Sản phẩm thạch anh - Niềm tin của ngành công nghiệp bán dẫn

Trong lĩnh vực chất bán dẫn, máy in thạch bản chắc chắn là bắt mắt nhất. Tầm quan trọng của nó đối với toàn bộ ngành công nghiệp bán dẫn đã được nghe thấy bởi những người ngoài ngành. Nhìn vào toàn bộ ngành công nghiệp gia công bán dẫn, cũng không thể tách rời sự hỗ trợ của các vật liệu và linh kiện quan trọng. Ví dụ, vật liệu thạch anh và các sản phẩm của chúng đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong nhiều khía cạnh của ngành công nghiệp bán dẫn do những đặc tính riêng biệt của chúng.

Thạch anh Crucible

Nồi nấu bằng thạch anh có ưu điểm là độ tinh khiết cao, chịu được nhiệt độ mạnh, kích thước lớn, độ chính xác cao, giữ nhiệt tốt. Đặc biệt trong quá trình sinh trưởng tinh thể silic, nồi nấu kim loại thạch anh đã trở thành một thành phần chủ yếu không thể thay thế!

Cần lưu ý rằng, theo các quy trình chuẩn bị và cách sử dụng khác nhau, nồi nấu bằng thạch anh được chia thành nồi thạch anh hồ quang và nồi nấu sứ thạch anh. Chén thạch anh hồ quang chủ yếu được sử dụng cho silicon đơn tinh thể Czochralski, được sản xuất theo phương pháp hồ quang (nghĩa là được sử dụng trong lĩnh vực bán dẫn). phương pháp.

Silicon đơn tinh thể là vật liệu bán dẫn không thể thiếu trong sản xuất vi mạch tích hợp quy mô lớn. Với sự cải tiến của tích hợp mạch, tích hợp quy mô cực lớn đã phát triển nhanh chóng. Hiện tại, tấm silicon chủ đạo đã đạt tới 300mm, và silicon đơn tinh thể 400mm cũng đã được phát triển thành công, và quá trình công nghiệp hóa chỉ mới bắt đầu.

Như chúng ta đã biết, silicon đơn tinh thể có đường kính lớn (trên 200mm) về cơ bản được sản xuất bằng phương pháp Czochralski (CZ). Cần nhiều thời gian hơn và nhiều nguồn lực hơn để phát triển một tinh thể silicon có kích thước lớn như vậy. Tỷ lệ phát triển tinh thể thành công là rất quan trọng. Trong quá trình phát triển của tinh thể silicon Czochralski, sự phát triển đơn tinh thể không bị lệch có thể bị thất bại do nhiều nguyên nhân khác nhau, dẫn đến mất nhiều tài nguyên và thời gian. Có nhiều lý do dẫn đến sự thất bại của sự phát triển của các sản phẩm đơn tinh thể không bị lệch. Trong các điều kiện mà lò nung đơn tinh thể silicon Czochralski hiện tại và thiết kế trường nhiệt của nó ổn định và trưởng thành, độ tinh khiết của chén thạch anh tiếp xúc trực tiếp với silicon nóng chảy và tốc độ phát triển của nó là rất nhỏ. Các hạt cristobalit thường được coi là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự thất bại trong sự phát triển của các tinh thể Czochralski không bị lệch đường kính lớn.

Nói cách khác, chất lượng của chén nung thạch anh hồ quang là yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng của silicon đơn tinh thể Czochralski. Do đó, việc cải tiến liên tục các yêu cầu chất lượng đối với silicon đơn tinh thể đường kính lớn đã đặt ra các yêu cầu cao hơn đối với các sản phẩm thạch anh và các vật liệu liên quan cho vật liệu bán dẫn, chẳng hạn như kiểm tra cát thạch anh, làm sạch cát thạch anh, kiểm tra nung chảy hồ quang ban đầu, làm sạch thành ngoài, Chiều cao cắt, Vát mép, làm sạch, sơn phủ, làm khô, kiểm tra lần cuối, đóng gói, vận chuyển, v.v.

Khoang khắc, giá đỡ mẫu

Việc sản xuất chip mạch tích hợp không thể tách rời quá trình ăn mòn, và quá trình ăn mòn là một trong những công nghệ cốt lõi quyết định kích thước tính năng của mạch tích hợp. Quá trình ăn mòn đề cập đến việc chuyển vi vật liệu phản quang được tiếp xúc bởi mẫu và trên bề mặt của tấm bán dẫn silicon sang vật liệu phim bên dưới có phản xạ quang (thường là SiO2, Si3N4 và lớp kim loại lắng đọng và các loại phim khác), nghĩa là ăn mòn có chọn lọc . Phần của vật liệu bên dưới photoresist không bị che bởi photoresist sẽ bị khắc đi. Hiện tại, quá trình khắc chủ yếu bao gồm khắc ướt và khắc khô.

Để khắc các tấm silicon chip tích hợp, dù sử dụng phương pháp khắc khô hay ướt, cần phải sử dụng khí có chứa flo (như CF4, C2F4, C3F8, C4F8, CHF3, C5F8, CH2F2, v.v.) hoặc phương pháp ăn mòn HF các giải pháp. Nó được hoàn thiện trong môi trường ăn mòn cao, đặt ra các yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt đối với buồng phản ứng ăn mòn và giá đỡ mẫu. Ngoài độ tinh khiết cao, nó cũng nên có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt quá trình ăn mòn khô có tốc độ ăn mòn cao hơn. nhanh. Trong thời kỳ đầu, Nhật Bản sử dụng các vật liệu như gốm sứ nhôm, granat nhôm yttrium và gốm nhôm nitride làm nguyên liệu phụ để khắc, nhưng nguyên liệu thô được sử dụng để sản xuất những vật liệu này có độ tinh khiết hạn chế và khả năng gia công kém, và vật liệu gốm có hạt tinh thể bị ăn mòn và rơi ra. Nó sẽ gây ô nhiễm wafer silicon chip bán dẫn, do đó làm giảm năng suất của quá trình khắc wafer silicon chip. Trước những vấn đề trên, các nhà sản xuất như Nhật Bản, Đức đã đề xuất sử dụng vật liệu thạch anh để chế tạo buồng phản ứng ăn mòn và ngăn chứa mẫu.

Tuy nhiên, vật liệu thủy tinh thạch anh thông thường và thậm chí cả thủy tinh thạch anh thông thường có độ tinh khiết cao đều không có thẩm quyền. Bởi vì vật liệu thủy tinh thạch anh một thành phần có độ tinh khiết cao được điều chế bằng các công nghệ quy trình như điện phân, nấu chảy khí, nấu chảy liên tục, CVD hoặc PCVD, sẽ nhanh chóng bị ăn mòn và phá hủy trong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao như khí gốc flo hoặc ăn mòn HF chất lỏng. Các yêu cầu ứng dụng của quá trình ăn mòn bán dẫn không thể đáp ứng được, vì vậy các vật liệu và sản phẩm thủy tinh thạch anh chống ăn mòn phải được sử dụng trong quá trình ăn mòn mạch tích hợp.

Về vấn đề này, các công ty như Heraeus từ Đức và Tosoh Quartz từ Nhật Bản có công nghệ tương đối tiên tiến và có khả năng sản xuất hàng loạt thủy tinh thạch anh bền và chống ăn mòn, được sử dụng rộng rãi trong quá trình khắc bán dẫn và các quy trình khác. Công ty TNHH thạch anh Tosoh Nhật Bản đã nghiên cứu pha tạp đơn bột thạch anh có độ tinh khiết cao với một tỷ lệ phần trăm nguyên tử nhất định của Al và nguyên tố M (bao gồm nhiều hơn một nguyên tố trong bảng tuần hoàn các nguyên tố nhóm 2A, nguyên tố nhóm 3A và nguyên tố nhóm 4A ). hoặc đồng pha tạp) để thu được hỗn hợp pha tạp, sau đó nấu chảy hỗn hợp pha tạp bằng phương pháp điện phân hoặc nấu chảy khí để thu được thủy tinh thạch anh bền. Nguyên tắc của độ bền ăn mòn là nhiệt độ sôi hoặc nhiệt độ thăng hoa của florua của Al và nguyên tố M Điểm sôi hoặc nhiệt độ thăng hoa của SiF4 cao, do đó các oxit hoặc florua của các nguyên tố thêm vào sẽ tập trung trên bề mặt của thủy tinh thạch anh trong quá trình ăn mòn. trong môi trường khí và plasma gốc flo có tác dụng như một lớp màng bảo vệ, do đó cải thiện khả năng ăn mòn của thủy tinh thạch anh. Độ bền.

Khuếch tán thuộc lĩnh vực nhiệt độ cao và yêu cầu vật liệu thạch anh chịu nhiệt độ cao

Trong lĩnh vực công nghiệp bán dẫn, ngoài quá trình kéo silic đơn tinh thể và ăn mòn, các sản phẩm thạch anh có số lượng lớn là ống lò thạch anh và thuyền thạch anh được sử dụng trong các quá trình nhiệt độ cao như khuếch tán, oxy hóa và ủ.

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 độ).

bản tóm tắt

Ngoài các ứng dụng trên, với tư cách là vật liệu và thành phần chính, các sản phẩm thạch anh có thể được sử dụng trong toàn bộ quá trình xử lý chất bán dẫn. Ví dụ, ống thạch anh được sử dụng trong xử lý lò nung bán dẫn làm buồng phản ứng có độ tinh khiết cao, đầu vào khí hoặc chất lỏng, hoặc đường vận chuyển; thanh thạch anh có thể được sử dụng để làm vỏ thuyền, tàu sân bay và dây treo; Các tấm thạch anh có thể được sử dụng để chế tạo thiết bị xử lý hàng loạt Thuyền, dây treo, bánh xốp và vật mang wafer tại hiện trường. Trong thiết bị xử lý nguyên khối, tấm được sử dụng để làm cửa sổ, tấm phân phối khí, tấm tắm, tấm mang wafer và khay mang.