Produkty z kremeňa – miláčik polovodičového priemyslu

V oblasti polovodičov je nepochybne najpútavejší litografický stroj. Jeho dôležitosť pre celý polovodičový priemysel počuli aj ľudia mimo tohto odvetvia. Pri pohľade na celý priemysel spracovania polovodičov je tiež neoddeliteľná od podpory kľúčových materiálov a komponentov. Napríklad kremenné materiály a ich produkty hrajú mimoriadne dôležitú úlohu v mnohých aspektoch polovodičového priemyslu vďaka svojim jedinečným vlastnostiam.

Kremenný téglik

Kremenné tégliky majú výhody vysokej čistoty, silnej teplotnej odolnosti, veľkej veľkosti, vysokej presnosti a dobrej tepelnej ochrany. Najmä v procese rastu kryštálov kremíka sa kremenný téglik stal nenahraditeľnou kľúčovou súčasťou!

Treba poznamenať, že podľa rôznych procesov prípravy a použitia sa kremenné tégliky delia na oblúkové kremenné tégliky a kremenné keramické tégliky. Oblúkový kremenný téglik sa používa hlavne na Czochralského monokryštalický kremík, ktorý sa vyrába oblúkovou metódou (t. j. používa sa v oblasti polovodičov). metóda.

Monokryštalický kremík je nenahraditeľným polovodičovým materiálom pri výrobe rozsiahlych integrovaných obvodov. So zlepšením integrácie obvodov sa rýchlo rozvinula veľmi rozsiahla integrácia. V súčasnosti dosiahol hlavný prúd kremíkovej doštičky 300 mm a úspešne bol vyvinutý aj 400 mm monokryštalický kremík a industrializácia je hneď za rohom.

Ako všetci vieme, monokryštálový kremík s veľkým priemerom (nad 200 mm) sa v podstate vyrába Czochralského (CZ) metódou. Pestovanie takého veľkého kremíkového kryštálu si vyžaduje viac času a viac zdrojov. Úspešnosť rastu kryštálov je veľmi dôležitá. Počas rastu Czochralského kremíkových kryštálov môže rast monokryštálov bez dislokácie z rôznych dôvodov zlyhať, čo vedie k veľkej strate zdrojov a času. Existuje mnoho dôvodov pre zlyhanie rastu monokryštálových produktov bez dislokácií. Za podmienok, že súčasná Czochralského kremíková monokryštálová pec a jej konštrukcia tepelného poľa sú stabilné a zrelé, čistota kremenného téglika v priamom kontakte s kremíkovou taveninou a rýchlosť jej rastu sú veľmi malé. Častice kristobalitu sa vo všeobecnosti považujú za jednu z hlavných príčin zlyhania rastu Czochralského kryštálov bez dislokácií s veľkým priemerom.

Inými slovami, kvalita oblúkového kremenného téglika je hlavným faktorom ovplyvňujúcim kvalitu Czochralského monokryštalického kremíka. Preto neustále zlepšovanie požiadaviek na kvalitu pre monokryštálový kremík s veľkým priemerom predložilo vyššie požiadavky na kremenné produkty a súvisiace materiály pre polovodičové materiály, ako je kontrola kremenného piesku, čistenie kremičitého piesku, počiatočná kontrola tavenia oblúka, čistenie vonkajších stien, výška rezu, zrážanie hrán, čistenie, lakovanie, sušenie, konečná kontrola, balenie, preprava atď.

Leptacia dutina, držiak vzorky

Výroba čipov integrovaných obvodov je neoddeliteľná od procesu leptania a leptanie je jednou zo základných technológií, ktoré určujú veľkosť integrovaných obvodov. Proces leptania sa týka prenosu mikrovzorca fotorezistu exponovaného vzorom a na povrchu polovodičovej kremíkovej doštičky na podkladový filmový materiál fotorezistu (zvyčajne SiO2, Si3N4 a nanesená kovová vrstva a iné filmy), to znamená selektívne leptanie. . Časť podkladového materiálu fotorezistu, ktorá nie je maskovaná fotorezistom, sa odleptá. V súčasnosti proces leptania zahŕňa najmä mokré leptanie a suché leptanie.

Na leptanie kremíkových doštičiek čipov integrovaných obvodov, či už sa používa suché alebo mokré leptanie, je potrebné použiť plyny s obsahom fluóru (ako CF4, C2F4, C3F8, C4F8, CHF3, C5F8, CH2F2 atď.) alebo HF leptanie riešenia. Dokončuje sa vo vysoko korozívnom prostredí, ktoré kladie mimoriadne prísne požiadavky na leptaciu reakčnú komoru a držiak vzorky. Okrem vysokej čistoty by mal mať aj vynikajúcu odolnosť proti korózii, najmä proces suchého leptania má vyššiu rýchlosť korózie. rýchle. V začiatkoch Japonsko ako pomocné materiály na leptanie používalo materiály ako keramika z oxidu hlinitého, ytriový hliníkový granát a nitrid hliníka, ale suroviny používané pri výrobe týchto materiálov boli obmedzené čo do čistoty a zle opracovateľné a keramické materiály mali kryštálové zrná, ktoré boli skorodované a odpadli. Znečistí kremíkový plátok polovodičového čipu, čím sa zníži výťažnosť leptania kremíkového plátku čipu. V reakcii na vyššie uvedené problémy výrobcovia ako Japonsko a Nemecko navrhli použiť kremenné materiály na výrobu leptacích reakčných komôr a držiakov vzoriek.

Bežné materiály z kremenného skla a dokonca ani bežné kremenné sklo vysokej čistoty však nie sú kompetentné. Pretože jednozložkové vysoko čisté materiály z kremenného skla pripravené procesnými technológiami, ako je elektrofúzia, plynové tavenie, kontinuálne tavenie, CVD alebo PCVD, budú rýchlo korodované a zničené v silne korozívnych a vysokoteplotných prostrediach, ako je plyn na báze fluóru alebo HF leptanie kvapalina. Aplikačné požiadavky na leptanie polovodičov nemožno splniť, takže materiály a výrobky z kremenného skla odolné voči korózii sa musia použiť v procese leptania integrovaného obvodu.

V tomto ohľade sú spoločnosti ako Heraeus z Nemecka a Tosoh Quartz z Japonska pomerne pokročilé v technológii a majú schopnosť hromadne vyrábať odolné a odolné kremenné sklo odolné voči korózii, ktoré sa široko používa pri leptaní polovodičov a iných procesoch. Japan Tosoh Quartz Co., Ltd. študovala jednoduché dopovanie vysoko čistého kremenného prášku s určitým atómovým percentom Al a prvkom M (vrátane viac ako jedného prvku v periodickej tabuľke prvkov skupiny 2A, prvkov skupiny 3A a prvkov skupiny 4A ). alebo ko-dopovanie), aby sa získala dopovaná zmes, a potom sa dotovaná zmes roztavila elektrofúziou alebo tavením plynom, aby sa získalo odolné kremenné sklo. Princíp koróznej odolnosti spočíva v tom, že teplota varu alebo sublimačná teplota fluoridu Al a prvku M Teplota varu alebo sublimačná teplota SiF4 je vysoká, takže oxidy alebo fluoridy pridaných prvkov sa pri leptaní koncentrujú na povrchu kremenného skla. v plynnom a plazmovom prostredí na báze fluóru, ktorý pôsobí ako ochranný film, čím zlepšuje koróziu kremenného skla. Trvanlivosť.

Difúzia patrí do oblasti vysokých teplôt a vyžaduje kremenné materiály odolné voči vysokej teplote

V oblasti polovodičového priemyslu, okrem procesu ťahania monokryštálového kremíka a leptania, sú kremenné produkty s veľkým množstvom kremenných pecí a kremenných člnov používaných pri vysokoteplotných procesoch, ako je difúzia, oxidácia a žíhanie.

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 stupňov).

zhrnutie

Okrem vyššie uvedených aplikácií, ako kľúčový materiál a komponent, môžu byť kremenné produkty použité v celom procese spracovania polovodičov. Napríklad kremenné rúrky sa používajú pri spracovaní polovodičových vsádzkových pecí ako vysoko čisté reakčné komory, prívody plynu alebo kvapaliny alebo dopravné linky; kremenné tyče možno použiť na výrobu trupov lodí, nosičov plátkov a susceptorov; kremenné platne možno použiť na výrobu zariadení na dávkové spracovanie Člny, susceptory, doštičky a nosiče doštičiek v teréne. V zariadeniach na spracovanie monolitov sa dosky používajú na výrobu okien, dosiek na rozvod plynu, sprchových dosiek, nosičov oblátok a podnosov.