Жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде аммиакты қолдану

Аммиак (NH₃), маңызды химиялық реагент ретінде әртүрлі өнеркәсіптік салаларда кеңінен қолданылады, оның рөлі жартылай өткізгіштерді өндіруде әсіресе маңызды. Аммиак жартылай өткізгіштерді өндірудің бірнеше кезеңдерінде, соның ішінде нитридтердің тұндыруында, иондарды имплантациялауда және допингтеуде, тазарту және өңдеу процестерінде маңызды рөл атқарады. Бұл мақала аммиактың жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде қолданылуын қарастырады, оның құрылғы өнімділігін арттырудағы, шығындарды азайтудағы және индустрияның инновациясын ынталандырудағы маңызды рөлін талдайды, сонымен қатар оның алдында тұрған қиындықтар мен болашақ даму тенденцияларын талқылайды.

1. Аммиактың негізгі қасиеттері мен химиялық әрекеті

Аммиак - азот пен сутектен тұратын қосылыс, оның күшті сілтілігімен танымал және әдетте өнеркәсіптік азот тыңайтқыштарын өндіруде кездеседі. Аммиак бөлме температурасында газ түрінде болады, бірақ оны төмен температурада сұйылтуға болады, бұл оны жоғары реактивті газ көзі етеді. Жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде аммиактың химиялық қасиеттері оны бірнеше маңызды процестердің негізгі құрамдас бөлігіне айналдырады, әсіресе химиялық буларды тұндыру (CVD), иондарды имплантациялау және тазалау/оюлау операцияларында.

Аммиак молекулалары әртүрлі металдармен, кремниймен және басқа материалдармен әрекеттесіп, нитридтер түзе алады немесе оларды легирлей алады. Бұл реакциялар қажетті жұқа пленкалық материалдарды қалыптастыруға көмектесіп қана қоймайды, сонымен қатар материалдардың электрлік, жылулық және механикалық қасиеттерін жақсартады, осылайша жартылай өткізгіш технологияны дамытады.

2. Жартылай өткізгіштер өндірісінде аммиакты қолдану

Аммиак жартылай өткізгіштерді өндіруде маңызды рөл атқарады, әсіресе келесі салаларда:

2.1 Нитридті жұқа қабықшаларды тұндыру

Қазіргі заманғы жартылай өткізгіш өндірісінде кремний нитриді (Si₃N₄), алюминий нитриді (AlN) және титан нитриді (TiN) сияқты нитридті жұқа қабықшалар қорғаныс қабаттары, электрлік оқшаулау қабаттары немесе өткізгіш материалдар ретінде кеңінен қолданылады. Осы нитридті қабықшаларды тұндыру кезінде аммиак маңызды азот көзі ретінде қызмет етеді.

Химиялық буларды тұндыру (ХТҚ) нитридті қабықшаны тұндырудың ең кең таралған әдістерінің бірі болып табылады.АммиакСилан (SiH₄) сияқты газдармен жоғары температурада реакцияға түсіп, кремний нитриді қабықшаларын ыдыратады. Реакция келесідей:

3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2

Бұл процесс кремний пластинкасының бетінде біркелкі кремний нитриді қабатының пайда болуына әкеледі. Аммиак тұрақты азот көзін қамтамасыз етеді және белгілі бір жағдайларда басқа газ көздерімен реакцияны дәл бақылауға мүмкіндік береді, осылайша пленканың сапасын, қалыңдығын және біркелкілігін бақылайды.

Нитридті пленкалар тамаша термиялық тұрақтылыққа, электрлік оқшаулауға және тотығуға төзімділікке ие, бұл оларды жартылай өткізгіштер өндірісінде өте маңызды етеді. Олар оқшаулау қабаттары, электродты оқшаулау қабаттары және оптоэлектрондық құрылғылардағы оптикалық терезелер ретінде интегралды схемаларда (ИК) кеңінен қолданылады.

2.2 Иондық имплантация және допинг

Аммиакжартылай өткізгіш материалдардың легирлеу процесінде де маңызды рөл атқарады. Допинг жартылай өткізгіш құрылғыларды жасау кезінде материалдардың электр өткізгіштігін бақылау үшін қолданылатын шешуші әдіс болып табылады. Тиімді азот көзі ретінде аммиак көбінесе басқа газдармен (мысалы, фосфин PH₃ және диборан B₂H₆) иондарды имплантациялау арқылы кремний және галлий арсениді (GaAs) сияқты материалдарға азот имплантациялау үшін қолданылады.

Мысалы, N-типті немесе P-типті жартылай өткізгіштерді жасау үшін азотты қоспалау кремнийдің электрлік қасиеттерін реттей алады. Тиімді азотты қоспалау процестері кезінде аммиак қоспа концентрацияларын дәл бақылауды қамтамасыз ететін жоғары таза азот көзін қамтамасыз етеді. Бұл өте кең ауқымды интеграция (VLSI) өндірісіндегі өнімділігі жоғары құрылғыларды миниатюризациялау және өндіру үшін өте маңызды.

2.3 Тазалау және ою

Тазалау және өңдеу процестері жартылай өткізгіш өндірісіндегі құрылғылардың бетінің сапасын қамтамасыз етудің кілті болып табылады. Аммиак бұл процестерде кеңінен қолданылады, әсіресе плазманы тазарту және химиялық тазалау.

Плазмалық оюлау кезінде аммиакты басқа газдармен (мысалы, хлор, Cl₂) біріктіруге болады, бұл органикалық ластаушы заттарды, оксидті қабаттарды және пластинаның бетінен металл қоспаларын кетіруге көмектеседі. Мысалы, аммиак оттегімен әрекеттесіп, оттегінің реактивті түрлерін (мысалы, O₃ және O₂) түзеді, олар беткі оксидтерді тиімді түрде жояды және кейінгі процестерде тұрақтылықты қамтамасыз етеді.

Сонымен қатар, аммиак тазалау процестерінде еріткіш ретінде әрекет ете алады, химиялық реакциялар немесе технологиялық ақаулар нәтижесінде пайда болған із қалдығын кетіруге көмектеседі, осылайша пластинаның жоғары тазалығын сақтайды.

3. Жартылай өткізгіштер өнеркәсібіндегі аммиактың артықшылықтары

Аммиак жартылай өткізгіштерді өндіруде, әсіресе келесі салаларда бірнеше артықшылықтарды ұсынады:

3.1 Тиімді азот көзі

Аммиак – нитридті қабықшаларды тұндыру және легирлеу процестері үшін азот атомдарының тұрақты және дәл жеткізілуін қамтамасыз ететін тиімді және таза азот көзі. Бұл жартылай өткізгіш өндірісіндегі микро және нано-масштабты құрылғыларды жасау үшін өте маңызды. Көптеген жағдайларда аммиак басқа азот көзі газдарына (мысалы, азот газы немесе азот оксидтері) қарағанда реактивті және басқарылатын болады.

3.2 Процесті тамаша басқару

Аммиактың реактивтілігі оған әртүрлі күрделі процестерде реакция жылдамдығын және қабықша қалыңдығын дәл бақылауға мүмкіндік береді. Аммиак ағынының жылдамдығын, температураны және реакция уақытын реттеу арқылы пленкалардың қалыңдығын, біркелкілігін және құрылымдық сипаттамаларын дәл бақылауға болады, осылайша құрылғылардың жұмысын оңтайландырады.

3.3 Экономикалық тиімділік және экологиялық тазалық

Басқа азот көзі газдарымен салыстырғанда аммиак құны салыстырмалы түрде төмен және азотты пайдалану тиімділігі жоғары, бұл оны кең ауқымды жартылай өткізгіш өндірісінде өте тиімді етеді. Сонымен қатар, аммиакты қайта өңдеу және қайта пайдалану технологиялары оның қоршаған ортаға зиянсыз болуына ықпал етуде.

4. Қауіпсіздік және экологиялық проблемалар

Жартылай өткізгіштерді өндірудегі маңызды рөліне қарамастан, аммиак ықтимал қауіптер тудырады. Бөлме температурасында аммиак газ болып табылады, ал сұйық күйінде ол өте коррозиялық және улы, пайдалану кезінде қатаң қауіпсіздік шараларын талап етеді.

1. Сақтау және тасымалдау: Аммиакты төмен температурада және жоғары қысымда, ағып кетуді болдырмау үшін арнайы контейнерлер мен құбырларды пайдалану арқылы сақтау керек.
2. Операциялық қауіпсіздік: Жартылай өткізгіштерді өндіру желілеріндегі операторлар аммиактың адам ағзасына түсуін болдырмау үшін көзілдірік, қолғап және противогаз сияқты қорғаныс құралдарын киюі керек.
3. Қалдық газдарды өңдеу: Аммиакты пайдалану зиянды қалдық газдарды шығаруы мүмкін, сондықтан шығарындылардың экологиялық стандарттарға сай болуын қамтамасыз ету үшін қалдық газдарды өңдеудің тиімді жүйелері болуы керек.

Жартылай өткізгіштерді өндіру процестері ілгерілеуді жалғастырған сайын және құрылғының жоғары өнімділігіне сұраныс артқан сайын, аммиактың өнеркәсіптегі рөлі өсе береді. Бұл әсіресе жоғары дәлдіктегі нано масштабты интегралды схемаларға, кванттық есептеу чиптеріне және озық орау технологияларына қатысты. Сонымен қатар, қоршаған ортаны қорғау ережелері қатал болған сайын, жасыл өндіріс пен аммиакты қайта өңдеу технологияларын дамыту саланың болашағының маңызды факторына айналады.

Аммиактың жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде қолданылуы қазіргі заманғы электрониканың дамуы үшін берік негіз болып табылады. Оның өндіріс тиімділігін арттырудағы, өндіріс шығындарын азайтудағы және технологиялық инновацияларды жүргізудегі рөлі өте маңызды. Технология дамыған сайын аммиак қолдану аясы кеңейе береді, бұл жартылай өткізгіштер өнеркәсібінің жоғары тиімділік пен экологиялық тұрақтылыққа қарай дамуына көмектеседі.

Аммиак, маңызды химиялық реагент ретінде жартылай өткізгіштерді өндіруде шешуші рөл атқарады. Бұл нитридті қабыршақтарды тұндыру, қоспалау және тазалау/ою процестері үшін өте маңызды. Жартылайөткізгіштер технологиясының үздіксіз дамуымен аммиак қолданулары технологиялық жетістіктерге елеулі үлес қосатын және жартылай өткізгіштер өнеркәсібінің тиімдірек және экологиялық таза бағытта дамуына көмектесетін өсуде.