SiC-keramikk: Det uunnværlige materialet for høypresisjonskomponenter i halvlederproduksjon

SiC har en unik kombinasjon av ønskelige egenskaper, inkludert høy tetthet, høy varmeledningsevne, høy bøyestyrke, høy elastisitetsmodul, sterk korrosjonsbestandighet og utmerket høytemperaturstabilitet. Dens motstand mot bøyespenningsdeformasjon og termisk belastning gjør den eksepsjonelt godt egnet for de tøffe, korrosive og ultrahøye temperaturmiljøene som oppstår i kritiske produksjonsprosesser som waferepitaksi og etsing. Følgelig har SiC funnet utbredt bruk i ulike halvlederproduksjonsstadier, inkludert sliping og polering, termisk prosessering (gløding, oksidasjon, diffusjon), litografi, avsetning, etsing og ioneimplantasjon.

1. Sliping og polering: SiC slipemottakere

Etter kutting av blokker viser wafere ofte skarpe kanter, grader, flis, mikrosprekker og andre ufullkommenheter. For å forhindre at disse defektene kompromitterer waferstyrken, overflatekvaliteten og påfølgende prosesstrinn, benyttes en slipeprosess. Sliping jevner ut waferkantene, reduserer tykkelsesvariasjoner, forbedrer overflateparallelliteten og fjerner skader forårsaket av skjæreprosessen. Dobbeltsidig sliping ved bruk av slipeplater er den vanligste metoden, med pågående fremskritt innen platemateriale, slipetrykk og rotasjonshastighet som stadig forbedrer waferkvaliteten.

Dobbeltsidig slipemekanisme

Tradisjonelt ble slipeplater primært laget av støpejern eller karbonstål. Imidlertid lider disse materialene av kort levetid, høye termiske ekspansjonskoeffisienter og følsomhet for slitasje og termisk deformasjon, spesielt under høyhastighetssliping eller polering, noe som gjør det utfordrende å oppnå jevn flathet og parallellitet av skiver. Fremkomsten av SiC keramiske slipeplater, med deres eksepsjonelle hardhet, lave slitasjehastighet og termiske ekspansjonskoeffisient som samsvarer tett med silisium, har ført til gradvis utskifting av støpejern og karbonstål. Disse egenskapene gjør SiC-slipeplater spesielt fordelaktige for høyhastighetsslipe- og poleringsprosesser.

2. Termisk prosessering: SiC Wafers bærere og reaksjonskammerkomponenter

Termiske prosesstrinn som oksidasjon, diffusjon, gløding og legering er integrert i wafer-fremstilling. SiC keramiske komponenter er avgjørende i disse prosessene, først og fremst som wafer-bærere for transport mellom prosesstrinn og som komponenter i reaksjonskamrene til termisk prosessutstyr.

(1)Keramiske endeeffektorer (armer):

Under produksjon av silisiumplater kreves det ofte høytemperaturbehandling. Mekaniske armer utstyrt med spesialiserte endeeffektorer brukes ofte til transport, håndtering og posisjonering av halvlederskiver. Disse armene må fungere i renromsmiljøer, ofte under vakuum, høye temperaturer og korrosive gassomgivelser, og krever høy mekanisk styrke, korrosjonsbestandighet, høytemperaturstabilitet, slitestyrke, hardhet og elektrisk isolasjon. Selv om de er dyrere og utfordrende å produsere, utkonkurrerer SiC-keramiske armer alumina-alternativer når de oppfyller disse strenge kravene.

Semicorex SiC keramisk endeeffektor

(2) Reaksjonskammerkomponenter:

Termisk prosesseringsutstyr, som oksidasjonsovner (horisontale og vertikale) og Rapid Thermal Processing (RTP)-systemer, opererer ved høye temperaturer, noe som krever høyytelsesmaterialer for deres interne komponenter. Sintrede SiC-komponenter med høy renhet, med sin overlegne styrke, hardhet, elastisitetsmodul, stivhet, termisk ledningsevne og lav termisk ekspansjonskoeffisient, er uunnværlige for å konstruere reaksjonskamrene til disse systemene. Nøkkelkomponenter inkluderer vertikale båter, pidestaller, foringsrør, innerrør og ledeplater.

Reaksjonskammerkomponenter

3. Litografi: SiC-scener og keramiske speil

Litografi, et kritisk trinn i halvlederproduksjon, bruker et optisk system for å fokusere og projisere lys på waferoverflaten, og overfører kretsmønstre for påfølgende etsing. Presisjonen til denne prosessen dikterer direkte ytelsen og utbyttet til integrerte kretser. Som en av de mest sofistikerte delene av utstyret innen brikkeproduksjon, består en litografimaskin av hundretusenvis av komponenter. For å garantere kretsytelse og presisjon stilles det strenge krav til nøyaktigheten til både de optiske elementene og mekaniske komponentene i litografisystemet. SiC-keramikk spiller en viktig rolle i dette området, først og fremst i wafer-scener og keramiske speil.

Litografi systemarkitektur

(1)Wafer-stadier:

Litografistadier er ansvarlige for å holde oblaten og utføre presise bevegelser under eksponering. Før hver eksponering må waferen og scenen justeres med nanometerpresisjon, etterfulgt av justering mellom fotomasken og scenen for å sikre nøyaktig mønsteroverføring. Dette krever høyhastighets, jevn og svært presis automatisert kontroll av scenen med nøyaktighet på nanometernivå. For å møte disse kravene bruker litografistrinn ofte lett SiC-keramikk med eksepsjonell dimensjonsstabilitet, lave termiske ekspansjonskoeffisienter og motstand mot deformasjon. Dette minimerer treghet, reduserer motorbelastningen og forbedrer bevegelseseffektiviteten, posisjoneringsnøyaktigheten og stabiliteten.

(2)Keramiske speil:

Synkronisert bevegelseskontroll mellom wafer-stadiet og trådkorset er avgjørende i litografi, og påvirker direkte den generelle nøyaktigheten og utbyttet av prosessen. Scenespeil er integrerte komponenter i målesystemet for sceneskanning og posisjoneringsfeedback. Dette systemet bruker interferometre for å sende ut målestråler som reflekteres fra scenespeilene. Ved å analysere de reflekterte strålene ved hjelp av Doppler-prinsippet, beregner systemet scenens posisjonsendringer i sanntid, og gir tilbakemelding til bevegelseskontrollsystemet for å sikre presis synkronisering mellom wafer-stadiet og trådkorset. Mens lettvekts SiC-keramikk er egnet for denne applikasjonen, byr det på betydelige utfordringer å produsere slike komplekse komponenter. For tiden bruker mainstream-produsenter av integrert kretsutstyr primært glasskeramikk eller kordieritt til dette formålet. Men med fremskritt innen materialvitenskap og produksjonsteknikker, har forskere ved China Building Materials Academy med suksess fremstilt store, kompleksformede, lette, helt lukkede SiC-keramiske speil og andre strukturelt funksjonelle optiske komponenter for litografiapplikasjoner.

(3)Fotomaske tynne filmer:

Fotomasker, også kjent som trådkors, brukes til å selektivt overføre lys og lage mønstre på lysfølsomme materialer. Imidlertid kan EUV-lysbestråling forårsake betydelig oppvarming av fotomasken, og potensielt nå temperaturer mellom 600 og 1000 grader Celsius, noe som kan føre til termisk skade. For å dempe dette avsettes ofte en tynn SiC-film på fotomasken for å forbedre dens termiske stabilitet og forhindre nedbrytning.

4. Plasmaetsing og avsetning: Fokusringer og andre komponenter

I halvlederproduksjon bruker etseprosesser plasmaer generert fra ioniserte gasser (f.eks. fluorholdige gasser) for å selektivt fjerne uønsket materiale fra waferoverflaten, og etterlate de ønskede kretsmønstrene. Tynnfilmavsetning involverer omvendt avsetning av isolasjonsmaterialer mellom metalllag for å danne dielektriske lag, som ligner på en omvendt etseprosess. Begge prosessene bruker plasmateknologi, som kan være etsende for kammerkomponenter. Derfor krever disse komponentene utmerket plasmamotstand, lav reaktivitet med fluorholdige gasser og lav elektrisk ledningsevne.

Tradisjonelt ble komponenter i etse- og avsetningsutstyr, for eksempel fokusringer, produsert ved bruk av materialer som silisium eller kvarts. Imidlertid har den nådeløse driften mot miniatyrisering av integrerte kretser (IC) betydelig økt etterspørselen etter, og viktigheten av, svært presise etseprosesser. Denne miniatyriseringen nødvendiggjør bruk av høyenergiplasmaer for nøyaktig mikroskala-etsing for å oppnå mindre funksjonsstørrelser og stadig mer komplekse enhetsstrukturer.

Som svar på denne etterspørselen, har Chemical Vapour Deposition (CVD) silisiumkarbid (SiC) dukket opp som det foretrukne materialet for belegg og komponenter i etse- og avsetningsutstyr. Dens overlegne fysiske og kjemiske egenskaper, inkludert høy renhet og jevnhet, gjør den usedvanlig godt egnet for denne krevende bruken. Foreløpig inkluderer CVD SiC-komponenter i etseutstyr fokusringer, gassdusjhoder, plater og kantringer. I avsetningsutstyr brukes CVD SiC for kammerlokk, foringer og SiC-belagte grafittsusceptorer.

Fokusring og SiC-belagt grafittsusceptor

Den lave reaktiviteten til CVD SiC med klor- og fluorbaserte etsegasser, kombinert med dens lave elektriske ledningsevne, gjør det til et ideelt materiale for komponenter som fokusringer i plasmaetseutstyr. En fokusring, plassert rundt waferperiferien, er en kritisk komponent som fokuserer plasmaet på waferoverflaten ved å påføre en spenning på ringen, og dermed forbedre prosesseringsensartetheten.

Etter hvert som IC-miniatyriseringen skrider frem, fortsetter kraft- og energikravene til etseplasmaer å øke, spesielt i kapasitivt koplet plasma (CCP) etseutstyr. Følgelig øker bruken av SiC-baserte fokusringer raskt på grunn av deres evne til å motstå disse stadig mer aggressive plasmamiljøene.**

Semicorex, som en erfaren produsent og leverandør, leverer spesialgrafitt- og keramikkmaterialer for halvleder- og fotovoltaisk industri. Hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakt telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com