SiC-keramik: det oumbärliga materialet för högprecisionskomponenter i halvledartillverkning

SiC har en unik kombination av önskvärda egenskaper, inklusive hög densitet, hög värmeledningsförmåga, hög böjhållfasthet, hög elasticitetsmodul, stark korrosionsbeständighet och utmärkt stabilitet vid hög temperatur. Dess motståndskraft mot böjspänningsdeformation och termiska spänningar gör den exceptionellt väl lämpad för de hårda, korrosiva och ultrahöga temperaturmiljöer som förekommer i kritiska tillverkningsprocesser som waferepitaxi och etsning. Följaktligen har SiC funnit utbredda tillämpningar i olika halvledartillverkningsstadier, inklusive slipning och polering, termisk bearbetning (glödgning, oxidation, diffusion), litografi, avsättning, etsning och jonimplantation.

1. Slipning och polering: SiC-sliphållare

Efter götskivning uppvisar rån ofta skarpa kanter, grader, flisning, mikrosprickor och andra defekter. För att förhindra att dessa defekter äventyrar skivans styrka, ytkvalitet och efterföljande bearbetningssteg, används en slipprocess. Slipning jämnar ut skivans kanter, minskar tjockleksvariationer, förbättrar ytans parallellitet och tar bort skador orsakade av skivningsprocessen. Dubbelsidig slipning med slipplåtar är den vanligaste metoden, med pågående framsteg inom plåtmaterial, sliptryck och rotationshastighet som ständigt förbättrar waferkvaliteten.

Dubbelsidig slipmekanism

Traditionellt var slipplåtarna främst gjorda av gjutjärn eller kolstål. Dessa material lider dock av kort livslängd, höga värmeutvidgningskoefficienter och känslighet för slitage och termisk deformation, särskilt under höghastighetsslipning eller polering, vilket gör det utmanande att uppnå konsekvent platthet och parallellitet av skivorna. Tillkomsten av SiC keramiska slipplattor, med sin exceptionella hårdhet, låga slitagehastighet och värmeutvidgningskoefficient som stämmer överens med kisel, har lett till att gjutjärn och kolstål gradvis ersätts. Dessa egenskaper gör SiC-slipplattor särskilt fördelaktiga för höghastighetsslipning och polerprocesser.

2. Termisk bearbetning: SiC-wafers bärare och reaktionskammarkomponenter

Termiska bearbetningssteg som oxidation, diffusion, glödgning och legering är integrerade i wafertillverkning. SiC-keramiska komponenter är avgörande i dessa processer, i första hand som waferbärare för transport mellan bearbetningsstegen och som komponenter i reaktionskammarna i termisk bearbetningsutrustning.

(1)Keramiska ändeffektorer (armar):

Under produktion av kiselwafer krävs ofta högtemperaturbearbetning. Mekaniska armar utrustade med specialiserade ändeffektorer används vanligtvis för att transportera, hantera och positionera halvledarskivor. Dessa armar måste fungera i renrumsmiljöer, ofta under vakuum, höga temperaturer och korrosiva gasomgivningar, vilket kräver hög mekanisk hållfasthet, korrosionsbeständighet, högtemperaturstabilitet, slitstyrka, hårdhet och elektrisk isolering. Även om de är dyrare och utmanande att tillverka, överträffar SiC-keramiska armar aluminiumoxidalternativ när det gäller att uppfylla dessa stränga krav.

Semicorex SiC keramisk sluteffektor

(2) Reaktionskammarkomponenter:

Termisk bearbetningsutrustning, såsom oxidationsugnar (horisontella och vertikala) och Rapid Thermal Processing (RTP) system, arbetar vid förhöjda temperaturer, vilket kräver högpresterande material för deras inre komponenter. Sintrade SiC-komponenter med hög renhet, med sin överlägsna hållfasthet, hårdhet, elasticitetsmodul, styvhet, värmeledningsförmåga och låga värmeutvidgningskoefficient, är oumbärliga för att konstruera reaktionskammarna i dessa system. Nyckelkomponenter inkluderar vertikala båtar, piedestaler, foderrör, innerrör och baffelplattor.

Reaktionskammarkomponenter

3. Litografi: SiC-scener och keramiska speglar

Litografi, ett kritiskt steg i halvledartillverkning, använder ett optiskt system för att fokusera och projicera ljus på skivans yta och överföra kretsmönster för efterföljande etsning. Precisionen i denna process dikterar direkt prestandan och utbytet av integrerade kretsar. Som en av de mest sofistikerade utrustningarna inom chiptillverkning består en litografimaskin av hundratusentals komponenter. För att garantera kretsprestanda och precision ställs höga krav på noggrannheten hos både de optiska elementen och de mekaniska komponenterna i litografisystemet. SiC-keramik spelar en viktig roll i detta område, främst i wafer-scener och keramiska speglar.

Litografi systemarkitektur

(1)Wafer-stadier:

Litografiskeden är ansvariga för att hålla kvar wafern och utföra exakta rörelser under exponeringen. Före varje exponering måste skivan och scenen justeras med nanometerprecision, följt av inriktning mellan fotomasken och scenen för att säkerställa korrekt mönsteröverföring. Detta kräver höghastighets, smidig och mycket exakt automatiserad kontroll av scenen med noggrannhet på nanometernivå. För att möta dessa krav använder litografiskeden ofta lätt SiC-keramik med exceptionell dimensionsstabilitet, låga värmeutvidgningskoefficienter och motstånd mot deformation. Detta minimerar trögheten, minskar motorbelastningen och förbättrar rörelseeffektiviteten, positioneringsnoggrannheten och stabiliteten.

(2)Keramiska speglar:

Synkroniserad rörelsekontroll mellan wafer-steget och retikelsteget är avgörande i litografi, vilket direkt påverkar processens övergripande noggrannhet och utbyte. Scenspeglar är integrerade komponenter i mätsystemet för scenscanning och positioneringsfeedback. Detta system använder interferometrar för att sända ut mätstrålar som reflekteras från scenspeglarna. Genom att analysera de reflekterade strålarna med hjälp av Doppler-principen, beräknar systemet scenens positionsförändringar i realtid, vilket ger feedback till rörelsekontrollsystemet för att säkerställa exakt synkronisering mellan wafer-steget och riktmedlet. Även om lättviktig SiC-keramik är lämplig för denna applikation, innebär tillverkning av sådana komplexa komponenter betydande utmaningar. För närvarande använder vanliga tillverkare av integrerad kretsutrustning i första hand glaskeramik eller kordierit för detta ändamål. Men med framsteg inom materialvetenskap och tillverkningstekniker har forskare vid China Building Materials Academy framgångsrikt tillverkat stora, komplexa, lätta, helt slutna SiC-keramiska speglar och andra strukturellt funktionella optiska komponenter för litografiapplikationer.

(3)Fotomask tunna filmer:

Fotomasker, även kända som hårkors, används för att selektivt överföra ljus och skapa mönster på ljuskänsliga material. Emellertid kan EUV-ljusbestrålning orsaka betydande uppvärmning av fotomasken, potentiellt nå temperaturer mellan 600 och 1000 grader Celsius, vilket leder till termisk skada. För att mildra detta avsätts ofta en tunn SiC-film på fotomasken för att förbättra dess termiska stabilitet och förhindra nedbrytning.

4. Plasmaetsning och avsättning: Fokusringar och andra komponenter

Vid halvledartillverkning använder etsningsprocesser plasma genererade från joniserade gaser (t.ex. fluorinnehållande gaser) för att selektivt avlägsna oönskat material från skivans yta, vilket lämnar efter sig de önskade kretsmönstren. Tunnfilmsavsättning, omvänt, involverar avsättning av isoleringsmaterial mellan metallskikt för att bilda dielektriska skikt, liknande en omvänd etsningsprocess. Båda processerna använder plasmateknologi, som kan vara frätande för kammarkomponenter. Därför kräver dessa komponenter utmärkt plasmaresistens, låg reaktivitet med fluorinnehållande gaser och låg elektrisk ledningsförmåga.

Traditionellt tillverkades komponenter i etsnings- och deponeringsutrustning, såsom fokusringar, med material som kisel eller kvarts. Emellertid har den obevekliga strävan mot miniatyrisering av integrerade kretsar (IC) avsevärt ökat efterfrågan på och betydelsen av mycket exakta etsningsprocesser. Denna miniatyrisering kräver användning av högenergiplasma för noggrann mikroskalig etsning för att uppnå mindre särdragsstorlekar och allt mer komplexa enhetsstrukturer.

Som svar på denna efterfrågan har kiselkarbid (SiC) kemisk ångavsättning (CVD) framstått som det föredragna materialet för beläggningar och komponenter i etsnings- och deponeringsutrustning. Dess överlägsna fysikaliska och kemiska egenskaper, inklusive hög renhet och enhetlighet, gör den exceptionellt väl lämpad för denna krävande applikation. För närvarande inkluderar CVD SiC-komponenter i etsningsutrustning fokusringar, gasduschhuvuden, plattor och kantringar. I deponeringsutrustning används CVD SiC för kammarlock, foder och SiC-belagda grafitsusceptorer.

Fokusring och SiC-belagd grafitsusceptor

Den låga reaktiviteten hos CVD SiC med klor- och fluorbaserade etsgaser, tillsammans med dess låga elektriska ledningsförmåga, gör det till ett idealiskt material för komponenter som fokusringar i plasmaetsningsutrustning. En fokusring, placerad runt waferns periferi, är en kritisk komponent som fokuserar plasman på waferns yta genom att applicera en spänning på ringen, och därigenom förbättra bearbetningslikformigheten.

Allt eftersom IC-miniatyriseringen går framåt fortsätter kraft- och energikraven för etsplasma att öka, särskilt i kapacitivt kopplad plasma (CCP) etsningsutrustning. Följaktligen ökar användningen av SiC-baserade fokusringar snabbt på grund av deras förmåga att motstå dessa allt mer aggressiva plasmamiljöer.**

Semicorex, som en erfaren tillverkare och leverantör, tillhandahåller specialgrafit- och keramikmaterial för halvledar- och solcellsindustrin. Om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakta telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com