Kvartsprodukter - Halvlederindustriens elskede

Inden for halvledere er litografimaskinen uden tvivl den mest iøjnefaldende. Dens betydning for hele halvlederindustrien er blevet hørt selv af folk uden for industrien. Ser man på hele halvlederforarbejdningsindustrien, er den også uadskillelig fra støtten fra nøglematerialer og komponenter. For eksempel spiller kvartsmaterialer og deres produkter en ekstremt vigtig rolle i mange aspekter af halvlederindustrien på grund af deres unikke egenskaber.

Kvartsdigel

Kvartsdigler har fordelene ved høj renhed, stærk temperaturbestandighed, stor størrelse, høj præcision og god varmebevarelse. Især i processen med siliciumkrystalvækst er kvartsdigelen blevet en uerstattelig nøglekomponent!

Det skal bemærkes, at i henhold til forskellige fremstillingsprocesser og anvendelser er kvarts-digler opdelt i buekvarts-digler og kvarts-keramiske digler. Buekvartsdigelen bruges hovedsageligt til Czochralski monokrystallinsk silicium, som er fremstillet ved buemetoden (det vil sige brugt i halvlederområdet). metode.

Monokrystallinsk silicium er et uundværligt halvledermateriale til fremstilling af integrerede kredsløb i stor skala. Med forbedringen af ​​kredsløbsintegration har ultra-storskala integration udviklet sig hurtigt. På nuværende tidspunkt har den almindelige siliciumwafer nået 300 mm, og 400 mm monokrystallinsk silicium er også blevet udviklet med succes, og industrialiseringen er lige rundt om hjørnet.

Som vi alle ved, fremstilles enkeltkrystalsilicium med stor diameter (over 200 mm) grundlæggende ved Czochralski-metoden (CZ). Det tager mere tid og flere ressourcer at dyrke sådan en stor størrelse siliciumkrystal. Krystalvækstens succesrate er meget vigtig. Under væksten af ​​Czochralski siliciumkrystaller kan dislokationsfri enkeltkrystalvækst mislykkes på grund af forskellige årsager, hvilket resulterer i et stort tab af ressourcer og tid. Der er mange årsager til svigt af væksten af ​​dislokationsfrie enkeltkrystalprodukter. Under de betingelser, at den nuværende Czochralski silicium enkeltkrystalovn og dens termiske feltdesign er stabile og modne, er renheden af ​​kvartsdigelen i direkte kontakt med siliciumsmelten og dens væksthastighed meget lille. Cristobalite-partikler anses generelt for at være en af ​​hovedårsagerne til svigt i væksten af ​​dislokationsfrie Czochralski-krystaller med stor diameter.

Med andre ord er kvaliteten af ​​buekvartsdigelen den vigtigste faktor, der påvirker kvaliteten af ​​Czochralski monokrystallinsk silicium. Derfor har den løbende forbedring af kvalitetskravene til enkeltkrystalsilicium med stor diameter fremsat højere krav til kvartsprodukter og relaterede materialer til halvledermaterialer, såsom kvartssandinspektion, kvartssandrensning, indledende buesmeltningsinspektion, ydre vægrensning, skærehøjde, affasning, rengøring, coating, tørring, slutkontrol, emballering, forsendelse mv.

Ætserhulrum, prøveholder

Fremstillingen af ​​integrerede kredsløbschips er uadskillelig fra ætsningsprocessen, og ætsning er en af ​​kerneteknologierne, der bestemmer trækstørrelsen af ​​integrerede kredsløb. Ætseprocessen refererer til overførslen af ​​fotoresist-mikromønsteret, der er eksponeret af mønsteret og på overfladen af ​​halvledersiliciumwaferen til det underliggende fotoresist-filmmateriale (normalt SiO2, Si3N4 og det aflejrede metallag og andre film), dvs. selektiv ætsning . Den del af fotoresistens underliggende materiale, som ikke er maskeret af fotoresisten, ætses væk. På nuværende tidspunkt omfatter ætsningsprocessen hovedsageligt vådætsning og tørætsning.

Til ætsning af integrerede kredsløb chip silicium wafers, uanset om der anvendes tør eller våd ætsning, er det nødvendigt at bruge fluorholdige gasser (såsom CF4, C2F4, C3F8, C4F8, CHF3, C5F8, CH2F2 osv.) eller HF-ætsning løsninger. Den udføres i et stærkt korrosivt miljø, hvilket stiller ekstremt strenge krav til ætsereaktionskammeret og prøveholderen. Ud over høj renhed bør det også have fremragende korrosionsbestandighed, især tørætsningsprocessen har en højere korrosionshastighed. hurtig. I de tidlige dage brugte Japan materialer som aluminiumoxidkeramik, yttriumaluminiumgranat og aluminiumnitridkeramik som hjælpematerialer til ætsning, men de råmaterialer, der blev brugt til fremstillingen af ​​disse materialer var begrænsede i renhed og ringe i bearbejdelighed, og keramiske materialer havde krystalkorn, som blev tæret og faldt af. Det vil forurene halvlederchipsiliciumwaferen og derved reducere udbyttet af chipsiliciumwaferætsningen. Som svar på de ovennævnte problemer har producenter som Japan og Tyskland foreslået at bruge kvartsmaterialer til fremstilling af ætsereaktionskamre og prøveholdere.

Almindelige kvartsglasmaterialer og endda almindeligt højrent kvartsglas er dog ikke kompetente. Fordi enkeltkomponent højrent kvartsglasmaterialer fremstillet af procesteknologier såsom elektrofusion, gassmeltning, kontinuerlig smeltning, CVD eller PCVD, vil hurtigt blive korroderet og ødelagt i stærkt korrosive og høje temperaturmiljøer såsom fluorbaseret gas eller HF-ætsning væske. Anvendelseskravene til halvlederætsning kan ikke opfyldes, så de korrosionsbestandige kvartsglasmaterialer og -produkter skal bruges i den integrerede kredsløbsætseproces.

I den forbindelse er virksomheder som Heraeus fra Tyskland og Tosoh Quartz fra Japan relativt avancerede inden for teknologi, og har evnen til at masseproducere korrosionsbestandigt og holdbart kvartsglas, som har været meget brugt i halvlederætsning og andre processer. Japan Tosoh Quartz Co., Ltd. har undersøgt enkeltdoping af højrent kvartspulver med en vis atomprocent af Al og grundstof M (inklusive mere end ét grundstof i det periodiske system Gruppe 2A-elementer, Gruppe 3A-elementer og Gruppe 4A-elementer ). eller co-doping) for at opnå en doteret blanding, og derefter smelte den doterede blanding ved elektrofusion eller gassmeltning for at opnå holdbart kvartsglas. Princippet for korrosionsholdbarhed er, at kogepunktet eller sublimeringstemperaturen for fluoridet af Al og grundstof M. Kogepunktet eller sublimeringstemperaturen for SiF4 er højt, så oxiderne eller fluoriderne af tilsatte elementer koncentreres på overfladen af ​​kvartsglas under ætsning i fluorbaseret gas- og plasmamiljø, som fungerer som en beskyttende film og derved forbedrer korrosionen af ​​kvartsglas. Holdbarhed.

Diffusion hører til højtemperaturområdet og kræver højtemperaturbestandige kvartsmaterialer

Inden for halvlederindustrien, bortset fra processen med at trække enkeltkrystal silicium og ætsning, er kvartsprodukterne med en stor mængde kvartsovnsrør og kvartsbåde, der anvendes i højtemperaturprocesser som diffusion, oxidation og udglødning.

The main use of diffusion is doping semiconductor wafers at high temperature, that is, diffusing the elements phosphorus and boron into the silicon wafer, thereby changing and controlling the type, concentration and distribution of impurities within the semiconductor in order to establish regions of different electrical properties. Using different doping processes, the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are fabricated on the same semiconductor silicon wafer through diffusion. Diffusion in semiconductors belongs to the mass transport among the three transport phenomena (mass transport, heat transfer and momentum transport), and the effect is obvious only in a high temperature environment above 850 °C; Diffusion, oxidation and annealing processes require specialty quartz materials that maintain temperature stability in high temperature environments (>1150 grader).

Resumé

Ud over de ovennævnte applikationer kan kvartsprodukter som et nøglemateriale og komponent bruges i hele processen med halvlederbehandling. For eksempel bruges kvartsrør i halvleder-batchovnsbehandling som reaktionskamre med høj renhed, gas- eller væskeindløb eller transportledninger; kvartsstænger kan bruges til at fremstille bådskrog, waferbærere og susceptorer; kvartsplader kan bruges til fremstilling af batchbehandlingsudstyr Både, susceptorer, wafers og wafer-bærere i marken. I monolitisk behandlingsudstyr bruges plader til fremstilling af vinduer, gasfordelingsplader, bruseplader, waferbærere og bærebakker.