Kvartstooted - pooljuhtide tööstuse kallis

Pooljuhtide valdkonnas on litograafiamasin kahtlemata kõige pilkupüüdvam. Selle tähtsust kogu pooljuhtide tööstusele on kuulnud isegi inimesed väljaspool tööstust. Vaadates kogu pooljuhtide töötlevat tööstust, on see lahutamatu ka põhimaterjalide ja -komponentide toest. Näiteks kvartsmaterjalid ja nende tooted mängivad oma ainulaadsete omaduste tõttu väga olulist rolli pooljuhtide tööstuse paljudes aspektides.

Kvarts tiigel

Kvarts tiiglitel on kõrge puhtusastmega eelised, tugev temperatuurikindlus, suur suurus, suur täpsus ja hea soojuse säilitamine. Eriti ränikristallide kasvu protsessis on kvarts tiigel muutunud asendamatuks põhikomponendiks!

Tuleb märkida, et vastavalt erinevatele ettevalmistusprotsessidele ja -kasutusviisidele jagunevad kvartsist tiiglid kaarkvartsi tiigliteks ja kvartskeraamilisteks tiigliteks. Kaarkvartskti tiiglit kasutatakse peamiselt Czochralski monokristallilise räni puhul, mida toodetakse kaare meetodil (st kasutatakse pooljuhtväljas). Meetod.

Monokristalliline räni on hädavajalik pooljuhtmaterjal suuremahuliste integraallülituste valmistamisel. Ahelate integreerimise täiustamisega on ülisuur integratsioon kiiresti arenenud. Praegu on peavoolu räni vahvel jõudnud 300 mm-ni ja edukalt on välja töötatud ka 400 mm monokristalliline räni ning industrialiseerimine on kohe nurga taga.

Nagu me kõik teame, toodetakse suure läbimõõduga ühe kristalliga räni (üle 200 mm) põhiliselt Czochralski (CZ) meetodil. Sellise suure ränikristalli kasvatamiseks kulub rohkem aega ja rohkem ressursse. Kristallide kasvu edukus on väga oluline. Czochralski ränikristallide kasvu ajal võib nihestusvaba ühe kristalli kasv ebaõnnestuda erinevatel põhjustel, mille tulemuseks on suur ressursside ja aja kadumine. Nihestusvabade ühe kristalli toodete kasvu ebaõnnestumisel on palju põhjuseid. Tingimustes, kus praegune Czochralski räni üksikkristallahi ja selle termilise välja disain on stabiilsed ja küpsed, on kvartsist tiigli puhtus otseses kokkupuutes räni sulamisega ja selle kasvukiirus väga väike. Kristobaliidi osakesi peetakse üldiselt üheks peamiseks põhjuseks, miks suure läbimõõduga dislokatsioonivabade Czochralski kristallide kasv ebaõnnestus.

Teisisõnu, kaarkvartsti tiigli kvaliteet on peamine tegur, mis mõjutab Czochralski monokristallilise räni kvaliteeti. Seetõttu on suure läbimõõduga ühekristallilise räni kvaliteedinõuete pidev täiustamine esitanud kõrgemad nõuded kvartstoodetele ja nendega seotud materjalidele pooljuhtmaterjalidele, nagu kvartsliiva kontroll, kvartsliiva puhastamine, esialgne kaare sulamise kontroll, välisseina puhastamine, lõikekõrgus, chamfering, puhastamine, kate, kuivatamine, lõppkontroll, pakend, laevandus jne.

Sööklaõõnsus, proovihoidja

Integraalahela kiipide tootmine on söövitusprotsessist lahutamatu ja söövitamine on üks põhilisi tehnoloogiaid, mis määravad integraallülituste funktsiooni suuruse. Söövitusprotsess viitab fotoresistliku mikropatterni ülekandmisele, mis on avatud mustriga ja pooljuht-räniplaadi pinnale fotoresisti aluseks olevale kilematerjalile (tavaliselt SiO2, Si3N4 ja ladestunud metallkiht ja muud kiled), st selektiivne söövitamine. Fotoresisti alusmaterjali osa, mida fotoresist ei maskeeri, on söövitatud. Praegu hõlmab söövitusprotsess peamiselt niisket söövitamist ja kuiva söövitamist.

Integraallülituse kiipide räniplaatide söövitamiseks, olenemata sellest, kas kasutatakse kuiva või märga söövitamist, on vaja kasutada fluori sisaldavaid gaase (nagu CF4, C2F4, C3F8, C4F8, CHF3, C5F8, CH2F2 jne) või HF söövituslahendusi. See valmib väga söövitavas keskkonnas, mis esitab söövitusreaktsioonikambrile ja proovihoidjale äärmiselt ranged nõuded. Lisaks kõrgele puhtusastmele peaks sellel olema ka suurepärane korrosioonikindlus, eriti kuival söövitamisprotsessil on suurem korrosioonikiirus. Kiire. Algusaegadel kasutas Jaapan söövitamise abivahenditena selliseid materjale nagu alumiiniumkeraamika, ütrium alumiiniumsing ja alumiiniumnitriidikeraamika, kuid nende materjalide valmistamisel kasutatud toorained olid piiratud puhtuse ja halva töödeldavusega ning keraamilistel materjalidel olid kristallterad, mis korrodeeriti ja kukkusid maha. See saastab pooljuhtkiibi räni vahvlit, vähendades seeläbi kiibi räniplaadi söövitamise saagikust. Eespool nimetatud probleemidele reageerimiseks on tootjad, nagu Jaapan ja Saksamaa, teinud ettepaneku kasutada kvartsmaterjale söövitusreaktsioonikambrite ja proovihoidikute valmistamiseks.

Kuid tavalised kvartsklaasist materjalid ja isegi tavalised kõrge puhtusastmega kvartsklaas ei ole pädevad. Kuna ühekomponentsed kõrge puhtusastmega kvartsklaasist materjalid, mis on valmistatud selliste protsessitehnoloogiate abil nagu elektrofusioon, gaasi sulatamine, pidev sulamine, CVD või PCVD, korrodeeritakse kiiresti ja hävitatakse tugevas söövitavas ja kõrge temperatuuri keskkonnas, nagu fluoripõhine gaas või HF-söövitav vedelik. Pooljuhtsöövituse rakendusnõudeid ei ole võimalik täita, seega tuleb integraallülituse söövitusprotsessis kasutada korrosioonikindlaid kvartsklaasi materjale ja tooteid.

Sellega seoses on sellised ettevõtted nagu Heraeus Saksamaalt ja Tosoh Quartz Jaapanist suhteliselt arenenud tehnoloogias ning neil on võime massiliselt toota korrosioonikindlat ja vastupidavat kvartsklaasi, mida on laialdaselt kasutatud pooljuhtide söövitamisel ja muudes protsessides. Japan Tosoh Quartz Co., Ltd. on uurinud kõrge puhtusastmega kvartspulbri ühekordset dopingut, mille aatomiprotsent on Al ja element M (sealhulgas rohkem kui üks element perioodilises tabelis Group 2A elemendid, Group 3A elemendid ja Group 4A elemendid). või koosdoping), et saada dopingu segu ja seejärel sulatada dopeeritud segu elektrofusiooni või gaasi sulatamise teel, et saada vastupidav kvartsklaas. Korrosiooni kestvuse põhimõte on see, et Al ja elemendi M fluoriidi keemistemperatuur või sublimatsioonitemperatuur SiF4 keemistemperatuur või sublimatsioonitemperatuur on kõrge, nii et lisatud elementide oksiidid või fluoriidid koonduvad kvartsklaasi pinnale fluoripõhise gaasi- ja plasmakeskkonnas söövitamise ajal, mis toimib kaitsekilena, parandades seeläbi kvartsklaasi korrosiooni. Vastupidavus.

Difusioon kuulub kõrge temperatuuriga väljale ja nõuab kõrge temperatuurikindlaid kvartsmaterjale

Pooljuhtide tööstuse valdkonnas on lisaks ühe kristalli räni tõmbamise ja söövitamise protsessile suure koguse kvartstooted kvartsahju torud ja kvartspaadid, mida kasutatakse kõrge temperatuuri protsessides, nagu difusioon, oksüdatsioon ja lõõmutamine.

Difusiooni peamine kasutusviis on dopingu pooljuhtvahvlid kõrgel temperatuuril, st elementide fosfor ja boori levitamine räniplaadile, muutes ja kontrollides seeläbi lisandite tüüpi, kontsentratsiooni ja jaotumist pooljuhis, et luua erinevate elektriliste omadustega piirkonnad. Kasutades erinevaid dopinguprotsesse, valmistatakse P-tüüpi pooljuht ja N-tüüpi pooljuht difusiooni kaudu samal pooljuht-räniplaadil. Pooljuhtide difusioon kuulub massitransporti kolme transpordinähtuse hulgas (massitransport, soojusülekanne ja impulsstransport) ning mõju on ilmne ainult kõrge temperatuuriga keskkonnas üle 850 °C; Difusiooni-, oksüdatsiooni- ja lõõmutusprotsessid vajavad spetsiaalseid kvartsmaterjale, mis säilitavad temperatuuri stabiilsuse kõrge temperatuuriga keskkonnas (>1150 °C).

Kokkuvõte

Lisaks ülaltoodud rakendustele saab põhimaterjali ja komponendina kvartstooteid kasutada kogu pooljuhtide töötlemise protsessis. Näiteks kasutatakse kvartstorusid pooljuhtide partiiahju töötlemisel kõrge puhtusastmega reaktsioonikambrite, gaasi- või vedeliku sisselaskeavadena või transpordiliinidena; kvartsvardaid saab kasutada paadikerede, vahvlikandjate ja susceptorite valmistamiseks; kvartsplaate saab kasutada partii töötlemise seadmete valmistamiseks Paadid, susceptors, vahvlid ja vahvlikandjad põllul. Monoliitsetes töötlemisseadmetes kasutatakse lehti akende, gaasijaotusplaatide, dušiplaatide, vahvlikandjate ja kandealuste valmistamiseks.