣ ҳамворӣ ва тозагии сатҳи баландтарро талаб мекунанд. Стандартҳои баландтар барои пластинаҳои нимноқил ҳам мураккабии тайёр кардани онҳо ва ҳам арзиши минбаъдаи онҳоро дар истифода зиёд мекунанд.

Дар ҷадвали зер таҳаввулоти хусусиятҳои пластинаҳои нимноқил нишон дода шудааст, ки аз пластинаҳои аввали 4 дюйм (100 мм) ва 6 дюйм (150 мм) то пластинаҳои кунунии 8 дюйм (200 мм) ва 12 дюйм (300 мм) афзоиш ёфтаанд.

Дар тайёр кардани монокристаллии воқеии кремний, андозаи пластина вобаста ба намуди истифода ва омилҳои арзиш фарқ мекунад. Масалан, микросхемаҳои хотира одатан пластинаҳои 12-дюймаро истифода мебаранд, дар ҳоле ки дастгоҳҳои барқӣ аксар вақт пластинаҳои 8-дюймаро истифода мебаранд.

Хулоса, таҳаввулоти андозаи пластина натиҷаи ҳам Қонуни Мур ва ҳам омилҳои иқтисодӣ мебошад. Андозаи калонтари пластина имкон медиҳад, ки майдони истифодаи бештари кремний дар ҳамон шароити коркард афзоиш ёбад ва хароҷоти истеҳсолотро кам кунад ва ҳамзамон партовҳоро аз канорҳои пластина ба ҳадди ақал расонад.

Ҳамчун маводи муҳим дар рушди технологии муосир, лавҳаҳои нимноқилии кремний тавассути равандҳои дақиқ ба монанди фотолитография ва имплантатсияи ионҳо имкон медиҳанд, ки дастгоҳҳои гуногуни электронӣ, аз ҷумла росткунакҳои пуриқтидор, транзисторҳо, транзисторҳои пайванди дуқутба ва дастгоҳҳои коммутатсионӣ истеҳсол карда шаванд. Ин дастгоҳҳо дар соҳаҳо ба монанди зеҳни сунъӣ, алоқаи 5G, электроникаи автомобилӣ, Интернети ашё ва аэрокосмос нақши калидӣ мебозанд ва санги асосии рушди иқтисодии миллӣ ва навовариҳои технологӣ мебошанд.

3. Технологияи парвариши кремнийи монокристаллӣ

ДарУсули Чохралский (CZ)раванди самаранок барои кашидани маводи монокристаллии баландсифат аз гудохта мебошад. Ин усул, ки соли 1917 аз ҷониби Ян Чохралский пешниҳод шуда буд, инчунин бо номи ... маълум аст.Кашидани булӯрусул.

Айни замон, усули CZ дар тайёр кардани маводҳои гуногуни нимноқилҳо васеъ истифода мешавад. Тибқи омори нопурра, тақрибан 98% ҷузъҳои электронӣ аз кремнийи монокристаллӣ сохта мешаванд, ки 85% ин ҷузъҳо бо истифода аз усули CZ истеҳсол карда мешаванд.

Усули CZ аз сабаби сифати аълои кристаллӣ, андозаи идорашаванда, суръати афзоиши босуръат ва самаранокии баланди истеҳсолоташ маъмул аст. Ин хусусиятҳо кремнийи монокристаллии CZ-ро ба маводи афзалиятнок барои қонеъ кардани талаботи баландсифат ва миқёси калон дар саноати электроника табдил медиҳанд.

Принсипи афзоиши кремнийи монокристаллии CZ чунин аст:

Раванди CZ ҳарорати баланд, вакуум ва муҳити пӯшидаро талаб мекунад. Таҷҳизоти калидӣ барои ин раванд инҳояндкӯраи афзоиши кристаллӣ, ки ин шароитро осон мекунад.

Диаграммаи зерин сохтори кӯраи афзоиши кристаллиро нишон медиҳад.

Дар раванди CZ, кремнийи холис дар таги силикон ҷойгир карда мешавад, гудохта мешавад ва кристалли тухмӣ ба кремнийи гудохта ворид карда мешавад. Бо назорати дақиқи параметрҳо ба монанди ҳарорат, суръати кашидан ва суръати гардиши таги силикон, атомҳо ё молекулаҳо дар сатҳи байни кристалли тухмӣ ва кремнийи гудохта пайваста аз нав ташкил карда мешаванд ва ҳангоми хунук шудани система сахт мешаванд ва дар ниҳоят як кристаллро ташкил медиҳанд.

Ин техникаи парвариши кристалл кремнийи монокристаллии баландсифат ва диаметри калонро бо самтҳои мушаххаси кристаллӣ истеҳсол мекунад.

Раванди афзоиш якчанд марҳилаҳои асосиро дар бар мегирад, аз ҷумла:

1. Қисмҳоро ҷудо кардан ва бор кардан: Тоза кардани булӯр ва тоза кардани пурраи кӯра ва ҷузъҳо аз ифлоскунандаҳо ба монанди кварц, графит ё дигар ифлосҳо.

2. Вакуум ва гудозиш: Система ба вакуум холӣ карда мешавад, ки баъдан гази аргон ворид карда мешавад ва заряди кремний гарм карда мешавад.

3. Кашидани булӯр: Кристали тухмӣ ба кремнийи гудохта ғӯтонида мешавад ва ҳарорати интерфейс бодиққат назорат карда мешавад, то кристализатсияи дуруст таъмин карда шавад.

4. Назорати китф ва диаметр: Ҳангоми афзоиши булӯр, диаметри он бодиққат назорат ва танзим карда мешавад, то афзоиши якхела таъмин карда шавад.

5. Анҷоми афзоиш ва қатъи кори танӯр: Пас аз ба даст овардани андозаи дилхоҳи булӯр, кӯра хомӯш карда мешавад ва булӯр хориҷ карда мешавад.

Қадамҳои муфассали ин раванд эҷоди монокристаллҳои баландсифат ва бе нуқсонро, ки барои истеҳсоли нимноқилҳо мувофиқанд, таъмин мекунанд.

4. Мушкилот дар истеҳсоли кремнийи монокристаллӣ

Яке аз мушкилоти асосӣ дар истеҳсоли монокристаллҳои нимноқилҳои диаметри калон бартараф кардани монеаҳои техникӣ ҳангоми раванди афзоиш, бахусус дар пешгӯи ва назорати нуқсонҳои кристаллӣ мебошад:

1. Сифати номувофиқи монокристаллӣ ва ҳосили пастБо афзоиши андозаи монокристаллҳои кремний, мураккабии муҳити афзоиш меафзояд, ки назорати омилҳо ба монанди майдонҳои гармӣ, ҷараён ва магнитиро душвор мегардонад. Ин вазифаи ба даст овардани сифати устувор ва ҳосили баландтарро душвор мегардонад.

2. Раванди ноустувори назоратРаванди афзоиши монокристаллҳои кремнийи нимноқил хеле мураккаб буда, майдонҳои гуногуни физикӣ бо ҳам таъсир мерасонанд, ки дақиқии идоракуниро ноустувор мегардонад ва ба ҳосилнокии пасти маҳсулот оварда мерасонад. Стратегияҳои кунунии назорат асосан ба андозаҳои макроскопии кристалл нигаронида шудаанд, дар ҳоле ки сифат то ҳол дар асоси таҷрибаи дастӣ танзим карда мешавад, ки ин қонеъ кардани талаботро барои истеҳсоли микро ва нано дар чипҳои IC душвор мегардонад.

Барои ҳалли ин мушкилот, таҳияи усулҳои мониторинг ва пешгӯии вақти воқеӣ, онлайн барои сифати кристаллҳо, инчунин такмил додани системаҳои идоракунӣ барои таъмини истеҳсоли устувор ва босифати монокристаллҳои калон барои истифода дар схемаҳои интегралӣ фавран зарур аст.