SiC-keramik: Det uundværlige materiale til højpræcisionskomponenter i halvlederfremstilling

SiC besidder en unik kombination af ønskværdige egenskaber, herunder høj densitet, høj varmeledningsevne, høj bøjningsstyrke, høj elasticitetsmodul, stærk korrosionsbestandighed og fremragende højtemperaturstabilitet. Dens modstandsdygtighed over for bøjningsspændingsdeformation og termiske belastninger gør den usædvanlig velegnet til de barske, ætsende og ultrahøje temperaturmiljøer, der opstår i kritiske fremstillingsprocesser som waferepitaxi og ætsning. Som følge heraf har SiC fundet udbredte anvendelser i forskellige halvlederfremstillingsstadier, herunder slibning og polering, termisk behandling (glødning, oxidation, diffusion), litografi, aflejring, ætsning og ionimplantation.

1. Slibning og polering: SiC-slibeoptagere

Efter udskæring af ingots udviser wafers ofte skarpe kanter, grater, skår, mikrorevner og andre ufuldkommenheder. For at forhindre disse defekter i at kompromittere waferstyrke, overfladekvalitet og efterfølgende forarbejdningstrin, anvendes en slibeproces. Slibning udglatter waferens kanter, reducerer tykkelsesvariationer, forbedrer overfladeparalleliteten og fjerner skader forårsaget af udskæringsprocessen. Dobbeltsidet slibning ved hjælp af slibeplader er den mest almindelige metode, med løbende fremskridt inden for plademateriale, slibetryk og rotationshastighed, der konstant forbedrer waferkvaliteten.

Dobbeltsidet slibemekanisme

Traditionelt var slibeplader primært lavet af støbejern eller kulstofstål. Imidlertid lider disse materialer af korte levetider, høje termiske udvidelseskoefficienter og modtagelighed for slid og termisk deformation, især under højhastighedsslibning eller polering, hvilket gør det udfordrende at opnå ensartet waferfladhed og parallelitet. Fremkomsten af ​​SiC keramiske slibeplader, med deres exceptionelle hårdhed, lave slidhastighed og termiske ekspansionskoefficient, der nøje matcher silicium, har ført til den gradvise udskiftning af støbejern og kulstofstål. Disse egenskaber gør SiC-slibeplader særligt fordelagtige til højhastighedsslibe- og poleringsprocesser.

2. Termisk behandling: SiC Wafers bærere og reaktionskammerkomponenter

Termiske behandlingstrin som oxidation, diffusion, udglødning og legering er integreret i wafer-fremstilling. SiC keramiske komponenter er afgørende i disse processer, primært som wafer-bærere til transport mellem procestrin og som komponenter i reaktionskamrene i termisk behandlingsudstyr.

(1)Keramiske endeeffektorer (arme):

Under produktion af siliciumwafer er højtemperaturbehandling ofte påkrævet. Mekaniske arme udstyret med specialiserede endeeffektorer bruges almindeligvis til transport, håndtering og positionering af halvlederwafere. Disse arme skal fungere i renrumsmiljøer, ofte under vakuum, høje temperaturer og ætsende gasmiljøer, der kræver høj mekanisk styrke, korrosionsbestandighed, højtemperaturstabilitet, slidstyrke, hårdhed og elektrisk isolering. Selvom de er dyrere og udfordrende at fremstille, udkonkurrerer SiC keramiske arme alumina-alternativer ved at opfylde disse strenge krav.

Semicorex SiC Keramisk End Effector

(2) Reaktionskammerets komponenter:

Termisk behandlingsudstyr, såsom oxidationsovne (vandrette og vertikale) og Rapid Thermal Processing (RTP) systemer, fungerer ved forhøjede temperaturer, hvilket kræver højtydende materialer til deres interne komponenter. Sintret SiC-komponenter med høj renhed, med deres overlegne styrke, hårdhed, elasticitetsmodul, stivhed, termisk ledningsevne og lave termiske ekspansionskoefficient, er uundværlige for at konstruere reaktionskamrene i disse systemer. Nøglekomponenter omfatter lodrette både, piedestaler, foringsrør, indvendige rør og baffelplader.

Reaktionskammerkomponenter

3. Litografi: SiC-scener og keramiske spejle

Litografi, et kritisk trin i halvlederfremstilling, bruger et optisk system til at fokusere og projicere lys på waferoverfladen og overfører kredsløbsmønstre til efterfølgende ætsning. Præcisionen af ​​denne proces dikterer direkte ydeevnen og udbyttet af integrerede kredsløb. Som et af de mest sofistikerede stykker udstyr inden for spånfremstilling består en litografimaskine af hundredtusindvis af komponenter. For at garantere kredsløbets ydeevne og præcision stilles der strenge krav til nøjagtigheden af ​​både de optiske elementer og mekaniske komponenter i litografisystemet. SiC-keramik spiller en afgørende rolle på dette område, primært i wafer-scener og keramiske spejle.

Litografi systemarkitektur

(1)Wafer stadier:

Litografiske stadier er ansvarlige for at holde waferen og udføre præcise bevægelser under eksponeringen. Før hver eksponering skal waferen og scenen justeres med nanometerpræcision, efterfulgt af tilpasning mellem fotomasken og scenen for at sikre nøjagtig mønsteroverførsel. Dette kræver højhastigheds, jævn og meget præcis automatiseret styring af scenen med nøjagtighed på nanometerniveau. For at imødekomme disse krav bruger litografitrin ofte letvægts SiC-keramik med enestående dimensionsstabilitet, lave termiske udvidelseskoefficienter og modstandsdygtighed over for deformation. Dette minimerer inerti, reducerer motorbelastningen og forbedrer bevægelseseffektiviteten, positioneringsnøjagtigheden og stabiliteten.

(2)Keramiske spejle:

Synkroniseret bevægelseskontrol mellem wafer-stadiet og trådkorset er afgørende i litografi, hvilket direkte påvirker processens samlede nøjagtighed og udbytte. Scenespejle er integrerede komponenter i scenescannings- og positioneringsfeedback-målingssystemet. Dette system bruger interferometre til at udsende målestråler, der reflekterer fra scenespejlene. Ved at analysere de reflekterede stråler ved hjælp af Doppler-princippet, beregner systemet scenens positionsændringer i realtid, hvilket giver feedback til bevægelseskontrolsystemet for at sikre præcis synkronisering mellem wafer-stadiet og trådkorset. Mens letvægts SiC-keramik er velegnet til denne applikation, giver fremstilling af sådanne komplekse komponenter betydelige udfordringer. I øjeblikket bruger almindelige producenter af integreret kredsløbsudstyr primært glaskeramik eller cordierit til dette formål. Men med fremskridt inden for materialevidenskab og fremstillingsteknikker har forskere ved China Building Materials Academy med succes fremstillet store, kompleksformede, lette, fuldt lukkede SiC-keramiske spejle og andre strukturelt-funktionelle optiske komponenter til litografiapplikationer.

(3)Fotomaske tynde film:

Fotomasker, også kendt som sigtemiddel, bruges til selektivt at transmittere lys og skabe mønstre på lysfølsomme materialer. EUV-lysbestråling kan dog forårsage betydelig opvarmning af fotomasken, hvilket potentielt kan nå temperaturer mellem 600 og 1000 grader Celsius, hvilket fører til termisk skade. For at afbøde dette aflejres en tynd SiC-film ofte på fotomasken for at forbedre dens termiske stabilitet og forhindre nedbrydning.

4. Plasmaætsning og aflejring: Fokusringe og andre komponenter

Ved fremstilling af halvledere anvender ætsningsprocesser plasmaer genereret fra ioniserede gasser (f.eks. fluorholdige gasser) til selektivt at fjerne uønsket materiale fra waferoverfladen og efterlade de ønskede kredsløbsmønstre. Tyndfilmsaflejring involverer omvendt aflejring af isoleringsmaterialer mellem metallag for at danne dielektriske lag, svarende til en omvendt ætsningsproces. Begge processer anvender plasmateknologi, som kan være ætsende på kammerkomponenter. Derfor kræver disse komponenter fremragende plasmaresistens, lav reaktivitet med fluorholdige gasser og lav elektrisk ledningsevne.

Traditionelt blev komponenter i ætsnings- og aflejringsudstyr, såsom fokusringe, fremstillet ved hjælp af materialer som silicium eller kvarts. Imidlertid har den ubarmhjertige drift mod integreret kredsløb (IC) miniaturisering markant øget efterspørgslen efter og vigtigheden af ​​meget præcise ætsningsprocesser. Denne miniaturisering nødvendiggør brugen af ​​højenergiplasmaer til nøjagtig mikroskalaætsning for at opnå mindre funktionsstørrelser og stadig mere komplekse enhedsstrukturer.

Som svar på denne efterspørgsel er kemisk dampaflejring (CVD) siliciumcarbid (SiC) dukket op som det foretrukne materiale til belægninger og komponenter i ætsnings- og aflejringsudstyr. Dens overlegne fysiske og kemiske egenskaber, herunder høj renhed og ensartethed, gør den særdeles velegnet til denne krævende anvendelse. I øjeblikket omfatter CVD SiC-komponenter i ætseudstyr fokusringe, gasbrusehoveder, plader og kantringe. I deponeringsudstyr anvendes CVD SiC til kammerlåg, foringer og SiC-belagte grafitsusceptorer.

Fokusring og SiC-coated grafitsusceptor

Den lave reaktivitet af CVD SiC med klor- og fluorbaserede ætsende gasser, kombineret med dens lave elektriske ledningsevne, gør det til et ideelt materiale til komponenter som fokusringe i plasmaætsningsudstyr. En fokusring, placeret rundt om waferens periferi, er en kritisk komponent, der fokuserer plasmaet på waferens overflade ved at påføre en spænding på ringen, og derved forbedre behandlingens ensartethed.

Efterhånden som IC-miniaturiseringen skrider frem, fortsætter kraft- og energikravene til ætsningsplasmaer med at stige, især i kapacitivt koblet plasma (CCP) ætsningsudstyr. Som følge heraf stiger adoptionen af ​​SiC-baserede fokusringe hurtigt på grund af deres evne til at modstå disse stadig mere aggressive plasmamiljøer.**

Semicorex, som en erfaren producent og leverandør, leverer specialgrafit- og keramikmaterialer til halvleder- og fotovoltaisk industri. Hvis du har spørgsmål eller brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com