අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ ඇමෝනියා යෙදුම

2024-11-15

ඇමෝනියා (NH₃), වැදගත් රසායනික ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක් ලෙස, විවිධ කාර්මික ක්ෂේත්‍ර හරහා පුලුල්ව පැතිරී ඇති අතර, අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේ දී එහි කාර්යභාරය විශේෂයෙන් තීරණාත්මක වේ. නයිට්‍රයිඩ තැන්පත් කිරීම, අයන තැන්පත් කිරීම සහ මාත්‍රණය කිරීම, පිරිසිදු කිරීම සහ කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලීන් ඇතුළු අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේ අදියර කිහිපයකදී ඇමෝනියා වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. මෙම ලිපිය අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ ඇමෝනියා යෙදීම්, උපාංග ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීම, පිරිවැය අඩු කිරීම සහ කර්මාන්තයේ නව්‍යකරණයන් සඳහා එහි වැදගත් කාර්යභාරය විශ්ලේෂණය කරන අතරම එය මුහුණ දෙන අභියෝග සහ අනාගත සංවර්ධන ප්‍රවණතා ගැන ද සාකච්ඡා කරනු ඇත.

 

1. ඇමෝනියා වල මූලික ගුණ සහ රසායනික හැසිරීම

ඇමෝනියා යනු නයිට්‍රජන් සහ හයිඩ්‍රජන් වලින් සෑදුණු සංයෝගයක් වන අතර එහි ප්‍රබල ක්ෂාරීය බව සඳහා ප්‍රසිද්ධ වන අතර කාර්මික නයිට්‍රජන් පොහොර නිෂ්පාදනයේදී බහුලව දක්නට ලැබේ. ඇමෝනියා කාමර උෂ්ණත්වයේ දී වායුවක් ලෙස පවතින නමුත් අඩු උෂ්ණත්වවලදී ද්රවීකරණය කළ හැකි අතර එය ඉතා ප්රතික්රියාශීලී වායු ප්රභවයක් බවට පත් කරයි. අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ දී, ඇමෝනියා වල රසායනික ගුණාංග එය තීරණාත්මක ක්‍රියාවලීන් කිහිපයක මූලික අංගයක් බවට පත් කරයි, විශේෂයෙන් රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (CVD), අයන තැන්පත් කිරීම සහ පිරිසිදු කිරීමේ/කැටීමේ මෙහෙයුම් වලදී.

 

ඇමෝනියා අණු විවිධ ලෝහ, සිලිකන් සහ අනෙකුත් ද්‍රව්‍ය සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කර නයිට්‍රයිඩ සෑදීමට හෝ ඒවා මාත්‍රණය කිරීමට හැකිය. මෙම ප්‍රතික්‍රියා අපේක්ෂිත තුනී පටල ද්‍රව්‍ය සෑදීමට පමණක් නොව ද්‍රව්‍යවල විද්‍යුත්, තාප සහ යාන්ත්‍රික ගුණ වැඩි දියුණු කිරීමටත්, එමඟින් අර්ධ සන්නායක තාක්ෂණය දියුණු කිරීමටත් උපකාරී වේ.

 

2. අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේ ඇමෝනියා යෙදීම්

අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී, විශේෂයෙන් පහත සඳහන් ක්ෂේත්‍රවල ඇමෝනියා තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි:

 

2.1 නයිට්‍රයිඩ් තුනී පටල තැන්පත් කිරීම

නූතන අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී, සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් (Si₃N₄), ඇලුමිනියම් නයිට්‍රයිඩ් (AlN) සහ ටයිටේනියම් නයිට්‍රයිඩ් (TiN) වැනි නයිට්‍රයිඩ් තුනී පටල, ආරක්ෂිත ස්ථර, විද්‍යුත් හුදකලා ස්ථර හෝ සන්නායක ද්‍රව්‍ය ලෙස බහුලව භාවිතා වේ. මෙම නයිට්‍රයිඩ් පටල තැන්පත් වීමේදී ඇමෝනියා තීරණාත්මක නයිට්‍රජන් ප්‍රභවයක් ලෙස ක්‍රියා කරයි.

 

රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (CVD) නයිට්‍රයිඩ් පටල තැන්පත් කිරීම සඳහා වඩාත් පොදු ක්‍රමයකි.ඇමෝනියාදිරාපත් වී සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් පටල සෑදීමට ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී silane (SiH₄) වැනි වායු සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරයි. ප්රතික්රියාව පහත පරිදි වේ:

 

3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2

 

මෙම ක්‍රියාවලිය සිලිකන් වේෆර් මතුපිට ඒකාකාර සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් තට්ටුවක් සෑදීමට හේතු වේ. ඇමෝනියා ස්ථායී නයිට්‍රජන් ප්‍රභවයක් සපයන අතර විශේෂිත තත්ව යටතේ අනෙකුත් වායු ප්‍රභවයන් සමඟ ප්‍රතික්‍රියාව නිවැරදිව පාලනය කිරීමට හැකියාව ලබා දෙයි, එමගින් චිත්‍රපටයේ ගුණාත්මකභාවය, ඝනකම සහ ඒකාකාරී බව පාලනය කරයි.

 

නයිට්‍රයිඩ් පටලවල විශිෂ්ට තාප ස්ථායීතාවයක්, විද්‍යුත් පරිවාරකයක් සහ ඔක්සිකරණ ප්‍රතිරෝධයක් ඇති අතර, අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී ඒවා අතිශයින් වැදගත් වේ. ඒවා සංයුක්ත පරිපථවල (ICs) පරිවාරක ස්ථර, ඉලෙක්ට්‍රෝඩ හුදකලා ස්ථර සහ දෘශ්‍ය ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගවල දෘශ්‍ය කවුළු ලෙස බහුලව භාවිතා වේ.

 

2.2 අයන තැන්පත් කිරීම සහ මාත්‍රණය

ඇමෝනියාඅර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යවල මාත්‍රණ ක්‍රියාවලියේදී ද වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. මාත්‍රණය යනු අර්ධ සන්නායක උපාංග නිපදවීමේදී ද්‍රව්‍යවල විද්‍යුත් සන්නායකතාවය පාලනය කිරීමට භාවිතා කරන තීරණාත්මක තාක්‍ෂණයකි. ඇමෝනියා, කාර්යක්‍ෂම නයිට්‍රජන් ප්‍රභවයක් ලෙස, අයන තැන්පත් කිරීම හරහා සිලිකන් සහ ගැලියම් ආසනයිඩ් (GaAs) වැනි ද්‍රව්‍යවලට නයිට්‍රජන් බද්ධ කිරීම සඳහා අනෙකුත් වායූන් (පොස්පයින් PH₃ සහ ඩයිබොරේන් B₂H₆ වැනි) සමඟ බොහෝ විට භාවිතා වේ.

 

නිදසුනක් ලෙස, නයිට්‍රජන් මාත්‍රණයට N-වර්ගයේ හෝ P-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක සෑදීමට සිලිකන්වල විද්‍යුත් ගුණ සකස් කළ හැක. කාර්යක්ෂම නයිට්‍රජන් මාත්‍රණ ක්‍රියාවලීන්හිදී, ඇමෝනියා ඉහළ සංශුද්ධතාවයෙන් යුත් නයිට්‍රජන් ප්‍රභවයක් සපයන අතර, මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණය පිළිබඳ නිශ්චිත පාලනයක් සහතික කරයි. මෙය ඉතා විශාල පරිමාණයේ ඒකාබද්ධතා (VLSI) නිෂ්පාදනයේ ඉහළ කාර්ය සාධන උපාංග කුඩා කිරීම සහ නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා ඉතා වැදගත් වේ.

 

2.3 පිරිසිදු කිරීම සහ කැටයම් කිරීම

අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේ උපාංගවල මතුපිට ගුණාත්මකභාවය සහතික කිරීම සඳහා පිරිසිදු කිරීමේ සහ කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලීන් ප්‍රධාන වේ. ඇමෝනියා මෙම ක්‍රියාවලීන්හිදී, විශේෂයෙන් ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම සහ රසායනික පිරිසිදු කිරීම සඳහා බහුලව භාවිතා වේ.

 

ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීමේදී, කාබනික අපවිත්‍ර ද්‍රව්‍ය, ඔක්සයිඩ් ස්ථර සහ ලෝහ අපද්‍රව්‍ය වේෆර් මතුපිටින් ඉවත් කිරීමට උපකාර කිරීම සඳහා ඇමෝනියා අනෙකුත් වායූන් (ක්ලෝරීන්, Cl₂ වැනි) සමඟ ඒකාබද්ධ කළ හැක. නිදසුනක් ලෙස, ඇමෝනියා ඔක්සිජන් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කර ප්‍රතික්‍රියාශීලී ඔක්සිජන් විශේෂ (O₃ සහ O₂ වැනි) ජනනය කරයි, එමඟින් මතුපිට ඔක්සයිඩ ඵලදායී ලෙස ඉවත් කර පසුකාලීන ක්‍රියාවලීන්හි ස්ථායීතාවය සහතික කරයි.

 

මීට අමතරව, ඇමෝනියා පිරිසිදු කිරීමේ ක්‍රියාවලීන්හි ද්‍රාවකයක් ලෙස ක්‍රියා කළ හැකි අතර, රසායනික ප්‍රතික්‍රියා හෝ ක්‍රියාවලි අනතුරු හේතුවෙන් සෑදෙන අපද්‍රව්‍ය ඉවත් කිරීමට උපකාරී වන අතර එමඟින් වේෆරයේ ඉහළ සංශුද්ධතාවය පවත්වා ගනී.

 

3. අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ ඇමෝනියා වල වාසි

විශේෂයෙන් පහත සඳහන් ක්ෂේත්‍රවල අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී ඇමෝනියා වාසි කිහිපයක් ලබා දෙයි:

 

3.1 කාර්යක්ෂම නයිට්‍රජන් ප්‍රභවය

ඇමෝනියා යනු නයිට්‍රයිඩ් පටල තැන්පත් කිරීම සහ මාත්‍රණ ක්‍රියාවලීන් සඳහා නයිට්‍රජන් පරමාණුවල ස්ථායී සහ නිරවද්‍ය සැපයුමක් සපයන කාර්යක්ෂම හා පිරිසිදු නයිට්‍රජන් ප්‍රභවයකි. අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී ක්ෂුද්‍ර සහ නැනෝ පරිමාණ උපාංග නිෂ්පාදනය සඳහා මෙය ඉතා වැදගත් වේ. බොහෝ අවස්ථාවන්හිදී, ඇමෝනියා අනෙකුත් නයිට්‍රජන් ප්‍රභව වායූන්ට (නයිට්‍රජන් වායුව හෝ නයිට්‍රජන් ඔක්සයිඩ් වැනි) වඩා ප්‍රතික්‍රියාශීලී සහ පාලනය කළ හැකි වේ.

 

3.2 විශිෂ්ට ක්‍රියාවලි පාලනය

ඇමෝනියා වල ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය විවිධ සංකීර්ණ ක්‍රියාවලීන්හි ප්‍රතික්‍රියා අනුපාත සහ චිත්‍රපට ඝනකම නිශ්චිතව පාලනය කිරීමට ඉඩ සලසයි. ඇමෝනියා ප්‍රවාහ අනුපාතය, උෂ්ණත්වය සහ ප්‍රතික්‍රියා කාලය සකස් කිරීමෙන්, චිත්‍රපටවල ඝණකම, ඒකාකාරිත්වය සහ ව්‍යුහාත්මක ලක්ෂණ නිශ්චිතව පාලනය කිරීමට හැකි වන අතර එමඟින් උපාංගවල ක්‍රියාකාරිත්වය ප්‍රශස්ත කරයි.

 

3.3 පිරිවැය ඵලදායී බව සහ පරිසර හිතකාමී බව

අනෙකුත් නයිට්‍රජන් ප්‍රභව වායූන් හා සසඳන විට, ඇමෝනියා මිලෙන් අඩු වන අතර ඉහළ නයිට්‍රජන් භාවිත කාර්යක්ෂමතාවයක් ඇති අතර, එය මහා පරිමාණ අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී ඉතා වාසිදායක වේ. තවද, ඇමෝනියා ප්‍රතිචක්‍රීකරණය සහ නැවත භාවිත කිරීමේ තාක්ෂණයන් එහි පරිසර හිතකාමීත්වයට දායක වෙමින් වඩාත් දියුණු වෙමින් පවතී.

 

4. ආරක්ෂාව සහ පාරිසරික අභියෝග

අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේ සැලකිය යුතු භූමිකාවක් තිබියදීත්, ඇමෝනියා විභව අන්තරායන් ඉදිරිපත් කරයි. කාමර උෂ්ණත්වයේ දී, ඇමෝනියා වායුවක් වන අතර, එහි දියර ආකාරයෙන්, එය අධික ලෙස විඛාදන හා විෂ සහිත වන අතර, භාවිතයේදී දැඩි ආරක්ෂක පියවරයන් අවශ්ය වේ.

  1. ගබඩා කිරීම සහ ප්‍රවාහනය: ඇමෝනියා කාන්දු වීම වැලැක්වීම සඳහා විශේෂිත බහාලුම් සහ නල මාර්ග භාවිතා කරමින් අඩු උෂ්ණත්ව හා අධික පීඩනවලදී ගබඩා කළ යුතුය.
  2. මෙහෙයුම් ආරක්ෂාව: මිනිස් සිරුරට ඇමෝනියා නිරාවරණය වීම වැළැක්වීම සඳහා අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන මාර්ගවල ක්‍රියාකරුවන් ඇස් කණ්ණාඩි, අත්වැසුම් සහ ගෑස් ආවරණ වැනි ආරක්ෂිත උපකරණ පැළඳිය යුතුය.
  3. අපද්රව්ය වායු පිරියම් කිරීම: ඇමෝනියා භාවිතය හානිකර අපද්‍රව්‍ය වායූන් නිපදවිය හැක, එබැවින් විමෝචනය පාරිසරික ප්‍රමිතීන්ට අනුකූල බව සහතික කිරීම සඳහා කාර්යක්ෂම අපද්‍රව්‍ය පිරිපහදු පද්ධති ක්‍රියාත්මක විය යුතුය.

 

අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලීන් අඛණ්ඩව ඉදිරියට යන විට සහ ඉහළ උපාංග ක්‍රියාකාරිත්වය සඳහා ඇති ඉල්ලුම වැඩි වන විට, කර්මාන්තයේ ඇමෝනියා භූමිකාව දිගටම වර්ධනය වනු ඇත. මෙය විශේෂයෙන්ම ඉහළ නිරවද්‍ය නැනෝ පරිමාණ ඒකාබද්ධ පරිපථ, ක්වොන්ටම් පරිගණක චිප්ස් සහ උසස් ඇසුරුම් තාක්ෂණයන්හි සත්‍ය වේ. මීට අමතරව, පාරිසරික රෙගුලාසි දැඩි වන විට, ඇමෝනියා සඳහා හරිත නිෂ්පාදන සහ ප්‍රතිචක්‍රීකරණ තාක්ෂණයන් සංවර්ධනය කිරීම කර්මාන්තයේ අනාගතයේ තීරණාත්මක සාධකයක් වනු ඇත.

 

අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ ඇමෝනියා යෙදීම් නවීන ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ සංවර්ධනය සඳහා ශක්තිමත් පදනමක් සපයයි. නිෂ්පාදන කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම, නිෂ්පාදන පිරිවැය අඩු කිරීම සහ තාක්ෂණික නවෝත්පාදනයන් මෙහෙයවීම සඳහා එහි කාර්යභාරය අත්යවශ්ය වේ. තාක්‍ෂණය දියුණු වන විට, අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තය වැඩි කාර්යක්ෂමතාවයක් සහ පාරිසරික තිරසාරත්වයක් කරා පරිණාමය වීමට උපකාර කරමින්, ඇමෝනියා යෙදුම අඛණ්ඩව ව්‍යාප්ත වනු ඇත.

ඇමෝනියා, අත්‍යවශ්‍ය රසායනික ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක් ලෙස, අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී ප්‍රධාන භූමිකාවක් ඉටු කරයි. එය නයිට්‍රයිඩ් පටල තැන්පත් කිරීම, මාත්‍රණය කිරීම සහ පිරිසිදු කිරීමේ/කැටීමේ ක්‍රියාවලීන් සඳහා ඉතා වැදගත් වේ. අර්ධ සන්නායක තාක්‍ෂණයේ අඛණ්ඩ ප්‍රගතියත් සමඟ, ඇමෝනියා යෙදුම් වර්ධනය වීමට නියමිත අතර, තාක්‍ෂණික දියුණුවට සැලකිය යුතු දායකත්වයක් ලබා දෙමින් අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තය වඩාත් කාර්යක්ෂම හා පරිසර හිතකාමී දිශාවකට පරිණාමය වීමට උපකාරී වේ.

ඉලෙක්ට්රොනික වායු ඇමෝනියා