Kvarca izstrādājumi — pusvadītāju nozares mīlulis

Pusvadītāju jomā neapšaubāmi visvairāk uzkrītošā ir litogrāfijas iekārta. Tās nozīmi visai pusvadītāju nozarei ir dzirdējuši pat cilvēki ārpus nozares. Aplūkojot visu pusvadītāju apstrādes nozari, tā nav atdalāma arī no galveno materiālu un komponentu atbalsta. Piemēram, kvarca materiāliem un to izstrādājumiem ir ārkārtīgi svarīga loma daudzos pusvadītāju nozares aspektos to unikālo īpašību dēļ.

Kvarca tīģelis

Kvarca tīģeļiem ir augstas tīrības, spēcīgas temperatūras izturības, liela izmēra, augstas precizitātes un labas siltuma saglabāšanas priekšrocības. Īpaši silīcija kristālu augšanas procesā kvarca tīģelis ir kļuvis par neaizvietojamu galveno sastāvdaļu!

Jāņem vērā, ka atbilstoši dažādiem sagatavošanas procesiem un lietojumiem kvarca tīģeļus iedala loka kvarca tīģeļos un kvarca keramikas tīģeļos. Loka kvarca tīģeli galvenokārt izmanto Czochralski monokristāliskajam silīcijam, ko ražo ar loka metodi (tas ir, izmanto pusvadītāju laukā). metodi.

Monokristāliskais silīcijs ir neaizstājams pusvadītāju materiāls liela mēroga integrālo shēmu ražošanā. Uzlabojot ķēžu integrāciju, ir strauji attīstījusies īpaši liela mēroga integrācija. Pašlaik galvenā silīcija plāksne ir sasniegusi 300 mm, un ir veiksmīgi izstrādāts arī 400 mm monokristālisks silīcijs, un industrializācija ir tepat aiz stūra.

Kā mēs visi zinām, liela diametra monokristāla silīciju (virs 200 mm) pamatā ražo pēc Czochralski (CZ) metodes. Lai izaudzētu tik liela izmēra silīcija kristālu, nepieciešams vairāk laika un vairāk resursu. Kristālu augšanas panākumu līmenis ir ļoti svarīgs. Czochralski silīcija kristālu augšanas laikā monokristālu augšana bez dislokācijas var neizdoties dažādu iemeslu dēļ, izraisot lielu resursu un laika zudumu. Ir daudz iemeslu, kāpēc monokristālu izstrādājumu bez dislokācijas augšana neizdodas. Apstākļos, kad pašreizējā Czochralski silīcija monokristālu krāsns un tās termiskā lauka konstrukcija ir stabila un nobriedusi, kvarca tīģeļa tīrība tiešā saskarē ar silīcija kausējumu un tā augšanas ātrums ir ļoti mazs. Kristobalīta daļiņas parasti tiek uzskatītas par vienu no galvenajiem iemesliem liela diametra bezdislokācijas Czochralski kristālu augšanas neveiksmei.

Citiem vārdiem sakot, loka kvarca tīģeļa kvalitāte ir galvenais faktors, kas ietekmē Czochralski monokristāliskā silīcija kvalitāti. Tāpēc, nepārtraukti uzlabojot kvalitātes prasības liela diametra monokristāla silīcijam, ir izvirzītas augstākas prasības kvarca izstrādājumiem un saistītiem materiāliem pusvadītāju materiāliem, piemēram, kvarca smilšu pārbaudei, kvarca smilšu attīrīšanai, sākotnējai loka kausēšanas pārbaudei, ārējo sienu tīrīšanai, griešanas augstums, slīpēšana, tīrīšana, pārklāšana, žāvēšana, galīgā pārbaude, iepakošana, nosūtīšana utt.

Kodinātāja dobums, paraugu turētājs

Integrālo shēmu mikroshēmu ražošana nav atdalāma no kodināšanas procesa, un kodināšana ir viena no galvenajām tehnoloģijām, kas nosaka integrālo shēmu iezīmju lielumu. Kodināšanas process attiecas uz fotorezista mikroraksta pārnešanu, ko eksponē raksts un uz pusvadītāja silīcija plāksnītes virsmas, uz fotorezista plēves materiālu (parasti SiO2, Si3N4 un uzklāto metāla slāni un citām plēvēm), tas ir, selektīvo kodināšanu. . Fotorezista pamatmateriāla daļa, kas nav maskēta ar fotorezistu, ir iegravēta. Pašlaik kodināšanas process galvenokārt ietver mitro kodināšanu un sauso kodināšanu.

Integrēto shēmu mikroshēmu silīcija plātņu kodināšanai neatkarīgi no tā, vai tiek izmantota sausā vai mitrā kodināšana, ir jāizmanto fluoru saturošas gāzes (piemēram, CF4, C2F4, C3F8, C4F8, CHF3, C5F8, CH2F2 utt.) vai HF kodināšana. risinājumus. Tas ir pabeigts ļoti korozīvā vidē, kas izvirza ārkārtīgi stingras prasības kodināšanas reakcijas kamerai un paraugu turētājam. Papildus augstajai tīrības pakāpei tai vajadzētu būt arī izcilai izturībai pret koroziju, jo īpaši sausajam kodināšanas procesam ir augstāks korozijas ātrums. ātri. Pirmajos laikos Japāna kā palīgmateriālu kodināšanai izmantoja tādus materiālus kā alumīnija oksīda keramika, itrija alumīnija granāta un alumīnija nitrīda keramika, taču šo materiālu ražošanā izmantotajām izejvielām bija ierobežota tīrība un slikta apstrādājamība, un keramikas materiāliem bija kristāla graudi, kas bija sarūsējuši un nobira. Tas piesārņos pusvadītāju mikroshēmas silīcija plāksnīti, tādējādi samazinot mikroshēmas silīcija vafeles kodināšanas iznākumu. Reaģējot uz iepriekš minētajām problēmām, ražotāji, piemēram, Japāna un Vācija, ir ierosinājuši izmantot kvarca materiālus, lai izgatavotu kodināšanas reakcijas kameras un paraugu turētājus.

Tomēr parastie kvarca stikla materiāli un pat parasts augstas tīrības pakāpes kvarca stikls nav kompetenti. Tā kā vienkomponenta augstas tīrības kvarca stikla materiāli, kas sagatavoti ar tādām tehnoloģiskām tehnoloģijām kā elektrofūzija, gāzu kausēšana, nepārtraukta kausēšana, CVD vai PCVD, tiks ātri sarūsēti un iznīcināti spēcīgi kodīgās un augstas temperatūras vidēs, piemēram, gāzē uz fluora bāzes vai HF kodināšanā. šķidrums. Pusvadītāju kodināšanas pielietojuma prasības nevar izpildīt, tāpēc integrālās shēmas kodināšanas procesā ir jāizmanto korozijizturīgi kvarca stikla materiāli un izstrādājumi.

Šajā ziņā tādi uzņēmumi kā Heraeus no Vācijas un Tosoh Quartz no Japānas ir salīdzinoši attīstīti tehnoloģiju jomā, un tiem ir iespēja masveidā ražot korozijizturīgu un izturīgu kvarca stiklu, kas ir plaši izmantots pusvadītāju kodināšanā un citos procesos. Japan Tosoh Quartz Co., Ltd. ir pētījis augstas tīrības pakāpes kvarca pulvera vienreizēju dopingu ar noteiktu Al un elementa M atomu procentuālo daudzumu (ieskaitot vairāk nekā vienu elementu periodiskajā tabulā 2A grupas elementi, 3A grupas elementi un 4A grupas elementi ). vai līdzdopings), lai iegūtu leģētu maisījumu, un pēc tam leģēto maisījumu izkausē ar elektrofūziju vai gāzes kausēšanu, lai iegūtu izturīgu kvarca stiklu. Korozijas izturības princips ir tāds, ka Al un elementa M fluorīda viršanas temperatūra jeb sublimācijas temperatūra SiF4 viršanas temperatūra jeb sublimācijas temperatūra ir augsta, tāpēc pievienoto elementu oksīdi vai fluorīdi kodināšanas laikā koncentrējas uz kvarca stikla virsmas. fluora bāzes gāzes un plazmas vidē, kas darbojas kā aizsargplēve, tādējādi uzlabojot kvarca stikla koroziju. Izturība.

Difūzija pieder augstas temperatūras laukam, un tai ir nepieciešami augstas temperatūras izturīgi kvarca materiāli

Pusvadītāju rūpniecības jomā, izņemot monokristāla silīcija vilkšanas un kodināšanas procesu, kvarca izstrādājumi ar lielu daudzumu ir kvarca krāsns caurules un kvarca laivas, ko izmanto augstas temperatūras procesos, piemēram, difūzijā, oksidācijā un atkvēlināšanā.

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 grādi).

kopsavilkums

Papildus iepriekšminētajiem lietojumiem kā galveno materiālu un sastāvdaļu kvarca izstrādājumus var izmantot visā pusvadītāju apstrādes procesā. Piemēram, kvarca caurules tiek izmantotas pusvadītāju sērijveida krāsns apstrādē kā augstas tīrības pakāpes reakcijas kameras, gāzes vai šķidruma ieplūdes vai transportēšanas līnijas; kvarca stieņus var izmantot laivu korpusu, vafeļu nesēju un susceptoru izgatavošanai; kvarca plāksnes var izmantot, lai izgatavotu partijas apstrādes iekārtas Laivas, susceptors, vafeles un vafeļu nesēji uz lauka. Monolītās apstrādes iekārtās loksnes izmanto logu, gāzes sadales plātņu, dušas plātņu, vafeļu nesēju un nesēju paliktņu izgatavošanai.