સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગમાં, ઓક્સિડેશન, ડિફ્યુઝન, એનલીંગ અને LPCVD ડિપોઝિશન જેવા વેફર ફેબ્રિકેશન સ્ટેપ્સ માટે ઉચ્ચ-તાપમાન થર્મલ પ્રોસેસિંગ આવશ્યક છે. આ પ્રક્રિયાઓ સામાન્ય રીતે 800°C અને 1200°C વચ્ચે કાર્યરત સેમિકન્ડક્ટર ફર્નેસ સિસ્ટમ્સની અંદર કરવામાં આવે છે, જ્યાં તાપમાન સ્થિરતા, દૂષણ નિયંત્રણ અને ગેસ એકરૂપતા વેફર ઉપજ અને ઉપકરણ પ્રદર્શનને સીધી અસર કરે છે.
ભઠ્ઠીના મહત્વપૂર્ણ ઘટકોમાં,SiC પ્રસરણ ટ્યુબ— જેને સિલિકોન કાર્બાઇડ ડિફ્યુઝન ટ્યુબ અથવા SiC ફર્નેસ ટ્યુબ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે — સ્થિર પ્રક્રિયા વાતાવરણ જાળવવામાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. પરંપરાગત ક્વાર્ટઝ ફર્નેસ ટ્યુબની તુલનામાં, SiC ડિફ્યુઝન ટ્યુબ ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, સારી યાંત્રિક શક્તિ અને કઠોર સેમિકન્ડક્ટર રસાયણો સામે શ્રેષ્ઠ પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે, જે તેમને અદ્યતન સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ બનાવે છે.
SiC ડિફ્યુઝન ટ્યુબ શું છે?
SiC ડિફ્યુઝન ટ્યુબ એ એક નળાકાર ઉચ્ચ-તાપમાન સિરામિક ચેમ્બર છે જેનો ઉપયોગ સેમિકન્ડક્ટર ડિફ્યુઝન અને LPCVD ફર્નેસ સિસ્ટમ્સની અંદર થાય છે. તેનું પ્રાથમિક કાર્ય વેફર પ્રોસેસિંગ માટે સ્વચ્છ અને થર્મલી સ્થિર વાતાવરણ બનાવવાનું છે.
ઓપરેશન દરમિયાન, સિલિકોન વેફર્સથી ભરેલી વેફર બોટ ટ્યુબની અંદર સ્થિત હોય છે જ્યારે પ્રોસેસ ગેસ કાળજીપૂર્વક નિયંત્રિત તાપમાનની સ્થિતિમાં ચેમ્બરમાંથી વહે છે. ડિફ્યુઝન ટ્યુબ જાળવવામાં મદદ કરે છે:
● સ્થિર થર્મલ વિતરણ
● સમાન ગેસ પ્રવાહ
● ઓછા કણોનું દૂષણ
● નિયંત્રિત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ
SiC ડિફ્યુઝન ટ્યુબનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે:
● સેમિકન્ડક્ટર ડિફ્યુઝન ભઠ્ઠીઓ
● LPCVD ફર્નેસ સિસ્ટમ્સ
● થર્મલ ઓક્સિડેશન સાધનો
● એનલીંગ સિસ્ટમ્સ
લાક્ષણિક એપ્લિકેશનોમાં શામેલ છે:
● સિલિકોન ઓક્સિડેશન
● ફોસ્ફરસ ફેલાવો
● બોરોન ફેલાવો
● પોલિસિલિકોન ડિપોઝિશન
● સિલિકોન નાઇટ્રાઇડનું નિક્ષેપન
આધુનિક ફેક્ટરીઓમાં, ભઠ્ઠી પ્રક્રિયા એકરૂપતાની જરૂરિયાતો અત્યંત કડક હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, અદ્યતન LPCVD પ્રક્રિયાઓ માટે ભઠ્ઠી ઝોનમાં ±1°C થી ±3°C ની અંદર વેફર તાપમાન એકરૂપતાની જરૂર પડી શકે છે. પ્રસરણ ટ્યુબનું થર્મલ પ્રદર્શન આ ક્ષમતાને સીધી અસર કરે છે.
ડિફ્યુઝન ટ્યુબ માટે સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) નો ઉપયોગ શા માટે થાય છે?
સિલિકોન કાર્બાઇડ ડિફ્યુઝન ટ્યુબનો વધતો ઉપયોગ ઉચ્ચ-તાપમાન સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયા પરિસ્થિતિઓમાં SiC ના અસાધારણ સામગ્રી ગુણધર્મોને કારણે છે.
સૌથી મહત્વપૂર્ણ ફાયદાઓમાંનો એક થર્મલ સ્થિરતા છે. SiC 1200°C થી વધુ તાપમાને સતત કાર્ય કરી શકે છે, જ્યારે વારંવાર થર્મલ સાયકલિંગ દરમિયાન મજબૂત માળખાકીય અખંડિતતા જાળવી રાખે છે.
બીજો મુખ્ય ફાયદો થર્મલ વાહકતા છે. SiC ની થર્મલ વાહકતા સામાન્ય રીતે આની આસપાસ હોય છે:
● ઉચ્ચ શુદ્ધતા SiC માટે ૧૨૦–૨૦૦ W/m·K
● ક્વાર્ટ્ઝની સરખામણીમાં માત્ર ~1.4 W/m·K
આ નોંધપાત્ર તફાવત ભઠ્ઠીની અંદર ઝડપી અને વધુ સમાન ગરમી સ્થાનાંતરણને મંજૂરી આપે છે, જે વેફર-ટુ-વેફર પ્રક્રિયા સુસંગતતા સુધારવામાં મદદ કરે છે.
SiC પણ પૂરી પાડે છે:
● ક્લોરિન અને ફ્લોરિન આધારિત પ્રક્રિયા વાયુઓ સામે ઉત્તમ પ્રતિકાર
● ક્વાર્ટઝ કરતાં વધુ યાંત્રિક શક્તિ
● થર્મલ શોક સામે વધુ સારો પ્રતિકાર
● લાંબા ઉત્પાદન ચક્ર દરમિયાન વિકૃતિનું જોખમ ઓછું
આ લાક્ષણિકતાઓ SiC ફર્નેસ ટ્યુબને ખાસ કરીને અદ્યતન સેમિકન્ડક્ટર થર્મલ પ્રોસેસિંગ વાતાવરણ માટે યોગ્ય બનાવે છે જ્યાં લાંબો અપટાઇમ અને સ્થિર પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિતતા મહત્વપૂર્ણ છે.
SiC ડિફ્યુઝન ટ્યુબની રચના અને ડિઝાઇન લાક્ષણિકતાઓ
મોટાભાગની સેમિકન્ડક્ટર SiC ડિફ્યુઝન ટ્યુબમાં ઊભી અથવા આડી ભઠ્ઠી સિસ્ટમો માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરેલ ચોકસાઇ નળાકાર ડિઝાઇન હોય છે.
સામાન્ય ઔદ્યોગિક સિરામિક ટ્યુબથી વિપરીત, સેમિકન્ડક્ટર-ગ્રેડ SiC ટ્યુબને અત્યંત ચુસ્ત ઉત્પાદન સહિષ્ણુતાની જરૂર પડે છે કારણ કે નાના પરિમાણીય ફેરફારો અસર કરી શકે છે:
● ગેસ નિવાસ સમય
● થર્મલ વિતરણ
● વેફર અંતર
● ડિપોઝિશન એકરૂપતા
આંતરિક સપાટીની ગુણવત્તા પણ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. સુંવાળી અને ઉચ્ચ-શુદ્ધતા સપાટીઓ નીચેનાને ઘટાડવામાં મદદ કરે છે:
● કણ ઉત્પન્ન
● પ્રક્રિયા અવશેષો જમાવટ
● ધાતુનું દૂષણ
કેટલીક અદ્યતન ફર્નેસ ટ્યુબ કાટ પ્રતિકાર અને સપાટીની શુદ્ધતાને વધુ સુધારવા માટે CVD SiC કોટિંગ્સનો ઉપયોગ કરે છે.
દિવાલની જાડાઈ અને માળખાકીય ડિઝાઇનમાં યાંત્રિક ટકાઉપણું સાથે થર્મલ કાર્યક્ષમતાનું સંતુલન પણ હોવું જોઈએ. સેમિકન્ડક્ટર પ્રોસેસિંગ દરમિયાન, ફર્નેસ ટ્યુબ તેમના કાર્યકારી જીવનકાળ દરમિયાન સેંકડો અથવા તો હજારો ગરમી અને ઠંડક ચક્રનો અનુભવ કરી શકે છે.
સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયાઓમાં SiC ડિફ્યુઝન ટ્યુબની ભૂમિકા
સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં, SiC ડિફ્યુઝન ટ્યુબ ફક્ત ભૌતિક ચેમ્બર તરીકે જ કાર્ય કરે છે. તે પ્રક્રિયા સ્થિરતા અને વેફર ગુણવત્તાને સીધી અસર કરે છે.
થર્મલ ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયાઓમાં, ટ્યુબ એકસમાન ઓક્સિજન પ્રવાહ અને તાપમાન સ્થિરતા જાળવવામાં મદદ કરે છે, જે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી ઓક્સાઇડ ફિલ્મો બનાવવા માટે જરૂરી છે.
પ્રસરણ પ્રક્રિયાઓમાં, SiC ટ્યુબની અંદર સ્થિર ગેસ પ્રવાહ ફોસ્ફરસ અથવા બોરોન પ્રસરણ માટે સચોટ ડોપન્ટ વિતરણને સમર્થન આપે છે.
LPCVD એપ્લિકેશનો માટે, જેમ કે પોલિસિલિકોન અને સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ ડિપોઝિશન, SiC ની થર્મલ વાહકતા વેફર બેચમાં ફિલ્મ જાડાઈ એકરૂપતાને સુધારવામાં મદદ કરે છે.
SiC ડિફ્યુઝન ટ્યુબની સામાન્ય સમસ્યાઓ
જોકે SiC ઉત્તમ ટકાઉપણું પ્રદાન કરે છે, ડિફ્યુઝન ટ્યુબ હજુ પણ સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયાની સ્થિતિમાં લાંબા ગાળાના ઘસારોનો અનુભવ કરે છે.
એક સામાન્ય સમસ્યા સપાટીના વૃદ્ધત્વ અથવા પ્રક્રિયા અવશેષોના સંચયને કારણે કણોનું દૂષણ છે. સમય જતાં, ઉચ્ચ-તાપમાન રસાયણશાસ્ત્રના વારંવાર સંપર્કમાં આવવાથી આંતરિક સપાટી ધીમે ધીમે ખરબચડી થઈ શકે છે, જેનાથી દૂષણનું જોખમ વધી શકે છે.
થર્મલ ક્રેકીંગ એ બીજો પડકાર છે. ઝડપી તાપમાન રેમ્પિંગ અથવા અસમાન વેફર લોડિંગ થર્મલ તણાવ પેદા કરી શકે છે જે આખરે માઇક્રોક્રેક્સ અથવા માળખાકીય નિષ્ફળતાનું કારણ બની શકે છે.
આક્રમક હેલોજન-આધારિત સફાઈ વાતાવરણ હેઠળ પણ રાસાયણિક ધોવાણ થઈ શકે છે. ફ્લોરિન ધરાવતા વાયુઓના લાંબા ગાળાના સંપર્કમાં રહેવાથી ટ્યુબની સપાટી ધીમે ધીમે બગડી શકે છે અને પ્રક્રિયા સ્થિરતાને અસર થઈ શકે છે.
ઉત્પાદન વાતાવરણમાં, આ સમસ્યાઓ આના કારણે થઈ શકે છે:
● તાપમાનમાં ફેરફાર
● ફિલ્મની અસમાનતા
● કણોની સંખ્યામાં વધારો
● પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિતતામાં ઘટાડો
આ કારણોસર, સેમિકન્ડક્ટર ફેક્ટરીઓ સામાન્ય રીતે નિયમિત લાયકાત અને નિવારક જાળવણી કાર્યક્રમો દ્વારા ફર્નેસ ટ્યુબના પ્રદર્શનનું નિરીક્ષણ કરે છે.
જાળવણી અને આજીવન વ્યવસ્થાપન
કાર્યકારી જીવન વધારવા માટે યોગ્ય જાળવણી જરૂરી છેSiC ફર્નેસ ટ્યુબ્સઅને સ્થિર સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયા કામગીરી જાળવી રાખવી.
મોટાભાગના ફેક્ટરીઓ સુનિશ્ચિત નિરીક્ષણ ચક્ર લાગુ કરે છે જેમાં શામેલ છે:
● દ્રશ્ય સપાટી નિરીક્ષણ
● કણ વલણનું નિરીક્ષણ
● ભઠ્ઠી લાયકાત પરીક્ષણ
● થર્મલ એકરૂપતા ચકાસણી
સફાઈ પદ્ધતિઓમાં ભીની રાસાયણિક સફાઈ અથવા પ્રક્રિયાના અવશેષો દૂર કરવા માટે ઉચ્ચ-તાપમાન બેકિંગ સારવારનો સમાવેશ થઈ શકે છે.
ઉચ્ચ-વોલ્યુમ સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં, ડિફ્યુઝન ટ્યુબ રિપ્લેસમેન્ટ ઘણીવાર આના પર આધારિત હોય છે:
● પ્રક્રિયાના કલાકો
● થર્મલ ચક્ર ગણતરીઓ
● કણ કામગીરી
● લાયકાત મર્યાદા
દૃશ્યમાન નુકસાનની રાહ જોવાને બદલે, ફેબ્સ સામાન્ય રીતે ફર્નેસ ટ્યુબને પ્રોસેસ ડ્રિફ્ટ વેફર યીલ્ડ પર અસર કરે તે પહેલાં બદલી નાખે છે.
જેમ જેમ સેમિકન્ડક્ટર ટેકનોલોજી નાના પ્રોસેસ નોડ્સ અને વધુ માંગણીવાળા થર્મલ એપ્લિકેશન્સ તરફ આગળ વધે છે, તેમ વિશ્વસનીયતાનું મહત્વસિલિકોન કાર્બાઇડ પ્રસરણ ટ્યુબવૃદ્ધિ ચાલુ રહેશે. સ્થિર થર્મલ પ્રોસેસિંગ, ઓછી દૂષણ અને લાંબા ગાળાની ભઠ્ઠી વિશ્વસનીયતાને ટેકો આપવાની તેમની ક્ષમતા તેમને આધુનિક સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન સાધનોમાં મહત્વપૂર્ણ ઘટકો બનાવે છે.
પોસ્ટ સમય: મે-૦૮-૨૦૨૬