Quartz Products - le chouchou de l’industrie des semi-conducteurs

Dans le domaine des semi-conducteurs, la machine de lithographie est sans aucun doute la plus accrocheuse. Son importance pour l’ensemble de l’industrie des semi-conducteurs a été entendue même par des personnes extérieures à l’industrie. Si l’on considère l’ensemble de l’industrie du traitement des semi-conducteurs, il est également indissociable du support des matériaux et composants clés. Par exemple, les matériaux en quartz et leurs produits jouent un rôle extrêmement important dans de nombreux aspects de l’industrie des semi-conducteurs en raison de leurs caractéristiques uniques.

Creuset à quartz

Les creusets en quartz présentent les avantages d’une grande pureté, d’une forte résistance à la température, d’une grande taille, d’une grande précision et d’une bonne conservation de la chaleur. Surtout dans le processus de croissance des cristaux de silicium, le creuset de quartz est devenu un composant clé irremplaçable!

Il convient de noter que, selon différents procédés de préparation et utilisations, les creusets en quartz sont divisés en creusets en quartz à arc et creusets en céramique de quartz. Le creuset à quartz à arc est principalement utilisé pour le silicium monocristallin Czochralski, qui est fabriqué par la méthode de l’arc (c’est-à-dire utilisé dans le domaine des semi-conducteurs). méthode.

Le silicium monocristallin est un matériau semi-conducteur indispensable dans la fabrication de circuits intégrés à grande échelle. Avec l’amélioration de l’intégration des circuits, l’intégration à très grande échelle s’est développée rapidement. À l’heure actuelle, la plaquette de silicium grand public a atteint 300 mm, et le silicium monocristallin de 400 mm a également été développé avec succès, et l’industrialisation est juste au coin de la rue.

Comme nous le savons tous, le silicium monocristallin de grand diamètre (au-dessus de 200 mm) est essentiellement produit par la méthode Czochralski (CZ). Il faut plus de temps et plus de ressources pour cultiver un cristal de silicium de si grande taille. Le taux de réussite de la croissance des cristaux est très important. Au cours de la croissance des cristaux de silicium de Czochralski, la croissance monocristalline sans luxation peut échouer pour diverses raisons, entraînant une grande perte de ressources et de temps. Il existe de nombreuses raisons à l’échec de la croissance des produits monocristallins sans luxation. Dans les conditions où le four monocristallin en silicium Czochralski actuel et sa conception de champ thermique sont stables et matures, la pureté du creuset de quartz en contact direct avec le silicium fondu et son taux de croissance sont très faibles. Les particules de cristobalite sont généralement considérées comme l’une des principales raisons de l’échec de la croissance des cristaux de Czochralski sans luxation de grand diamètre.

En d’autres termes, la qualité du creuset en quartz à arc est le principal facteur affectant la qualité du silicium monocristallin de Czochralski. Par conséquent, l’amélioration continue des exigences de qualité pour le silicium monocristallin de grand diamètre a mis en avant des exigences plus élevées pour les produits en quartz et les matériaux connexes pour les matériaux semi-conducteurs, tels que l’inspection du sable de quartz, la purification du sable de quartz, l’inspection initiale de la fusion à l’arc, le nettoyage des parois extérieures, la hauteur de coupe, le chanfreinage, le nettoyage, le revêtement, le séchage, l’inspection finale, l’emballage, l’expédition, etc.

Cavité de gravure, porte-échantillon

La fabrication de puces de circuit intégré est inséparable du processus de gravure, et la gravure est l’une des technologies de base qui déterminent la taille des caractéristiques des circuits intégrés. Le procédé de gravure fait référence au transfert du micromoptère de résine photosensible exposé par le motif et à la surface de la plaquette de silicium semi-conducteur au matériau de film sous-jacent de la résine photosensible (généralement SiO2, Si3N4 et la couche métallique déposée et d’autres films), c’est-à-dire la gravure sélective. La partie du matériau sous-jacent à la résine photosensible qui n’est pas masquée par la résine photosensible est gravée. À l’heure actuelle, le processus de gravure comprend principalement la gravure humide et la gravure à sec.

Pour la gravure de plaquettes de silicium à puce de circuit intégré, qu’il s’agisse d’une gravure sèche ou humide, il est nécessaire d’utiliser des gaz contenant du fluor (tels que CF4, C2F4, C3F8, C4F8, CHF3, C5F8, CH2F2, etc.) ou des solutions de gravure HF. Il est réalisé dans un environnement hautement corrosif, ce qui impose des exigences extrêmement strictes pour la chambre de réaction de gravure et le porte-échantillon. En plus d’une grande pureté, il devrait également avoir une excellente résistance à la corrosion, en particulier le processus de gravure à sec a un taux de corrosion plus élevé. rapide. Au début, le Japon utilisait des matériaux tels que la céramique d’alumine, le grenat d’aluminium d’yttrium et la céramique de nitrure d’aluminium comme matériaux auxiliaires pour la gravure, mais les matières premières utilisées dans la fabrication de ces matériaux étaient limitées en pureté et en faible usinabilité, et les matériaux céramiques avaient des grains de cristal, qui étaient corrodés et tombaient. Il polluera la plaquette de silicium de puce semi-conductrice, réduisant ainsi le rendement de la gravure de la plaquette de silicium de puce. En réponse aux problèmes ci-dessus, des fabricants tels que le Japon et l’Allemagne ont proposé d’utiliser des matériaux en quartz pour fabriquer des chambres de réaction de gravure et des porte-échantillons.

Cependant, les matériaux de verre de quartz ordinaires et même le verre de quartz ordinaire de haute pureté ne sont pas compétents. Parce que les matériaux en verre de quartz monocomposant de haute pureté préparés par des technologies de procédé telles que l’électrofusion, la fusion de gaz, la fusion continue, CVD ou PCVD, seront rapidement corrodés et détruits dans des environnements corrosifs et à haute température tels que le gaz à base de fluor ou le liquide de gravure HF. Les exigences d’application de la gravure à semi-conducteurs ne peuvent pas être satisfaites, de sorte que les matériaux et produits en verre de quartz résistant à la corrosion doivent être utilisés dans le processus de gravure par circuit intégré.

À cet égard, des entreprises telles que Heraeus d’Allemagne et Tosoh Quartz du Japon sont relativement avancées dans la technologie et ont la capacité de produire en masse du verre de quartz résistant à la corrosion et durable, qui a été largement utilisé dans la gravure de semi-conducteurs et d’autres procédés. Japan Tosoh Quartz Co., Ltd. a étudié le dopage unique de poudre de quartz de haute pureté avec un certain pourcentage atomique d’Al et d’élément M (y compris plus d’un élément dans le tableau périodique des éléments du groupe 2A, des éléments du groupe 3A et des éléments du groupe 4A). ou co-dopage) pour obtenir un mélange dopé, puis faire fondre le mélange dopé par électrofusion ou fusion gazeuse pour obtenir du verre de quartz durable. Le principe de durabilité de la corrosion est que le point d’ébullition ou la température de sublimation du fluorure d’Al et de l’élément M Le point d’ébullition ou la température de sublimation du SiF4 est élevé, de sorte que les oxydes ou les fluorures des éléments ajoutés sont concentrés à la surface du verre de quartz lors de la gravure dans un environnement de gaz et de plasma à base de fluor, qui agit comme un film protecteur, améliorant ainsi la corrosion du verre de quartz. Durabilité.

La diffusion appartient au champ des hautes températures et nécessite des matériaux de quartz résistants aux hautes températures

Dans le domaine de l’industrie des semi-conducteurs, outre le processus d’extraction du silicium monocristallin et de gravure, les produits à quartz avec une grande quantité sont des tubes de four à quartz et des bateaux à quartz utilisés dans des processus à haute température tels que la diffusion, l’oxydation et le recuit.

L’utilisation principale de la diffusion est le dopage des plaquettes de semi-conducteurs à haute température, c’est-à-dire la diffusion des éléments phosphore et bore dans la plaquette de silicium, modifiant et contrôlant ainsi le type, la concentration et la distribution des impuretés dans le semi-conducteur afin d’établir des régions de propriétés électriques différentes. En utilisant différents procédés de dopage, le semi-conducteur de type P et le semi-conducteur de type N sont fabriqués sur la même plaquette de silicium semi-conducteur par diffusion. La diffusion dans les semi-conducteurs appartient au transport de masse parmi les trois phénomènes de transport (transport de masse, transfert de chaleur et transport de quantité de mouvement), et l’effet n’est évident que dans un environnement à haute température supérieure à 850 ° C; Les procédés de diffusion, d’oxydation et de recuit nécessitent des matériaux de quartz spécialisés qui maintiennent la stabilité à la température dans des environnements à haute température (>1150 ° C).

résumé

En plus des applications ci-dessus, en tant que matériau et composant clé, les produits en quartz peuvent être utilisés dans l’ensemble du processus de traitement des semi-conducteurs. Par exemple, les tubes de quartz sont utilisés dans le traitement des fours à semi-conducteurs par lots comme chambres de réaction de haute pureté, entrées de gaz ou de liquide ou lignes de transport; les tiges de quartz peuvent être utilisées pour fabriquer des coques de bateaux, des porte-plaquettes et des suscepteurs; Les plaques de quartz peuvent être utilisées pour fabriquer des équipements de traitement par lots Bateaux, suscepteurs, plaquettes et supports de plaquettes sur le terrain. Dans les équipements de traitement monolithiques, les feuilles sont utilisées pour fabriquer des fenêtres, des plaques de distribution de gaz, des plaques de douche, des supports de plaquettes et des plateaux de support.