Металлорганические соединения и высокочистые химические материалы в производстве полупроводников и микроэлектроники

Только по запросу с указанием минимальных требований к материалу!

Металлорганические соединения (МОС) и высокочистые химические материалы являются основой современной полупроводниковой промышленности, обеспечивая производство светодиодов, микросхем, солнечных элементов, оптоэлектронных и нанотехнологических устройств. Эти вещества используются в процессах химического осаждения из паровой фазы (MOCVD), атомно-слоевого осаждения (ALD), молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) и легирования, позволяя создавать тонкие пленки и структуры с атомной точностью.

Металлорганические соединения (МОС) содержат связь металл–углерод, обладают высокой летучестью и способностью разлагаться при контролируемых температурах, что делает их идеальными прекурсорами для процессов MOCVD, ALD и MBE. Ниже приведены основные МОС, их свойства и области применения.

Триметилиндий (TMI, Trimethylindium)

• Химическая формула: In(CH₃)₃
• Свойства: белое кристаллическое вещество, летучее, чувствительное к влаге и кислороду, температура плавления ~88 °C.
• Применение: используется в MOCVD для производства фосфида индия (InP) и других III-V полупроводников, применяемых в оптоэлектронике (лазеры, фотодетекторы).
• Особенности: требует герметичных баллонов из нержавеющей стали и инертной атмосферы (азот, аргон). Чистота: ≥99.999% (5N).

Триметилгаллий (TMG, Trimethylgallium)

• Химическая формула: Ga(CH₃)₃
• Свойства: бесцветная пирофорная жидкость, высоколетучая, температура кипения ~55.7 °C.
• Применение: основной прекурсор для MOCVD-процессов создания арсенида галлия (GaAs) и нитрида галлия (GaN) в светодиодах, СВЧ-устройствах и силовой электронике.
• Особенности: требует чистоты ≥99.9999% (6N), так как примеси углерода и кислорода ухудшают качество эпитаксиальных слоев.

Триэтилгаллий (TEG, Triethylgallium)

• Химическая формула: Ga(C₂H₅)₃
• Свойства: жидкость, менее пирофорная, чем TMG, температура кипения ~142 °C.
• Применение: используется в MBE и MOCVD для создания GaAs и GaN с низким содержанием углеродных примесей. Обеспечивает более мягкие условия разложения.
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Триметилалюминий (TMA, Trimethylaluminum)

• Химическая формула: Al(CH₃)₃
• Свойства: пирофорная жидкость, температура кипения ~126 °C, высокая реакционная способность.
• Применение: прекурсор для осаждения алюминийсодержащих слоев (AlN, AlGaN, Al₂O₃) в светодиодах, HEMT-транзисторах и диэлектриках. Используется в катализе и нанотехнологиях.
• Чистота: ≥99.9999% (6N).

Триэтилалюминий (TEA, Triethylaluminum)

• Химическая формула: Al(C₂H₅)₃
• Свойства: пирофорная жидкость, температура кипения ~194 °C, менее летучая, чем TMA.
• Применение: катализатор Циглера-Натта, синтез наноструктур.
• Чистота: ≥99.99% (4N).

Диметилцинк (DMZ, Dimethylzinc)

• Химическая формула: Zn(CH₃)₂
• Свойства: пирофорная бесцветная жидкость, температура кипения ~46 °C.
• Применение: легирование цинком в производстве тонкопленочных солнечных элементов (CIGS), полупроводников (ZnSe, ZnS) и осаждение ZnO в ALD.
• Чистота: ≥99.9999% (6N).

Диэтилцинк (DEZ, Diethylzinc)

• Химическая формула: Zn(C₂H₅)₂
• Свойства: жидкость, температура кипения ~117 °C, менее летучая, чем DMZ.
• Применение: альтернатива DMZ в ALD для нанесения оксида цинка (ZnO).
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Циклопентадиенилмагний (Cp₂Mg, Bis(cyclopentadienyl)magnesium)

• Химическая формула: Mg(C₅H₅)₂
• Свойства: твердое вещество, летучее при нагревании, температура сублимации ~100 °C.
• Применение: источник магния для p-допирования GaN в синих светодиодах и других оптоэлектронных устройствах.
• Чистота: ≥99.99% (4N).

Диэтилтеллурид (DETe, Diethyltelluride)

• Химическая формула: Te(C₂H₅)₂
• Свойства: токсичная жидкость, температура кипения ~137 °C.
• Применение: прекурсор для теллуридных полупроводников (CdTe, HgCdTe) в инфракрасных детекторах.
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Диметилкадмий (DMCd, Dimethylcadmium)

• Химическая формула: Cd(CH₃)₂
• Свойства: высокотоксичная жидкость, температура кипения ~105 °C.
• Применение: используется для создания CdTe и HgCdTe, но из-за токсичности вытесняется более безопасными аналогами.
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Триэтилиндий (TEI, Triethylindium)

• Химическая формула: In(C₂H₅)₃
• Свойства: жидкость, температура кипения ~184 °C.
• Применение: альтернатива TMI в MOCVD для создания InP и InGaN.
• Чистота: ≥99.99% (4N).

Триметилвисмут (TMBi, Trimethylbismuth)

• Химическая формула: Bi(CH₃)₃
• Свойства: летучая жидкость, температура кипения ~110 °C.
• Применение: легирование висмутом в специфических полупроводниках.
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Триметилсурьма (TMSb, Trimethylantimony) и диметилселен (DMSe, Dimethylselenium)

• Свойства: летучие жидкости, токсичные.
• Применение: легирование и создание полупроводников (InSb, GaSb).
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Диизопропилтеллурид (DIPTe, Diisopropyltelluride)

• Химическая формула: Te(C₃H₇)₂
• Свойства: жидкость, высокотоксичная.
• Применение: альтернатива DETe для теллуридных полупроводников.
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Высокочистые неорганические соединения и газы

Высокочистые газы и неорганические соединения применяются для легирования, травления и осаждения. Их чистота (5N–7N) критически важна для качества полупроводниковых структур.

Арсин (AsH₃)

• Свойства: бесцветный высокотоксичный газ, температура кипения –62 °C.
• Применение: легирование мышьяком в производстве GaAs и других III-V полупроводников.
• Особенности: требует систем подачи газа с детекторами утечек. Чистота: ≥99.9999% (6N).

Фосфин (PH₃)

• Свойства: токсичный бесцветный газ, температура кипения –87 °C.
• Применение: источник фосфора для легирования кремния, Ge и производства InP.
• Особенности: используется в смеси с инертными газами. Чистота: ≥99.999% (5N).

Силан (SiH₄)

• Свойства: бесцветный пирофорный газ, температура кипения –112 °C.
• Применение: осаждение поликристаллического кремния в LPCVD для MEMS, транзисторов и солнечных элементов.
• Чистота: ≥99.9999% (6N).

Аммиак (NH₃)

• Свойства: бесцветный газ с резким запахом, температура кипения –33 °C.
• Применение: источник азота для осаждения нитридов (GaN, AlN).
• Чистота: ≥99.9999% (6N), минимальное содержание воды.

Бор трехбромистый (BBr₃)

• Химическая формула: BBr₃
• Свойства: коррозионная жидкость, температура кипения ~91 °C.
• Применение: легирование бором в кремниевых структурах.
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Фосфор треххлористый (PCl₃) и окситрихлорид фосфора (POCl₃)

• Свойства: реактивные жидкости, температура кипения ~75 °C (PCl₃) и ~105 °C (POCl₃).
• Применение: легирование фосфором в производстве солнечных элементов и микросхем.
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Мышьяк треххлористый (AsCl₃)

• Свойства: высокотоксичная жидкость, температура кипения ~130 °C.
• Применение: источник мышьяка для специализированных процессов.
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Метилиодид (CH₃I)

• Свойства: жидкость, температура кипения ~42 °C.
• Применение: органический синтез, нишевые процессы в микроэлектронике.
• Чистота: ≥99.99% (4N).

Гидрид бора (B₂H₆)

• Свойства: токсичный и пирофорный газ.
• Применение: легирование бором в кремниевых структурах.
• Чистота: ≥99.999% (5N).

Полупроводниковые материалы и подложки

Подложки служат основой для эпитаксиального роста и определяют качество устройств.

Арсенид галлия (GaAs)

• Свойства: монокристаллы с высокой подвижностью электронов.
• Применение: СВЧ-устройства, светодиоды, лазеры.
• Размеры: пластины диаметром 50–200 мм, чистота ≥99.999% (5N).

Фосфид индия (InP)

• Свойства: высокая частота работы, подходит для оптоэлектроники.
• Применение: фотодетекторы, лазеры, телекоммуникации.
• Размеры: пластины 50–100 мм, чистота ≥99.999% (5N).

Оксиды металлов и другие химические материалы

• Оксиды металлов: используются для создания тонкопленочных покрытий (например, Al₂O₃, ZnO) в электронике и оптоэлектронике.
• Применение: диэлектрические слои, защитные покрытия.
• Чистота: ≥99.99% (4N).
• Химикаты для очистки и травления:
  • Фоторезисты, проявители, растворители для литографии.
  • Фтористоводородная кислота (HF) и смеси для травления GaAs.
  • Растворы для химического и электрохимического осаждения.

Производственные аспекты и требования

Чистота и контроль качества

• Стандарты: 5N (99.999%)–7N (99.99999%) для всех прекурсоров и газов.
• Методы анализа: масс-спектрометрия, газовая хроматография, ICP-MS.
• Критические примеси: кислород, углерод, вода, ухудшающие качество слоев.

Безопасность

• Токсичность: AsH₃, PH₃, TMI, DMCd требуют вентиляции и детекторов утечек.
• Пирофорность: TMG, TMA, DMZ хранятся в инертной среде.
• Хранение: баллоны из нержавеющей стали с пассивацией, вакуумные системы подачи.

Производственные технологии

• MOCVD: основной метод для МОС, требует точного контроля температуры и давления.
• ALD: для атомно-точных покрытий (TMA, DEZ).
• MBE: высоковакуумное осаждение (TEG, Cp₂Mg).
• LPCVD: осаждение кремния с использованием SiH₄.

Металлорганические соединения и высокочистые химические материалы — основа высокотехнологичных производств. TMI, TMG, TMA, DMZ, AsH₃, PH₃ и другие прекурсоры обеспечивают создание полупроводниковых структур с высокой точностью.