Af hverju SiC keramikskífubátar eru nauðsynlegir fyrir dreifingar- og oxunarofna hálfleiðara

Þar sem framleiðsluferli hálfleiðara halda áfram að þróast í átt að stærri stærðum skífa, strangari hitauppstreymisfjárveitingum og lægri gallaþoli, hafa efnin sem notuð eru í háhitavinnslubúnaði orðið sífellt mikilvægari. Meðal þessara lykilnotkunarefna og byggingarhluta hafa kísilkarbíð (SiC) keramikskífubátar komið fram sem ein mikilvægasta virkjunartæknin í nútíma dreifingar- og oxunarofnakerfum.

Í háþróaðri framleiðsluumhverfi hálfleiðara hafa þeir bein áhrif á hitauppstreymi, agnamyndun, spennudreifingu skífa, stöðugleika ferla og að lokum á afköst tækja.

Sérstaklega í framleiðslu á 300 mm skífum, framleiðslu á aflleiðurum og framleiðslu á þriðju kynslóð hálfleiðara, eru kísilkarbíð keramikskífubátar að koma hratt í stað hefðbundinna kvars-byggðra burðarkerfa vegna framúrskarandi varma- og vélrænna eiginleika þeirra.

Hvað er kísilkarbíð keramikskífubátur?

Kísilkarbíð keramikskífubátur er háhitastigs skífuburðargrind úr háþróaðri kísilkarbíð keramik. Megintilgangur hennar er að styðja og flytja margar hálfleiðaraskífur á öruggan hátt í gegnum lóðrétt eða lárétt ofnkerfi meðan á hitameðferð stendur.

Dæmigerður skífubátur inniheldur margar nákvæmnishannaðar skífuraufar sem eru hannaðar til að viðhalda mjög stýrðu bili milli skífna meðan á vinnslu stendur. Eftir því hvaða notkun er notuð getur uppbyggingin einnig innihaldið stuðningsbjálka, sveigjanlegar arma, loftflæðisbjartsýni og léttar styrktarhlutar sem eru hannaðir til að lágmarka varmamassa.

Í hálfleiðaraofnakerfum þjóna skífubátar í raun sem tengiflötur milli skífnanna og varmavinnsluumhverfisins. Þar sem stærð tækjanna heldur áfram að minnka í átt að háþróaðri tækni, getur jafnvel smásæ óstöðugleiki innan uppbyggingar skífunnar haft áhrif á endurtekningarhæfni ferla og gallaafköst.

Þetta er ein af ástæðunum fyrir því að háþróaðir ofnaframleiðendur eru í auknum mæli að nota hágæða kísilkarbíð keramikíhluti í stað hefðbundinna bræddra kvarskerfa.

Hlutverkiðsí dreifingar- og oxunarofnakerfum

Dreifing og oxun eru enn meðal grundvallarhitaferla í framleiðslu hálfleiðara. Þessi ferli eru mikið notuð til virkjunar efnis, vaxtar hitaoxíðs, glæðingar, dreifingar í innkeyrslu og myndunar rafsvörunar.

Algengt rekstrarhitastig er á bilinu um það bil 900°C til 1200°C, allt eftir efnafræði ferlisins og kröfum tækisins. Í sumum háþróuðum aflleiðurum eða SiC-tækjum geta hitasveiflur farið yfir 1300°C.

Við þessar aðstæður verður skífubáturinn að viðhalda víddarstöðugleika yfir lengri hitahringrás, en jafnframt að lágmarka mengun og varðveita einsleitt bil á milli skífna.

Hefðbundnir kvarsskífubátar hafa lengi verið notaðir í dreifiofnum vegna mikils hreinleika þeirra og tiltölulega lágs kostnaðar. Hins vegar sýna kvarsefni tiltölulega litla varmaleiðni — venjulega um 1,4 W/m·K við stofuhita.

Til samanburðar sýnir kísilkarbíðkeramik venjulega varmaleiðni á bilinu um það bil 120 ~ 200 W/m·K, allt eftir gerð og örbyggingu.

Þessi dramatíska munur bætir verulega jafnvægi hitastigs í öllu ofninum.

Meiri varmaleiðni gerir kleift:

● Jafnari upphitun á skífum

● Minnkuð hitahalli

● Bætt samræmi milli skífu

● Minni uppsöfnun hitauppstreymis

● Minnkuð áhrif á brúnir við oxun eða dreifingu

Í háþróaðri hálfleiðaraframleiðslu, þar sem ferlisgluggar halda áfram að þrengjast, hafa þessar umbætur bein áhrif á einsleitni filmunnar og samræmi í rafmagnsafköstum.

SiC skífubátar bjóða einnig upp á mun meiri vélræna stífleika samanborið við kvarsbyggingar. Þetta verður sífellt mikilvægara í lóðréttum ofnkerfum sem vinna úr stórum lotum af 300 mm skífum, þar sem lengd bátanna og vélræn álag getur orðið veruleg.

Minni aflögun hjálpar til við að varðveita nákvæma bil á milli skífa og stöðuga gasflæðishegðun allan hitaferilinn.

Lykileiginleikar kísilkarbíðs keramikskífubáta

Vaxandi vinsældir kísilkarbíðskífubáta eru fyrst og fremst vegna einstakrar samsetningar varma-, vélrænna og efnafræðilegra eiginleika kísilkarbíðkeramiksins.

Helstu líkamleg einkenni

Þessir eiginleikar gera kísilkarbíð keramikbyggingum kleift að viðhalda víddarstöðugleika við langvarandi hitahringrás, en hefðbundnir kvarsþættir geta byrjað að mýkjast eða afmyndast.

Mikil stífleiki kísilkarbíðs dregur einnig úr titringi og vélrænum óstöðugleika við hleðslu og losun skífa í ofninum.

Helstu efnisgerðir fyrir kísilkarbíðskífubáta

Nútíma kísilkarbíðskífubátar eru framleiddir með ýmsum mismunandi efnistækni, sem hver um sig er fínstilltur fyrir tiltekið ferlisumhverfi og kröfur um hagkvæmni.

Endurkristölluð kísillkarbíð (RSiC) er mikið notað í háhitaofnum vegna framúrskarandi hreinleika þess og hitastöðugleika. Framleiðsluferlið fyrir RSiC krefst ekki þess að bæta við miklu magni af sintrunarefnum, sem hjálpar til við að lágmarka mengunarhættu í hálfleiðaraumhverfi.

Kísillkarbíð sem hefur verið sintrað með viðbrögðum (RBSC eða RBSiC) býður upp á meiri vélrænan styrk og lægri framleiðslukostnað. Hins vegar getur frítt kísill í burðarvirkinu dregið úr tæringarþoli þess í ákveðnum tærandi ferlisumhverfum.

Fyrir háþróaðar hálfleiðaraforrit eru CVD kísillkarbíðhúðuð grafítkerfi sífellt algengari. Í þessum mannvirkjum veitir grafítundirlagið léttan vélrænan stuðning, en hágæða efnagufuútfelling kísillkarbíðhúðun (CVD) myndar ferlisviðmótið.

CVD kísilkarbíð húðun einkennist af afar lágum agnamyndunarhraða og einstakri hreinleika, sem gerir hana mjög aðlaðandi fyrir framleiðslu á háþróaðri rökfræði og aflleiðurum. Hins vegar verður að hafa eftirlit með heilleika húðunarinnar og ósamræmi í varmaþenslustuðlum til að koma í veg fyrir sprungur eða skemmdir við endurtekna varmaþensluhringrás.

Algengar áskoranir í ferlum

Þrátt fyrir afkastamikla kosti kísilkarbíðs keramikskífubáta standa þeir enn frammi fyrir fjölmörgum verkfræðilegum áskorunum í raunverulegum hálfleiðaraframleiðsluumhverfum.

Mengun agna er enn eitt af alvarlegustu vandamálunum. Þegar stærð tækja minnkar verður tap á afköstum vegna agna sífellt verra. Jafnvel rusl á stærð við örsprungur, skemmdir á húðun eða niðurbrot á yfirborði getur valdið banvænum göllum á háþróuðum skífum.

Sprungur af völdum hitaspennu eru önnur langvarandi áskorun. Þótt kísillkarbíð hafi framúrskarandi hitastöðugleika er það tiltölulega brothætt keramikefni. Hröð upphitun eða staðbundin ójöfn hitastig getur leitt til sprungna í hornum burðarvirkisins, skífugrópum eða gatnamótum bjálka.

Langtíma hitahringrás getur einnig leitt til stigvaxandi aflögunar eða skriðs, sérstaklega í stórum skífubátum sem notaðir eru í lóðréttum ofnkerfum. Jafnvel minniháttar rúmfræðilegar breytingar geta breytt bili milli skífa og einsleitni gasflæðis og þar með haft áhrif á stjórnun oxíðþykktar og samræmi í dreifingu efnisins.

Aflögun CVD húðunar er annað mikilvægt áreiðanleikamál í húðuðum SiC kerfum. Þar sem grafít undirlagið og SiC húðunin sýna mismunandi hitauppþensluhegðun, leiðir endurtekin háhitahringrás að lokum til spennusöfnunar á viðmótinu.

Niðurstaða

Í kerfum fyrir dreifingu og oxun hálfleiðara gegna kísilkarbíð keramikflísar mikilvægu hlutverki í að viðhalda hitastöðugleika, stjórna mengun og tryggja einsleitni í ferlum við mjög erfiðar rekstraraðstæður. Mikil hitaleiðni þeirra, framúrskarandi vélræn stífleiki, háhitaþol og efnafræðilegur stöðugleiki gera þá sífellt ómissandi í háþróaðri framleiðslu hálfleiðara.

Þar sem tækni í hálfleiðaraframleiðslu heldur áfram að þróast, verða sífellt flóknari og kröfur um gallaeftirlit verða sífellt strangari, mun mikilvægi háþróaðra burðarkerfa fyrir keramikskífur aðeins halda áfram að aukast. Í nútíma verksmiðjum má að lokum rekja margar áskoranir sem tengjast ögnastjórnun, hitajafnvægi og áreiðanleika til samspils hitabreytinga, stöðugleika efnisins og hönnunar burðarkerfisins.

Þar af leiðandi eru kísilkarbíð keramikskífur að þróast hratt úr hjálparvélbúnaði í ofna í mikilvæga íhluti fyrir næstu kynslóð hálfleiðaraframleiðslu.