Зошто SiC керамичките плотни се неопходни за полупроводнички дифузни и оксидациски печки

Бидејќи процесите на производство на полупроводници продолжуваат да се развиваат кон поголеми големини на плочки, построги термички буџети и пониски толеранции на дефекти, материјалите што се користат во опремата за процеси на висока температура стануваат сè поважни. Меѓу овие клучни потрошни материјали и структурни компоненти, керамичките плочки од силициум карбид (SiC) се појавија како една од најважните технологии што овозможуваат развој во современите системи за печки за дифузија и оксидација.

Во напредните средини за производство на полупроводници, тие директно влијаат на термичката униформност, генерирањето на честички, распределбата на стресот на плочките, стабилноста на процесот и, на крајот, на приносот на уредот.

Особено во производството на плочки од 300 мм, производството на енергетски полупроводници и производството на полупроводници од трета генерација, плочките од силициум-карбид-керамика брзо ги заменуваат традиционалните системи за носење базирани на кварц поради нивните супериорни термички и механички својства.

Што е брод од силициум карбидна керамика?

Керамичкиот брод за плочки од силициум карбид е структура за носење плочки на висока температура, изработена од напредна керамика базирана на силициум карбид. Неговата примарна намена е безбедно да поддржува и транспортира повеќе полупроводнички плочки низ вертикални или хоризонтални системи на печки за време на операциите на термичка обработка.

Типичен брод за плочки содржи повеќе прецизно конструирани слотови за плочки, дизајнирани да одржуваат високо контролирано растојание помеѓу плочките за време на обработката. Во зависност од примената, структурата може да вклучува и потпорни греди, конзолни краци, геометрии оптимизирани за проток на воздух и лесни делови за зајакнување, дизајнирани да ја минимизираат топлинската маса.

Во системите со полупроводнички печки, плочките од плочка ефикасно служат како интерфејс помеѓу плочките и околината за термичка обработка. Бидејќи димензиите на уредот продолжуваат да се намалуваат кон јазлите со напредна технологија, дури и микроскопските нестабилности во рамките на структурата за поддршка на плочките можат да влијаат на повторувањето на процесот и перформансите на дефектите.

Ова е една од причините зошто напредните производители на печки сè повеќе прифаќаат керамички компоненти од силициум карбид со висока чистота наместо традиционални системи со фузиран кварц.

Улогатаsво системи на печки за дифузија и оксидација

Дифузијата и оксидацијата остануваат меѓу најфундаменталните термички процеси во производството на полупроводници. Овие процеси се широко користени за активирање на допанти, термички раст на оксиди, жарење, дифузија со погон и формирање на диелектрик.

Типичните работни температури се движат од приближно 900°C до 1200°C, во зависност од хемијата на процесот и барањата на уредот. Во некои напредни апликации на енергетски полупроводници или SiC уреди, термичките циклуси може да надминат 1300°C.

Под овие услови, пловниот објект од плочката мора да одржува димензионална стабилност во текот на продолжени термички циклуси, минимизирајќи ја контаминацијата и одржувајќи го рамномерното растојание помеѓу плочките.

Традиционалните кварцни плотни долго време се користат во дифузиони печки поради нивната висока чистота и релативно ниска цена. Сепак, кварцните материјали покажуваат релативно ниска топлинска спроводливост - обично околу 1,4 W/m·K на собна температура.

За споредба, силициум-карбидната керамика обично покажува вредности на топлинска спроводливост кои се движат од приближно 120 ~ 200 W/m·K во зависност од степенот и микроструктурата.

Оваа драматична разлика значително ја подобрува униформноста на температурата низ целото оптоварување на печката.

Повисоката топлинска спроводливост овозможува:

● Порамномерно загревање на плочки

● Намалени термички градиенти

● Подобрена конзистентност од плочка до плочка

● Пониска акумулација на термички стрес

● Намалени ефекти на рабовите за време на оксидација или дифузија

Во напредното производство на полупроводници, каде што прозорците на процесите продолжуваат да се стеснуваат, овие подобрувања директно влијаат на униформноста на филмот и конзистентноста на електричните перформанси.

Бродовите од SiC плотни, исто така, обезбедуваат значително поголема механичка цврстина во споредба со кварцните конструкции. Ова станува сè поважно во вертикалните системи за печки кои обработуваат големи серии од плотни од 300 mm, каде што должината на бродот и механичкото оптоварување можат да станат значајни.

Намалената деформација помага да се зачува прецизното растојание помеѓу плочките и стабилното однесување на протокот на гас во текот на целиот термички циклус.

Клучни физички својства на силициум-карбидни керамички пловни чамци

Растечката популарност на чамците од силициум карбид се должи првенствено на единствената комбинација на термички, механички и хемиски својства на силициум карбидната керамика.

Клучни физички карактеристики

Овие својства им овозможуваат на силициум-карбидните керамички структури да одржуваат димензионална стабилност при продолжено термичко циклусирање, додека традиционалните кварцни компоненти може да почнат да омекнуваат или деформираат.

Високата цврстина на силициум карбидот, исто така, ги намалува вибрациите и механичката нестабилност за време на товарењето и истоварувањето на плочките во печката.

Главни типови материјали за чамци од силициум карбид

Современите пловни објекти од силициум карбид се произведуваат со користење на различни технологии на материјали, секоја оптимизирана за специфични процесни средини и барања за економичност.

Рекристализираниот силициум карбид (RSiC) е широко користен во високотемпературни печки поради неговата одлична чистота и термичка стабилност. Процесот на производство на RSiC не бара додавање на значителни количини на помагала за синтерување, што помага да се минимизира ризикот од контаминација во полупроводнички средини.

Реакционо-синтерираниот силициум карбид (RBSC или RBSiC) нуди поголема механичка цврстина и пониски трошоци за производство. Сепак, преостанатиот слободен силициум во структурата може да ја намали неговата отпорност на корозија во одредени корозивни процесни средини.

За напредни полупроводнички апликации, графитните системи обложени со CVD силициум карбид стануваат сè почести. Во овие структури, графитната подлога обезбедува лесна механичка потпора, додека облогата од силициум карбид со висока чистота со хемиско таложење на пареа (CVD) ја формира интерфејсот на процесот.

CVD силициум карбидните премази се одликуваат со екстремно ниски стапки на генерирање честички и исклучителна чистота, што ги прави многу привлечни за производство на напредни логички и енергетски полупроводници. Сепак, интегритетот на премазот и несоодветните коефициенти на термичка експанзија мора внимателно да се контролираат за да се спречи пукање или деламинација за време на повторени термички циклуси.

Чести предизвици во процесот

И покрај предностите во перформансите на пловните плочи од силициум карбид, тие сè уште се соочуваат со бројни инженерски предизвици во реалните средини за производство на полупроводници.

Контаминацијата со честички останува едно од најкритичните проблеми. Со намалувањето на големината на уредите, загубите на принос предизвикани од честички стануваат сè посериозни. Дури и остатоци со големина под микрон што произлегуваат од микропукнатини, раслојување на облогата или деградација на површината можат да предизвикаат фатални дефекти на напредните плочки.

Термичкото напукнување од стрес е уште еден долгогодишен предизвик. Иако силициум карбидот поседува одлична термичка стабилност, тој останува релативно кршлив керамички материјал. Брзото загревање или локализираната нерамномерност на температурата може да доведе до пукнатини на структурните агли, жлебовите на плочките или пресеците на гредите.

Долгорочното термичко циклирање може да доведе и до постепена деформација или ползење, особено кај големите пловни плочи што се користат во вертикални системи за печки. Дури и мали геометриски промени можат да го променат растојанието меѓу плочките и униформноста на протокот на гас, со што ќе влијаат на контролата на дебелината на оксидот и конзистентноста на распределбата на допантот.

Деламинацијата на CVD премазот е уште едно критично прашање на сигурност кај обложените SiC системи. Бидејќи графитната подлога и SiC премазот покажуваат различно однесување на термичка експанзија, повторените циклуси на висока температура на крајот доведуваат до акумулација на стрес на интерфејсот.

Заклучок

Во системите за печки за дифузија и оксидација на полупроводници, керамичките плотни од силициум карбид играат клучна улога во одржувањето на термичката стабилност, контролирањето на контаминацијата и обезбедувањето униформност на процесот под екстремно сурови работни услови. Нивната висока топлинска спроводливост, одличната механичка цврстина, отпорноста на високи температури и хемиската стабилност ги прават сè понеопходни во напредното производство на полупроводници.

Како што технологиите за полупроводнички процеси продолжуваат да се развиваат, станувајќи сè посложени, а барањата за контрола на дефекти стануваат сè построги, важноста на напредните керамички системи за носење плочки само ќе продолжи да расте. Во современите фабрики, многу предизвици поврзани со контролата на честичките, термичката униформност и сигурноста на крајот може да се проследат до меѓусебната интеракција помеѓу однесувањето на термичкиот циклус, стабилноста на материјалот и дизајнот на системот за носење плочки.

Следствено, пловните плочи од силициум карбид-керамичка основа брзо се развиваат од помошен хардвер за печки во критични компоненти за производство на полупроводници од следната генерација.