Ammonia (NH₃), sebagai reagen kimia yang penting, mempunyai aplikasi yang meluas di pelbagai bidang perindustrian, dengan peranannya sangat penting dalam pembuatan semikonduktor. Ammonia memainkan peranan penting dalam beberapa peringkat pengeluaran semikonduktor, termasuk pemendapan nitrida, implantasi ion dan doping, pembersihan, dan proses etsa. Artikel ini akan menyelidiki aplikasi ammonia dalam industri semikonduktor, menganalisis peranan pentingnya dalam meningkatkan prestasi peranti, mengurangkan kos, dan inovasi industri memandu, sambil membincangkan cabaran yang dihadapi dan trend pembangunan masa depan.

1. Sifat asas dan tingkah laku kimia ammonia

Ammonia adalah sebatian yang terdiri daripada nitrogen dan hidrogen, yang terkenal dengan kealkalian yang kuat dan biasanya dijumpai dalam pengeluaran baja nitrogen perindustrian. Ammonia wujud sebagai gas pada suhu bilik tetapi boleh dicairkan pada suhu rendah, menjadikannya sumber gas yang sangat reaktif. Dalam industri semikonduktor, sifat kimia ammonia menjadikannya komponen teras beberapa proses kritikal, terutamanya dalam pemendapan wap kimia (CVD), implantasi ion, dan operasi pembersihan/etsa.

Molekul ammonia boleh bertindak balas dengan pelbagai logam, silikon, dan bahan -bahan lain untuk membentuk nitrida atau dadahnya. Reaksi ini bukan sahaja membantu dalam membentuk bahan -bahan filem nipis yang dikehendaki tetapi juga meningkatkan sifat -sifat elektrik, terma, dan mekanikal bahan -bahan, dengan itu memajukan teknologi semikonduktor.

2. Aplikasi ammonia dalam pembuatan semikonduktor

Ammonia memainkan peranan penting dalam pembuatan semikonduktor, terutamanya dalam bidang berikut:

2.1 Pemendapan filem nipis nitrida

Dalam pembuatan semikonduktor moden, filem nipis nitrida, seperti silikon nitrida (Si₃n₄), aluminium nitride (ALN), dan titanium nitride (TIN), digunakan secara meluas sebagai lapisan perlindungan, lapisan pengasingan elektrik, atau bahan konduktif. Semasa pemendapan filem nitrida ini, ammonia berfungsi sebagai sumber nitrogen penting.

Pemendapan wap kimia (CVD) adalah salah satu kaedah yang paling biasa untuk pemendapan filem nitrida. Ammonia bertindak balas dengan gas seperti silane (sih₄) pada suhu tinggi untuk mengurai dan membentuk filem silikon nitrida. Reaksi adalah seperti berikut:

3SIH4+4NH3 → SI3N4+12H2

Proses ini menghasilkan pembentukan lapisan nitrida silikon seragam pada permukaan wafer silikon. Ammonia menyediakan sumber nitrogen yang stabil dan membolehkan kawalan yang tepat terhadap tindak balas dengan sumber gas lain di bawah keadaan tertentu, dengan itu mengawal kualiti, ketebalan, dan keseragaman filem.

Filem nitrida mempunyai kestabilan terma yang sangat baik, penebat elektrik, dan rintangan pengoksidaan, menjadikannya sangat penting dalam pembuatan semikonduktor. Mereka digunakan secara meluas dalam litar bersepadu (ICS) sebagai lapisan penebat, lapisan pengasingan elektrod, dan tingkap optik dalam peranti optoelektronik.

2.2 implantasi ion dan doping

Ammonia Juga memainkan peranan penting dalam proses doping bahan semikonduktor. Doping adalah teknik penting yang digunakan untuk mengawal kekonduksian elektrik bahan dalam fabrikasi peranti semikonduktor. Ammonia, sebagai sumber nitrogen yang cekap, sering digunakan bersamaan dengan gas lain (seperti fosfin ph₃ dan diborane b₂h₆) untuk implan nitrogen ke dalam bahan seperti silikon dan galium arsenide (GaAs) melalui implantasi ion.

Sebagai contoh, doping nitrogen boleh menyesuaikan sifat elektrik silikon untuk menghasilkan semikonduktor N-jenis atau p-jenis. Semasa proses doping nitrogen yang cekap, ammonia menyediakan sumber nitrogen yang tinggi, memastikan kawalan yang tepat terhadap kepekatan doping. Ini penting untuk pengurangan dan pengeluaran peranti berprestasi tinggi dalam pembuatan integrasi berskala besar (VLSI).

2.3 Pembersihan dan Etching

Proses pembersihan dan etsa adalah kunci untuk memastikan kualiti permukaan peranti dalam pembuatan semikonduktor. Ammonia digunakan secara meluas dalam proses ini, terutamanya dalam etsa plasma dan pembersihan kimia.

Dalam etsa plasma, ammonia boleh digabungkan dengan gas lain (seperti klorin, CL₂) untuk membantu menghilangkan bahan cemar organik, lapisan oksida, dan kekotoran logam dari permukaan wafer. Sebagai contoh, ammonia bertindak balas dengan oksigen untuk menghasilkan spesies oksigen reaktif (seperti O₃ dan O₂), yang secara berkesan menghilangkan oksida permukaan dan memastikan kestabilan dalam proses berikutnya.

Di samping itu, ammonia boleh bertindak sebagai pelarut dalam proses pembersihan, membantu menghilangkan sisa -sisa jejak yang dibentuk disebabkan oleh tindak balas kimia atau kecelakaan proses, dengan itu mengekalkan kesucian yang tinggi dari wafer.

3. Kelebihan ammonia dalam industri semikonduktor

Ammonia menawarkan beberapa kelebihan dalam pembuatan semikonduktor, terutamanya dalam bidang berikut:

3.1 Sumber Nitrogen Cekap

Ammonia adalah sumber nitrogen yang cekap dan tulen yang menyediakan bekalan atom nitrogen yang stabil dan tepat untuk pemendapan filem nitrida dan proses doping. Ini adalah penting untuk fabrikasi peranti mikro dan nano dalam pembuatan semikonduktor. Dalam banyak kes, ammonia lebih reaktif dan dikawal daripada gas sumber nitrogen lain (seperti gas nitrogen atau nitrogen oksida).

3.2 Kawalan proses yang sangat baik

Kereaktifan ammonia membolehkannya mengawal kadar tindak balas dan ketebalan filem dalam pelbagai proses kompleks. Dengan menyesuaikan kadar aliran ammonia, suhu, dan masa tindak balas, adalah mungkin untuk mengawal ketebalan, keseragaman, dan ciri -ciri struktur filem dengan tepat, dengan itu mengoptimumkan prestasi peranti.

3.3 keberkesanan kos dan keramahan alam sekitar

Berbanding dengan gas sumber nitrogen yang lain, ammonia agak rendah kos dan mempunyai kecekapan penggunaan nitrogen yang tinggi, menjadikannya sangat berfaedah dalam pengeluaran semikonduktor berskala besar. Selain itu, teknologi kitar semula dan penggunaan semula ammonia menjadi lebih maju, menyumbang kepada keramahan alam sekitarnya.

4. Cabaran Keselamatan dan Alam Sekitar

Walaupun peranan pentingnya dalam pembuatan semikonduktor, ammonia membentangkan bahaya yang berpotensi. Pada suhu bilik, ammonia adalah gas, dan dalam bentuk cecairnya, ia sangat menghakis dan toksik, yang memerlukan langkah -langkah keselamatan yang ketat semasa digunakan.

1. Penyimpanan dan Pengangkutan: Ammonia mesti disimpan pada suhu rendah dan tekanan tinggi, menggunakan bekas khusus dan saluran paip untuk mengelakkan kebocoran.
2. Keselamatan Operasi: Pengendali dalam barisan pengeluaran semikonduktor perlu memakai peralatan pelindung, seperti kacamata, sarung tangan, dan topeng gas, untuk mencegah pendedahan ammonia kepada tubuh manusia.
3. Rawatan Gas Sisa: Penggunaan ammonia boleh menghasilkan gas sisa yang berbahaya, jadi sistem rawatan gas sisa yang efisien mesti disediakan untuk memastikan bahawa pelepasan memenuhi piawaian alam sekitar.

Oleh kerana proses pembuatan semikonduktor terus maju dan permintaan untuk peningkatan prestasi peranti yang lebih tinggi, peranan ammonia dalam industri akan terus berkembang. Hal ini terutama berlaku dalam litar bersepadu nano berskala tinggi, cip pengkomputeran kuantum, dan teknologi pembungkusan lanjutan. Di samping itu, sebagai peraturan alam sekitar menjadi lebih ketat, pembangunan teknologi pengeluaran dan kitar semula yang lebih hijau untuk ammonia akan menjadi faktor kritikal dalam masa depan industri.

Aplikasi Ammonia dalam industri semikonduktor menyediakan asas yang kukuh untuk pembangunan elektronik moden. Peranannya dalam meningkatkan kecekapan pengeluaran, mengurangkan kos pembuatan, dan inovasi teknologi memandu sangat diperlukan. Sebagai kemajuan teknologi, aplikasi Ammonia akan terus berkembang, membantu industri semikonduktor berkembang ke arah kecekapan yang lebih tinggi dan kelestarian alam sekitar.

Ammonia, sebagai reagen kimia penting, memainkan peranan penting dalam pembuatan semikonduktor. Adalah penting untuk pemendapan filem nitrida, doping, dan proses pembersihan/etsa. Dengan kemajuan teknologi semikonduktor yang berterusan, aplikasi Ammonia ditetapkan untuk berkembang, memberikan sumbangan yang signifikan kepada kemajuan teknologi dan membantu industri semikonduktor berkembang dalam arah yang lebih efisien dan mesra alam.