Kwartsproducten - de lieveling van de halfgeleiderindustrie

Op het gebied van halfgeleiders is de lithografiemachine ongetwijfeld de meest in het oog springende. Het belang ervan voor de hele halfgeleiderindustrie is zelfs door mensen buiten de industrie gehoord. Kijkend naar de gehele halfgeleiderverwerkingsindustrie, is het ook onlosmakelijk verbonden met de ondersteuning van belangrijke materialen en componenten. Zo spelen kwartsmaterialen en hun producten een uiterst belangrijke rol in veel aspecten van de halfgeleiderindustrie vanwege hun unieke eigenschappen.

kwarts smeltkroes

Kwartskroezen hebben de voordelen van hoge zuiverheid, sterke temperatuurbestendigheid, groot formaat, hoge precisie en goed behoud van warmte. Vooral in het proces van siliciumkristalgroei is de kwartskroes een onvervangbaar belangrijk onderdeel geworden!

Opgemerkt moet worden dat, volgens verschillende bereidingsprocessen en toepassingen, kwartskroezen worden onderverdeeld in boogkwartskroezen en kwartskeramische kroezen. De boogkwartskroes wordt voornamelijk gebruikt voor monokristallijn silicium van Czochralski, dat wordt vervaardigd door de boogmethode (dat wil zeggen, gebruikt in het halfgeleiderveld). methode.

Monokristallijn silicium is een onmisbaar halfgeleidermateriaal bij de vervaardiging van grootschalige geïntegreerde schakelingen. Met de verbetering van circuitintegratie heeft integratie op ultragrote schaal zich snel ontwikkeld. Op dit moment heeft de reguliere siliciumwafel 300 mm bereikt, en 400 mm monokristallijn silicium is ook met succes ontwikkeld en de industrialisatie staat voor de deur.

Zoals we allemaal weten, wordt monokristallijn silicium met een grote diameter (meer dan 200 mm) in principe geproduceerd door de Czochralski (CZ) -methode. Het kost meer tijd en meer middelen om zo'n groot siliciumkristal te laten groeien. Het succespercentage van de kristalgroei is erg belangrijk. Tijdens de groei van Czochralski-siliciumkristallen kan dislocatievrije eenkristalgroei om verschillende redenen mislukken, wat resulteert in een groot verlies aan middelen en tijd. Er zijn veel redenen voor het mislukken van de groei van dislocatievrije eenkristalproducten. Onder de omstandigheden dat de huidige eenkristaloven van Czochralski en het ontwerp van het thermische veld stabiel en volwassen zijn, is de zuiverheid van de kwartskroes in direct contact met de siliciumsmelt en de groeisnelheid erg klein. Cristobalietdeeltjes worden algemeen beschouwd als een van de belangrijkste redenen voor het mislukken van de groei van dislocatievrije Czochralski-kristallen met grote diameter.

Met andere woorden, de kwaliteit van de boogkwartskroes is de belangrijkste factor die de kwaliteit van Czochralski monokristallijn silicium beïnvloedt. Daarom heeft de voortdurende verbetering van de kwaliteitseisen voor monokristallijn silicium met grote diameter hogere eisen gesteld aan kwartsproducten en aanverwante materialen voor halfgeleidermaterialen, zoals kwartszandinspectie, kwartszandzuivering, initiële boogsmeltinspectie, buitenmuurreiniging, maaihoogte, afkanten, reinigen, coaten, drogen, eindcontrole, verpakken, verzenden, etc.

Etsholte, monsterhouder

De productie van chips met geïntegreerde schakelingen is onlosmakelijk verbonden met het etsproces en etsen is een van de kerntechnologieën die de grootte van geïntegreerde schakelingen bepalen. Het etsproces verwijst naar de overdracht van het fotoresist-micropatroon dat door het patroon en op het oppervlak van de halfgeleidersiliciumwafel wordt blootgesteld aan het onderliggende filmmateriaal van de fotoresist (meestal SiO2, Si3N4 en de afgezette metaallaag en andere films), dat wil zeggen selectief etsen . Het gedeelte van het onderliggende fotoresistmateriaal dat niet wordt gemaskeerd door de fotoresist wordt weggeëtst. Momenteel omvat het etsproces voornamelijk nat etsen en droog etsen.

Voor het etsen van siliciumwafels met geïntegreerde schakelingen, of droog of nat etsen wordt gebruikt, is het noodzakelijk om fluorbevattende gassen te gebruiken (zoals CF4, C2F4, C3F8, C4F8, CHF3, C5F8, CH2F2 enz.) of HF-etsen oplossingen. Het wordt voltooid in een zeer corrosieve omgeving, die extreem hoge eisen stelt aan de etsreactiekamer en monsterhouder. Naast een hoge zuiverheid moet het ook een uitstekende corrosieweerstand hebben, vooral het droge etsproces heeft een hogere corrosiesnelheid. snel. Vroeger gebruikte Japan materialen zoals aluminiumoxidekeramiek, yttriumaluminium-granaat en aluminiumnitride-keramiek als hulpmaterialen voor het etsen, maar de grondstoffen die werden gebruikt bij de vervaardiging van deze materialen waren beperkt in zuiverheid en slecht bewerkbaar, en keramische materialen hadden kristalkorrels, die verroest waren en eraf vielen. Het zal de siliciumwafel van de halfgeleiderchip vervuilen, waardoor de opbrengst van het etsen van de chipsiliciumwafel wordt verminderd. Als reactie op de bovenstaande problemen hebben fabrikanten zoals Japan en Duitsland voorgesteld om kwartsmaterialen te gebruiken om etsreactiekamers en monsterhouders te maken.

Gewone materialen van kwartsglas en zelfs gewoon kwartsglas van hoge zuiverheid zijn echter niet competent. Omdat ééncomponent-kwartsglasmaterialen van hoge zuiverheid, bereid door procestechnologieën zoals elektrofusie, gassmelten, continu smelten, CVD of PCVD, snel zullen worden gecorrodeerd en vernietigd in sterk corrosieve en hoge temperatuuromgevingen zoals op fluor gebaseerd gas of HF-etsen vloeistof. Er kan niet worden voldaan aan de toepassingsvereisten van het etsen van halfgeleiders, dus de corrosiebestendige materialen en producten van kwartsglas moeten worden gebruikt in het etsproces met geïntegreerde schakelingen.

In dit opzicht zijn bedrijven zoals Heraeus uit Duitsland en Tosoh Quartz uit Japan relatief geavanceerd in technologie en hebben ze het vermogen om corrosiebestendig en duurzaam kwartsglas in massa te produceren, dat op grote schaal wordt gebruikt bij het etsen van halfgeleiders en andere processen. Japan Tosoh Quartz Co., Ltd. heeft de enkelvoudige dotering van zeer zuiver kwartspoeder met een bepaald atoompercentage van Al en element M (inclusief meer dan één element in het periodiek systeem Groep 2A-elementen, Groep 3A-elementen en Groep 4A-elementen) bestudeerd. ). of co-doping) om een ​​gedoteerd mengsel te verkrijgen, en smelt vervolgens het gedoteerde mengsel door elektrofusie of gassmelten om duurzaam kwartsglas te verkrijgen. Het principe van corrosieduurzaamheid is dat het kookpunt of de sublimatietemperatuur van het fluoride van Al en element M. Het kookpunt of de sublimatietemperatuur van SiF4 is hoog, dus de oxiden of fluoriden van toegevoegde elementen concentreren zich tijdens het etsen op het oppervlak van kwartsglas in een op fluor gebaseerde gas- en plasmaomgeving, die als een beschermende film fungeert, waardoor de corrosie van kwartsglas wordt verbeterd. Duurzaamheid.

Diffusie behoort tot het hoge temperatuurveld en vereist hittebestendige kwartsmaterialen;

Op het gebied van de halfgeleiderindustrie, naast het proces van het trekken van monokristallijn silicium en etsen, zijn de kwartsproducten met een grote hoeveelheid kwartsovenbuizen en kwartsboten die worden gebruikt in processen bij hoge temperaturen zoals diffusie, oxidatie en gloeien.

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 graden).

overzicht

Naast de bovengenoemde toepassingen kunnen kwartsproducten als belangrijk materiaal en onderdeel worden gebruikt in het hele proces van halfgeleiderverwerking. Kwartsbuizen worden bijvoorbeeld gebruikt in de verwerking van halfgeleiderbatchovens als zeer zuivere reactiekamers, gas- of vloeistofinlaten of transportleidingen; kwartsstaven kunnen worden gebruikt om bootrompen, wafeldragers en susceptors te maken; kwartsplaten kunnen worden gebruikt om batchverwerkingsapparatuur te maken Boten, susceptors, wafels en wafeldragers in het veld. In monolithische verwerkingsapparatuur worden platen gebruikt om ramen, gasverdeelplaten, doucheplaten, wafeldragers en draagbakken te maken.