Kvartsprodukter - Halvledarindustrins älskling

Inom halvledare är litografimaskinen utan tvekan den mest iögonfallande. Dess betydelse för hela halvledarindustrin har hörts även av människor utanför branschen. Om man tittar på hela halvledarbearbetningsindustrin är den också oskiljaktig från stödet från viktiga material och komponenter. Till exempel spelar kvartsmaterial och deras produkter en extremt viktig roll i många aspekter av halvledarindustrin på grund av deras unika egenskaper.

Kvarts degel

Kvartsdeglar har fördelarna med hög renhet, stark temperaturbeständighet, stor storlek, hög precision och god värmebehandling. Speciellt i processen med kiselkristalltillväxt har kvartsdegeln blivit en oersättlig nyckelkomponent!

Det bör noteras att kvartsdeglar enligt olika beredningsprocesser och användningsområden är uppdelade i bågkvartsdeglar och kvartskeramiska deglar. Bågkvartsdegeln används huvudsakligen för Czochralski monokristallint kisel, som tillverkas med bågmetoden (det vill säga används i halvledarfältet). metod.

Monokristallint kisel är ett oumbärligt halvledarmaterial vid tillverkning av storskaliga integrerade kretsar. Med förbättringen av kretsintegrationen har ultrastorskalig integration utvecklats snabbt. För närvarande har den vanliga kiselskivan nått 300 mm, och 400 mm monokristallint kisel har också utvecklats framgångsrikt, och industrialiseringen är precis runt hörnet.

Som vi alla vet produceras stor diameter enkristallkisel (över 200 mm) i grunden med Czochralski (CZ) -metoden. Det tar mer tid och mer resurser att odla en så stor kiselkristall. Kristalltillväxtens framgångsgrad är mycket viktig. Under tillväxten av Czochralski kiselkristaller kan dislokationsfri enkristalltillväxt misslyckas av olika skäl, vilket resulterar i en stor förlust av resurser och tid. Det finns många orsaker till misslyckandet med tillväxten av dislokationsfria enkristallprodukter. Under de förhållanden som den nuvarande Czochralski kiselkristallugnen och dess termiska fältdesign är stabila och mogna, är renheten hos kvartsdegeln i direkt kontakt med kiselsmältan och dess tillväxthastighet mycket liten. Cristobalitpartiklar anses allmänt vara en av de främsta orsakerna till misslyckandet av tillväxten av dislokationsfria Czochralski-kristaller med stor diameter.

Med andra ord är kvaliteten på bågkvartsdegeln den viktigaste faktorn som påverkar kvaliteten på Czochralski monokristallint kisel. Därför har den kontinuerliga förbättringen av kvalitetskraven för enkristallkisel med stor diameter ställt högre krav på kvartsprodukter och relaterade material för halvledarmaterial, såsom kvartsandinspektion, kvartsandrening, inledande bågsmältningsinspektion, ytterväggsrengöring, skärhöjd, avfasning, rengöring, beläggning, torkning, slutbesiktning, förpackning, frakt etc.

Etsare hålighet, provhållare

Tillverkningen av integrerade kretschips är oskiljaktig från etsningsprocessen, och etsning är en av kärnteknikerna som bestämmer funktionsstorleken för integrerade kretsar. Etsningsprocessen avser överföringen av det fotoresistmikromönstret som exponeras av mönstret och på ytan av halvledarkiselskivan till det fotoresist underliggande filmmaterialet (vanligtvis SiO2, Si3N4 och det deponerade metallskiktet och andra filmer), det vill säga selektiv etsning. Den del av det fotoresist underliggande materialet som inte maskeras av fotoresisten etsas bort. För närvarande innefattar etsningsprocessen huvudsakligen våt etsning och torr etsning.

För etsning av kiselskivor med integrerad kretschip, oavsett om torr eller våt etsning används, är det nödvändigt att använda fluorhaltiga gaser (såsom CF4, C2F4, C3F8, C4F8, CHF3, C5F8, CH2F2, etc.) eller HF-etsningslösningar. Den är färdig i en mycket frätande miljö, vilket ställer extremt stränga krav på etsningsreaktionskammaren och provhållaren. Förutom hög renhet bör den också ha utmärkt korrosionsbeständighet, särskilt den torra etsningsprocessen har en högre korrosionshastighet. snabb. I de tidiga dagarna använde Japan material som aluminiumoxidkeramik, yttriumaluminiumgranat och aluminiumnitridkeramik som hjälpmaterial för etsning, men råvarorna som användes vid tillverkningen av dessa material var begränsade i renhet och dåliga i bearbetbarhet, och keramiska material hade kristallkorn, som korroderades och föll av. Det kommer att förorena halvledarchipets kiselskiva, vilket minskar utbytet av chipkiselskivans etsning. Som svar på ovanstående problem har tillverkare som Japan och Tyskland föreslagit att använda kvartsmaterial för att göra etsningsreaktionskammare och provhållare.

Vanliga kvartsglasmaterial och till och med vanligt kvartsglas med hög renhet är emellertid inte kompetenta. Eftersom enkomponent kvartsglasmaterial med hög renhet framställd av processteknik som elektrofusion, gassmältning, kontinuerlig smältning, CVD eller PCVD snabbt korroderas och förstörs i starka frätande och högtemperaturmiljöer som fluorbaserad gas eller HF-etsningsvätska. Tillämpningskraven för halvledaretsning kan inte uppfyllas, så de korrosionsbeständiga kvartsglasmaterialen och produkterna måste användas i den integrerade kretsetsningsprocessen.

I detta avseende är företag som Heraeus från Tyskland och Tosoh Quartz från Japan relativt avancerade inom teknik och har förmågan att massproducera korrosionsbeständigt och hållbart kvartsglas, vilket har använts i stor utsträckning vid halvledaretsning och andra processer. Japan Tosoh Quartz Co., Ltd. har studerat den enda dopningen av kvartspulver med hög renhet med en viss atomprocent av Al och element M (inklusive mer än ett element i det periodiska systemet Grupp 2A-element, Grupp 3A-element och Grupp 4A-element). eller samdopning) för att erhålla en dopad blandning och smälta sedan den dopade blandningen genom elektrofusion eller gassmältning för att erhålla hållbart kvartsglas. Principen om korrosionshållbarhet är att kokpunkten eller sublimeringstemperaturen för fluoriden av Al och element M Kokpunkten eller sublimeringstemperaturen för SiF4 är hög, så oxiderna eller fluoriderna av tillsatta element koncentreras på ytan av kvartsglas under etsning i fluorbaserad gas- och plasmamiljö, som fungerar som en skyddande film, därigenom förbättra korrosionen av kvartsglas. Hållbarhet.

Diffusion tillhör högtemperaturfältet och kräver högtemperaturbeständiga kvartsmaterial

Inom halvledarindustrin, förutom processen att dra enkristallkisel och etsning, är kvartsprodukterna med en stor mängd kvartsugnsrör och kvartsbåtar som används i högtemperaturprocesser såsom diffusion, oxidation och glödgning.

Huvudanvändningen av diffusion är dopning av halvledarskivor vid hög temperatur, det vill säga diffusion av elementen fosfor och bor i kiselskivan, varigenom man ändrar och kontrollerar typen, koncentrationen och fördelningen av föroreningar inom halvledaren för att etablera regioner med olika elektriska egenskaper. Med hjälp av olika dopningsprocesser tillverkas halvledaren av P-typ och halvledaren av N-typ på samma halvledarkiselskiva genom diffusion. Diffusion i halvledare hör till masstransporten mellan de tre transportfenomenen (masstransport, värmeöverföring och momentumtransport), och effekten är uppenbar endast i en högtemperaturmiljö över 850 ° C; Diffusions-, oxidations- och glödgningsprocesser kräver speciella kvartsmaterial som upprätthåller temperaturstabilitet i miljöer med hög temperatur (>1150 ° C).

sammanfattning

Förutom ovanstående applikationer, som ett nyckelmaterial och komponent, kan kvartsprodukter användas i hela processen med halvledarbearbetning. Exempelvis används kvartsrör i halvledarbatchugnsbearbetning som reaktionskammare med hög renhet, gas- eller vätskeinlopp eller transportledningar; kvartsstavar kan användas för att tillverka båtskrov, skivbärare och susceptorer; kvartsplattor kan användas för att tillverka batchbearbetningsutrustning Båtar, susceptorer, skivor och skivbärare i fältet. I monolitisk bearbetningsutrustning används ark för att göra fönster, gasfördelningsplattor, duschplattor, skivbärare och bärarbrickor.