Foshraith vs. Epitaxy: Príomhróil i Déantúsaíocht Leathsheoltóra

Réamhrá: Dhá Philéir na Sceallóga Nua-Aimseartha

Chun a thuiscint go fírinneach conas a bhaineann ard-sliseanna ríomh ardluais amach agus aschur ardchumhachta, ní mór dúinn dul isteach sa dá cholún bhunúsacha dá struchtúr fisiceach - an tsubstráit leathsheoltóra agus an próiseas fáis epitaxial.

Go simplí, soláthraíonn an tsubstráit an “bunús” le haghaidh tacaíocht mheicniúil agus diomailt teasa, agus is é an ciseal epitaxial an “ciseal feidhme gníomhach” atá tógtha go cúramach ar an “bhunús sin”. Cé nach bhfuil difríocht idir an dá théarma ach ag carachtar amháin, tá difríochtaí bunúsacha acu i struchtúr ábhar, i bpróisis déantúsaíochta agus i róil fheidhmiúla. Tabharfaidh an t-alt seo breac-chuntas córasach ar a ndifríochtaí teicniúla, a bpríomhpharaiméadair, agus a dtionchar cinntitheach ar fheidhmíocht an fheiste deiridh.

I. Cad is Foshraith Leathsheoltach ann?  

[Príomhchonclúid na Roinne seo]: Feidhmíonn substráit leathsheoltóra mar “chnámharlach” agus “doirteal teasa” an fheiste. Tá sileacain aonchriostail ard-íonachta (Si) i gceannas ar mhargadh an tomhaltóra, agus tá cairbíd sileacain (SiC), lena seoltacht ard teirmeach de 4.9 W/cm·K, ina rogha fíor-riachtanach d'fheithiclí leictreacha agus d'fheidhmchláir ardvoltais.

Cruthaíonn foshraitheanna leathsheoltóra bunús struchtúrach agus teirmeach beagnach gach feiste leathsheoltóra. Ó thaobh na meicniúla de, feidhmíonn siad mar ardán fisiceach a thacaíonn le micreastruchtúir agus nanastruchtúir; níos tábhachtaí fós, soláthraíonn siad teimpléad laitíse criostail leanúnach a chinneann treoshuíomh criostail agus sláine struchtúrach na sraitheanna taiscthe ina dhiaidh sin.

De réir riachtanais iarratais, is féidir le hábhair tsubstráit a bheith aonchriostail, polycrystalline, nó fiú éagruthach; áfach, tá feistí leictreonacha ardfheidhmíochta ag brath beagnach go hiomlán ar thinní aonchriostail ard-íonachta chun teorainneacha gráin agus lochtanna a chuireann bac ar shoghluaisteacht iompróra a íoslaghdú.

1.1 Cineálacha Foshraitheanna Príomhshrutha agus a n-Airíonna Ábhartha

Bíonn tionchar díreach ag rogha foshraitheanna mórmhéide ar fheidhmíocht gléas, ar tháirgeadh déantúsaíochta agus ar struchtúr costais. Úsáideann an tionscal go príomha trí mhórchineál foshraitheanna:

• Foshraitheanna Sileacain: Tá sileacain aonchriostail (Si) a fhástar trí mhodhanna Czochralski (CZ) nó Crios Snámhphointe (FZ) fós ar an bpríomhshruth iomlán sa tionscal leathsheoltóra domhanda go dtí an lá inniu. Is iad na buntáistí a bhaineann le cost-éifeachtúlacht eisceachtúil, neart meicniúil ard, agus inscálaitheacht suas le 300 mm (12 orlach). Úsáidtear go forleathan é i bpróiseálaithe grád tomhaltóra, feistí cuimhne, agus cealla gréine caighdeánach.
• Foshraitheanna Leathanbhearna (Carbide Sileacain agus Sapphire): Nuair a sháraíonn riachtanais chumhachta agus minicíochta teorainneacha fisiceacha sileacain, is rogha dosheachanta iad na hábhair leathanbhanda.
• Cairbíd sileacain (SIC): Le seoltacht theirmeach den scoth (thart ar 3.7 go 4.9 W/cm·K[1]) agus neart réimse leictrigh arddealaithe, is rogha iontach é d'inverters feithiclí leictreacha (EV) agus greillí cumhachta ardvoltais.
• Sapphire (Al₂O₃): Le trédhearcacht optúil den scoth agus airíonna leithlisithe tréleictreach, úsáidtear go forleathan é i soilse gorm/ultraivialait agus feidhmchláir speisialaithe RF SOI.
• Foshraith Grianchloch: A bhuíochas dá táimhe ceimiceach ard, comhéifeacht an-íseal de leathnú teirmeach, agus íonacht optúil ard, úsáidtear é go príomha i gcomhpháirteanna optúla ard-deireadh, bearnaí masc, agus trealamh braiteoir speisialaithe.

1.2 Dhá Chroífheidhm Foshraitheanna: Tacaíocht agus Diomailt Teasa

Le linn oibriú feiste iarbhír, comhlíonann foshraitheanna mórchóir dhá phríomhfheidhm nach féidir a athsholáthar:

Tacaíocht Mheicniúil: Soláthraíonn sé rigidity struchtúrach le linn timthriall teirmeach dian, próisis cheimiceacha ardfholús, láimhseáil wafer, agus pacáistiú cúl-deireadh, a chosc go héifeachtach warping wafer agus briste.

Seoltóireacht Teasa (Diomailt Teas): Gineann sceallóga nua-aimseartha sreabha teasa ollmhóra logánta; feidhmíonn foshraitheanna mórchóir sileacain mar doirtil teasa díreacha, ag scaipeadh teasa amach chun róthéamh an réigiúin acomhail agus rith teirmeach a chosc.

II. Cad is Fás Eipiteaiseach Leathsheoltóra ann? (Ciseal Gníomhach Tiomanta ag Feidhmíocht)

[Príomhchonclúid na Roinne seo]: Is é an ciseal epitaxial an "anam feidhmíochta sliseanna." Láimhseálann CVD/MOCVD táirgeadh tionsclaíoch ar scála mór, agus cumasaíonn MBE (Molecular Beam Epitaxy) comhéadain ultra-ghéar le beachtas ar leibhéal adamhach. Gan teicneolaíocht epitaxial, bheadh ​​​​ar-fhriotaíocht ultra-íseal de radar tonn-milliméadar 5G agus MOSFETanna ardvoltais dodhéanta.

Cé go soláthraíonn an tsubstráit bunús cobhsaí, tá microdefects, neamhíonachtaí nádúrtha agus tréithe seasta leictreacha i gceist le criostail aonair mórchóir. Chun feistí ultra-ardluais, ard-éifeachtúlachta a dhéanamh, tá epitaxy glactha ag monaróirí - leagan rialaithe sraitheanna tanaí criostail ultra-ghlan ar sprioc-substráit.

Le linn an phróisis epitaxial, déantar adaimh ó ghaile nó bíomaí móilíneacha a thaisceadh ar dhromchla an tsubstráit téite agus iad ailínithe go foirfe leis an laitís criostail bhunúsach. Léiríonn an sliseog epitaxial mar thoradh air seo íonacht criostail an-ard, le dlús lochta roinnt orduithe méide níos ísle ná an tsubstráit bulc.

2.1 Teicneolaíochtaí agus Trealamh Taiscí Eipiteaiseach Príomhshrutha

Baintear amach fás epitaxial nua-aimseartha go príomha trí na modhanna chun cinn seo a leanas:

• Taistil Cheimiceach Gaile (CVD / MOCVD): Díscaoileann réamhtheachtaithe gásacha ar dhromchla wafer téite chun ciseal aonchriostail aonfhoirmeach a chruthú. Ina measc seo, is é Taistil Gail Cheimiceach Miotail-Orgánach (MOCVD) an caighdeán tionscail maidir le fás epitaxial comhdhúile III-V agus leathsheoltóirí leathanbhearnacha.

• Eipiteacs Líoma Mhóilíneach (MBE): Déanta i dtimpeallacht fholús ultra-ard (UHV), sroicheann an próiseas seo cruinneas aon-adamh-ciseal trí bhíoma teirmeach beacht a dhíriú ar an tsubstráit, rud a fhágann go bhfuil grádáin comhéadan thar a bheith géar. Tá sé oiriúnach do struchtúir ultra-fíneáil cosúil le toibreacha chandamach.

Braitheann sil-leagan ardcháilíochta epitaxial ní hamháin ar rialú próisis beacht ach freisin ar bhainistíocht saoil na bpríomhchodanna laistigh den seomra imoibrithe (cosúil le foshraitheanna graifíte atá brataithe le SiC), a mbíonn tionchar díreach aige ar chobhsaíocht agus ar thorthaí an phróisis.

2.2 Feidhmchláir Casta Cumasaithe ag Teicneolaíocht Epitaxial

Cumasaíonn Epitaxy ailtireachtaí gléasanna nach féidir a bhaint amach le mórábhair amháin:

• Trasraitheoir Dépholach Heitrea-Ghearmáin-Shileacain (SiGe HBT): Cruthaíonn fás ciseal epitaxial SiGe ultrathin ar an mbonn-réigiún aistriú bandgap, ag cur go mór le luas freagartha ard-minicíochta.
• Teicneolaíocht Sileacain Strained: Má chuirtear ciseal tanaí sileacain ar laitíse SiGe, laghdaítear brú teanntachta nó comhbhrúiteach, rud a mhéadaíonn soghluaisteacht iompróra (feabhsaítear soghluaisteacht leictreon in n-FETanna agus soghluaisteacht poll i p-FETanna).
• Fás Epitaxial Roghnach (SEG): In ailtireachtaí nua-aimseartha FinFET agus Gate-Around (CLG), laghdaítear an fhriotaíocht teagmhála agus méadaítear sruth sáithiúcháin le fás roghnaíoch Si/SiGe epitaxial ar na réigiúin foinse/draein.

Chun an próiseas epitaxy leathsheoltóra a shainiú, féach:Cad é próiseas epitaxy leathsheoltóra?

III. Foshraith vs. Wafer Epitaxial: Forbhreathnú ar na Príomhdhifríochtaí

[Príomhchonclúid na Rannóige seo]: Is é an bealach is dírí chun idirdhealú a dhéanamh idir an dá cheann ná a “róil fheidhmeacha” a scrúdú - tá an tsubstráit freagrach as suaití fisiceacha agus teirmeacha a sheasamh, agus tá an ciseal epitaxial freagrach as réimsí srutha agus leictreacha a sheasamh. Tríd an réigiún gníomhach a dhíchúpláil ón réigiún atá seans maith le lochtanna, sroicheann sliseoga epitaxial leibhéil reatha sceite níos mó ná ord amháin méide níos ísle ná feistí atá déanta go díreach ar fhoshraith.

Chun comparáid amhairc a dhéanamh, déanann an tábla thíos achoimre ar na difríochtaí bunúsacha idir foshraitheanna toirtiúla agus sliseoga epitaxial i dtéarmaí príomh-pharaiméadair déantúsaíochta:

IV. Dul Chun Cinn Teicniúil: Conas a Fheabhsaíonn Epitaxy Feidhmíocht an Ghléis go Bunúsach?

[Príomhchonclúid na Roinne seo]: Is iad na micri-fhabhtanna nádúrtha agus pointí struis teirmeacha i bhfoshraitheanna mórchóir na “marfóirí folaithe” is cúis le sruth ard sceite agus voltas miondealaithe íseal i bhfeistí. Is é croílár na teicneolaíochta epitaxial ná an “substráit mheicniúil lochtach” a dhíchúpláil ón “ciseal feidhme gníomhach saor ó locht,” agus ar an gcaoi sin iompar iompróra a aonrú laistigh den chiseal epitaxial íon. Is é an toradh díreach atá ar an dearadh díchúplála seo ná minicíochtaí oibriúcháin níos airde, tomhaltas cumhachta níos ísle, agus saolré feiste níos faide - léim cáilíochtúil nach féidir a bhaint amach trí úsáid a bhaint as foshraitheanna mórchóir amháin.

Ní hamháin gur “ciseal scannáin a chur leis” atá i gceist le tabhairt isteach na teicneolaíochta epitaxial, ach léim cáilíochtúil in iontaofacht gléasanna agus feidhmíocht leictreach.

Fiú amháin leis an íonacht cheimiceach is airde, tá micreaporosity, deascáin ocsaigine, agus pointí struis teirmeacha fágtha ón bpróiseas tarraingthe criostail i bhfoshraitheanna caighdeánacha mórchóir dosheachanta. Is minic go mbíonn ard-sceitheadh ​​reatha agus lamháltas íseal-voltais miondealaithe mar thoradh ar fheistí monaraithe go díreach ar fhoshraitheanna mórchóir.

I gcodarsnacht leis sin, leithlisíonn sliseoga epitaxial iompar iompróra laistigh de chiseal epitaxial íon, saor ó locht. Tríd an réigiún feidhmiúil gníomhach a dhíchúpláil ón tsubstráit mheicniúil atá seans maith le lochtanna, tá monaróirí in ann na nithe seo a leanas a bhaint amach:

• Minicíochtaí oibriúcháin níos airde (toilleas seadánacha laghdaithe);
• Tomhaltas cumhachta níos ísle (sceitheadh ​​​​laghdaithe);
• Saolré feiste níos faide agus cobhsaíocht eisceachtúil faoi strus mór leicteirmeach.

Mar shampla, i réimse na leathsheoltóirí cumhachta, is é cáilíocht an chiseal epitaxial aonchineálach SiC a chinneann go díreach rátáil voltais miondealaithe agus frithsheasmhacht feistí MOSFET - rud nach féidir le foshraitheanna mórchóir SiC a bhaint amach ina n-aonar.

V. Ceisteanna Teicniúla is mó imní d'Innealtóirí (CC)

(Tá na ceisteanna seo a leanas díorthaithe ó dhúshláin theicniúla choitianta a bhíonn ag innealtóirí próisis líne táirgeachta leathsheoltóra le linn próisis fáis epitaxial iarbhír)

C1: Má thagann méadú tobann ar ábhar cáithníneach le linn fáis epitaxial, seachas sceitheadh ​​​​seomra, cad iad na réimsí eile nach bhféadfaí breathnú orthu go héasca?

A: Tá sé seo ar cheann de na cásanna is dúshlánaí gan choinne a bhíonn roimh innealtóirí le linn gnáth ritheann sliseog. Tar éis a dheimhniú go bhfuil an seomra aerdhíonach, molaimid tús áite a thabhairt don imscrúdú ar thrí “chúinne i bhfolach”:

1. Coinníoll dromchla an susceptor graifíte: Is féidir le microcracks nó limistéir feannadh sa sciath SiC cáithníní a scaoileadh ag teocht ard. Más rud é gur úsáideadh an susceptor ar feadh níos mó ná 1000 rith, molaimid é a athsholáthar láithreach le haghaidh tástála - imíonn go leor saincheisteanna cáithníní tar éis ceann a bhfuil bratú slán aige a ionadú.

2. Brú neamhbhuan le linn athrú líne gáis: I gcórais MOCVD, d'fhéadfadh luaineachtaí brú i láthair na huaire aistrithe foinse gáis a bheith ina chúis le fotháirgí scaradh ó bhallaí istigh na píopaí. Molaimid cigireacht a dhéanamh ar chuar freagartha an rialaitheora brú uathoibríoch (APC) chun a dheimhniú an bhfuil ró-réiteach brú ag tarlú.

3. Éillitheoirí ar chúl an tsubstráit: Má tá deannach mín nó iarmhar orgánach ar chúl an tsubstráit sula dtéann sé isteach sa seomra, féadfaidh sé "aistriú" chuig an gciseal epitaxial ar an taobh tosaigh ag teochtaí arda - is é seo an cheist is minice nach ndéantar dearmad air.

Go bunúsach is próiseas “díchur” é fabhtcheartú na gcáithníní: Tosaigh leis na hábhair inchaite is minice a athshocraítear agus rianaigh an cheist céim ar chéim i dtreo na gcodanna is doimhne den seomra.

C2: I SiC epitaxy, cé chomh cúng atá an fhuinneog próiseas le haghaidh fás sreabhadh céim? Cad iad na lamháltais maidir le diallais teochta agus brú?

A: Baineann an cheist seo le croílár an phróisis epitaxy SiC - teastaíonn trí choinníoll le fás céimshreafa a bhaint amach go comhuaineach laistigh d'fhuinneog an-chúng: soghluaisteacht leordhóthanach dromchla, bacainn núiclithe cuí ag an gcéim imeall, agus fás oileán tríthoiseach a chosc.

Bunaithe ar shonraí praiticiúla ó línte olltáirgeachta:

• Fuinneog teochta: Go hiondúil idir 1550°C agus 1650°C, le fuinneog éifeachtach de thart ar ±15°C. Má tá an teocht ró-íseal, téann garbh an dromchla (RMS) in olcas go géar; má tá an teocht ró-ard, tá an chuma ar chuimsiú polymorphic 3C-SiC.
• Fuinneog brú: De ghnáth rialaithe idir 50 agus 200 mbar, le fuinneog éifeachtach de thart ar ±20 mbar. Brú iomarcach → fad imirce dromchla laghdaithe agus comhchéimniú céime; brú neamhleor → laghdaigh forsháithiú gaile agus laghdú suntasach ar an ráta fáis.

In iarratais phraiticiúla innealtóireachta, is fearr le formhór na n-innealtóirí próisis an teocht a shocrú ar dtús agus ansin an brú a mhionchoigeartú chun an fhuinneog a aimsiú - toisc go bhfreagraíonn an seomra níos tapúla d'athruithe brú, rud a fhágann go bhfuil sé oiriúnach do scananna tapa DOE (Dearadh Turgnamh).

C3: Conas a chinntear an timthriall athsholáthair don susceptor graifíte i dtrealamh MOCVD? An bhfuil sé bunaithe ar líon na ritheanna nó an t-amharciniúchadh?

A: Baineann an tsaincheist seo go díreach leis an gcothromaíocht idir toradh próisis agus costais táirgthe agus is príomhfhócas í d’innealtóirí línte táirgeachta agus do chinnteoirí soláthair araon.

Is cur chuige dé-rian é an cleachtas atá ar chaighdeán an tionscail a chomhcheanglaíonn “saoilré bhaisc” agus “cigireacht amhairc”:

• Saolré Baisc: Soláthraíonn soláthraithe saol seirbhíse molta (m.sh., moltar súdairí SiC-brataithe VETEK do bhaisceanna Aixtron), a dhíorthaítear ó thástálacha luathaithe aosaithe bunaithe ar thuirse rothaíochta teirmeach an bhrataithe. Fiú má tá an chuma gnáth, moltar an susceptor a athsholáthar mar atá sceidealta sula sroicheann sé an comhaireamh baisc seo chun an riosca teip tobann a mhaolú.

• Amharciniúchadh: Tar éis gach baisce próiseála, déan iniúchadh amhairc ar an dromchla sciath SiC nó scrúdaigh sé faoi mhicreascóp. Má tá aon cheann de na “bratacha dearga” seo a leanas le feiceáil, ní mór athsholáthar a dhéanamh láithreach - ná fan go dtí deireadh na ré seirbhíse molta: 

① Feannadh nó scoilteadh an bhrataithe infheicthe; 

② Paistí daite le trastomhas > 1 mm ar an dromchla (a léiríonn damáiste sciath agus ocsaídiú an tsubstráit graifíte); 

③ Éagsúlachtaí tiús áitiúla athfhillteacha sa chiseal epitaxial, ar choinníoll go bhfuil fachtóirí dáileadh sreafa aeir curtha as an áireamh.

Cleachtas innealtóireachta atá bailíochtaithe go forleathan is ea an timthriall athsholáthair a shocrú ag 80% de shaolré molta an tsoláthraí, agus ag an am céanna bunachar sonraí saolré foshraithe a bhunú trí ghrianghrafadh agus cartlannú a dhéanamh ar chuma gach baisce - seachnaítear leis an gcur chuige seo briseadh roimh am (is cúis le dramhaíl) agus cearrbhachas go dtí an foirnéis dheireanach, rud a d'fhéadfadh fuíoll ar fud an bhaisc a bheith mar thoradh air.

C4: Nuair a sháraíonn bogha nó dlúith wafer epitaxial na sonraíochtaí, an é seo go príomha mar gheall ar an tsubstráit nó ar an bpróiseas epitaxial?

F: Is í seo an tsaincheist “cur i leith freagrachta” is mó a bhfuil díospóireacht á déanamh uirthi i measc innealtóirí le linn cruinnithe anailíse toraidh. Is é an freagra - cuireann an dá cheann, ach athraíonn an meáchan coibhneasta ag brath ar an gcóras ábhair:

Seicheamh fabhtcheartaithe pragmatach le haghaidh saincheisteanna warpage: Ar dtús, fíoraigh sonraí warpage ag teacht isteach an tsubstráit (tuarascáil Cpk an tsoláthraí) → Ansin, seiceáil aonfhoirmeacht teocht na foirnéise epitaxial (calabrú teirmeachúpla) → Ar deireadh, coigeartaigh an t-oideas próisis.

VI. Achoimre agus Moltaí Roghnúcháin

Go hachomair, feidhmíonn an tsubstráit mar an "cnámharlach agus an doirteal teasa," agus feidhmíonn an ciseal epitaxial mar an "inchinn agus matáin." Tá an dá rud fíor-riachtanach:

Má tá tú dírithe ar sceallóga loighic caighdeánacha íogair ó thaobh costais nó ar fheistí scoite simplí, is leor foshraitheanna sileacain ardchaighdeáin, mórmhéide chun freastal ar do chuid riachtanas.

Má tá cumarsáid ard-minicíochta, comhshó cumhachta ardvoltais, nó fóta-bhrath ard-íogaireachta i gceist le d’iarratas, ansin is iad sliseoga a tháirgtear trí phróisis epitaxial beachtas an rogha is fearr leat.

I dtionscal déantúsaíochta leathsheoltóra an lae inniu, a bhíonn ar thóir réitigh “níos tapúla, níos lú agus níos éifeachtaí” go leanúnach, tá teicneolaíocht epitaxial anois ina croí-uirlis chun teorainneacha fisiceacha Dhlí Moore a shárú.

An bhfuil gá le sliseog epitaxial saincheaptha le haghaidh do thionscadal nó ag iarraidh a fháil amach faoi roghanna roghnaithe substráit ar leith?

[Cliceáilanseochun teagmháil a dhéanamh linn] nó glaoigh ar [+86-18069220752], agus cuirfidh ár n-innealtóirí próisis tacaíocht theicniúil ghairmiúil ar fáil duit.