Productes de quars: el favorit de la indústria dels semiconductors

En el camp dels semiconductors, la màquina de litografia és sens dubte la que més crida l'atenció. La seva importància per a tota la indústria dels semiconductors ha estat escoltada fins i tot per persones alienes a la indústria. Tenint en compte tota la indústria de processament de semiconductors, també és inseparable del suport de materials i components clau. Per exemple, els materials de quars i els seus productes tenen un paper extremadament important en molts aspectes de la indústria dels semiconductors a causa de les seves característiques úniques.

Gresol de quars

Els gresols de quars tenen els avantatges d'una gran puresa, una forta resistència a la temperatura, una gran mida, una alta precisió i una bona conservació de la calor. Especialment en el procés de creixement del cristall de silici, el gresol de quars s'ha convertit en un component clau insubstituïble!

Cal tenir en compte que, segons els diferents processos de preparació i usos, els gresols de quars es divideixen en gresols de quars d'arc i gresols de ceràmica de quars. El gresol de quars d'arc s'utilitza principalment per al silici monocristal·lí Czochralski, que es fabrica pel mètode d'arc (és a dir, utilitzat en el camp dels semiconductors). mètode.

El silici monocristal·lí és un material semiconductor indispensable en la fabricació de circuits integrats a gran escala. Amb la millora de la integració de circuits, la integració a gran escala s'ha desenvolupat ràpidament. Actualment, la hòstia de silici convencional ha arribat als 300 mm, i el silici monocristal·lí de 400 mm també s'ha desenvolupat amb èxit, i la industrialització és a la volta de la cantonada.

Com tots sabem, el silici monocristal de gran diàmetre (per sobre de 200 mm) es produeix bàsicament pel mètode Czochralski (CZ). Es necessita més temps i més recursos per fer créixer un cristall de silici de mida tan gran. La taxa d'èxit de creixement del cristall és molt important. Durant el creixement dels cristalls de silici Czochralski, el creixement d'un cristall únic sense dislocacions pot fallar per diverses raons, donant lloc a una gran pèrdua de recursos i temps. Hi ha moltes raons per al fracàs del creixement de productes de cristall únic sense luxacions. En les condicions que l'actual forn de cristall monocristal de silici Czochralski i el seu disseny de camp tèrmic són estables i madurs, la puresa del gresol de quars en contacte directe amb el silici fos i la seva taxa de creixement són molt petites. Les partícules de Cristobalita es consideren generalment una de les principals raons del fracàs del creixement de cristalls de Czochralski de gran diàmetre sense dislocacions.

En altres paraules, la qualitat del gresol de quars d'arc és el principal factor que afecta la qualitat del silici monocristal·lí Czochralski. Per tant, la millora contínua dels requisits de qualitat del silici monocristal de gran diàmetre ha plantejat requisits més elevats per als productes de quars i materials relacionats per als materials semiconductors, com ara la inspecció de sorra de quars, la purificació de sorra de quars, la inspecció inicial de fusió d'arc, la neteja de parets exteriors, alçada de tall, xamfranat, neteja, recobriment, assecat, inspecció final, embalatge, enviament, etc.

Cavitat del gravador, porta mostres

La fabricació de xips de circuits integrats és inseparable del procés de gravat, i el gravat és una de les tecnologies bàsiques que determinen la mida de les característiques dels circuits integrats. El procés de gravat es refereix a la transferència del micropatró fotoresistent exposat pel patró i a la superfície de l'hòstia de silici semiconductor al material de la pel·lícula fotoresistent subjacent (generalment SiO2, Si3N4 i la capa metàl·lica dipositada i altres pel·lícules), és a dir, gravat selectiu. . La part del material subjacent del fotoresistent que no està emmascarat pel fotoresistent es grava. Actualment, el procés de gravat inclou principalment gravat humit i gravat en sec.

Per al gravat d'hòsties de silici amb xips de circuit integrat, tant si s'utilitza gravat sec com humit, cal utilitzar gasos que contenen fluor (com CF4, C2F4, C3F8, C4F8, CHF3, C5F8, CH2F2, etc.) o HF. solucions. Es completa en un entorn altament corrosiu, que planteja requisits extremadament estrictes per a la cambra de reacció de gravat i el suport de mostres. A més de l'alta puresa, també hauria de tenir una excel·lent resistència a la corrosió, especialment el procés de gravat en sec té una taxa de corrosió més alta. ràpid. En els primers temps, el Japó utilitzava materials com la ceràmica d'alúmina, el granat d'itri d'alumini i la ceràmica de nitrur d'alumini com a materials auxiliars per a l'aiguafort, però les matèries primeres utilitzades en la fabricació d'aquests materials eren limitades en puresa i pobra maquinabilitat, i els materials ceràmics tenien grans de cristall, que es van corroir i van caure. Contaminarà l'hòstia de silici amb xip de semiconductor, reduint així el rendiment del gravat de l'hòstia de silici amb xip. En resposta als problemes anteriors, fabricants com el Japó i Alemanya han proposat utilitzar materials de quars per fer cambres de reacció de gravat i porta mostres.

Tanmateix, els materials de vidre de quars ordinaris i fins i tot el vidre de quars d'alta puresa no són competents. Com que els materials de vidre de quars d'alta puresa d'un sol component preparats per tecnologies de procés com ara l'electrofusió, la fosa de gas, la fusió contínua, CVD o PCVD, es corroiran i es destruiran ràpidament en entorns corrosius i d'alta temperatura, com ara el gravat amb gas fluor o HF. líquid. Els requisits d'aplicació del gravat de semiconductors no es poden complir, de manera que els materials i productes de vidre de quars resistents a la corrosió s'han d'utilitzar en el procés de gravat del circuit integrat.

En aquest sentit, empreses com Heraeus d'Alemanya i Tosoh Quartz del Japó són relativament avançades en tecnologia i tenen la capacitat de produir en massa vidre de quars durador i resistent a la corrosió, que s'ha utilitzat àmpliament en el gravat de semiconductors i altres processos. Japan Tosoh Quartz Co., Ltd. ha estudiat el dopatge únic de pols de quars d'alta puresa amb un cert percentatge atòmic d'Al i element M (incloent més d'un element de la taula periòdica elements del grup 2A, elements del grup 3A i elements del grup 4A). ). o codopatge) per obtenir una mescla dopada, i després fondre la mescla dopada per electrofusió o fosa de gas per obtenir un vidre de quars durador. El principi de durabilitat a la corrosió és que el punt d'ebullició o la temperatura de sublimació del fluorur d'Al i l'element M El punt d'ebullició o la temperatura de sublimació de SiF4 és alt, de manera que els òxids o fluorurs dels elements afegits es concentren a la superfície del vidre de quars durant el gravat. en ambients de gas i plasma a base de fluor, que actua com a pel·lícula protectora, millorant així la corrosió del vidre de quars. Durabilitat.

La difusió pertany al camp d'alta temperatura i requereix materials de quars resistents a altes temperatures

En el camp de la indústria dels semiconductors, a part del procés d'extracció de silici monocristal i gravat, els productes de quars amb una gran quantitat són tubs de forn de quars i vaixells de quars utilitzats en processos d'alta temperatura com ara difusió, oxidació i recuit.

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 graus).

resum

A més de les aplicacions anteriors, com a material i component clau, els productes de quars es poden utilitzar en tot el procés de processament de semiconductors. Per exemple, els tubs de quars s'utilitzen en el processament de forns per lots de semiconductors com a cambres de reacció d'alta puresa, entrades de gas o líquid o línies de transport; Les varetes de quars es poden utilitzar per fer cascos d'embarcacions, suports d'hòsties i susceptors; Les plaques de quars es poden utilitzar per fabricar equips de processament per lots, vaixells, susceptors, hòsties i suports d'hòsties al camp. En equips de processament monolítics, les làmines s'utilitzen per fer finestres, plaques de distribució de gas, plats de dutxa, suports d'hòsties i safates de transport.