SiC Seramikleri: Yarı İletken Üretiminde Yüksek Hassasiyetli Bileşenler için Vazgeçilmez Malzeme

SiC, yüksek yoğunluk, yüksek termal iletkenlik, yüksek bükülme mukavemeti, yüksek elastikiyet modülü, güçlü korozyon direnci ve mükemmel yüksek sıcaklık stabilitesi dahil olmak üzere arzu edilen özelliklerin benzersiz bir kombinasyonuna sahiptir. Bükülme gerilimi deformasyonuna ve termal gerilime karşı direnci, levha epitaksi ve gravür gibi kritik üretim süreçlerinde karşılaşılan sert, aşındırıcı ve ultra yüksek sıcaklıktaki ortamlar için olağanüstü derecede uygun olmasını sağlar. Sonuç olarak SiC, taşlama ve cilalama, termal işlem (tavlama, oksidasyon, difüzyon), litografi, biriktirme, dağlama ve iyon implantasyonu dahil olmak üzere çeşitli yarı iletken üretim aşamalarında yaygın uygulamalar bulmuştur.

1. Taşlama ve Parlatma: SiC Taşlama Süseptörleri

Külçe dilimlemesinden sonra levhalarda sıklıkla keskin kenarlar, çapak, ufalanma, mikro çatlaklar ve diğer kusurlar görülür. Bu kusurların levha mukavemetini, yüzey kalitesini ve sonraki işlem adımlarını olumsuz etkilemesini önlemek için bir taşlama işlemi uygulanır. Taşlama, gofret kenarlarını pürüzsüzleştirir, kalınlık değişimlerini azaltır, yüzey paralelliğini geliştirir ve dilimleme işleminin neden olduğu hasarı ortadan kaldırır. Öğütme plakaları kullanılarak çift taraflı öğütme en yaygın yöntemdir; plaka malzemesinde, öğütme basıncında ve dönme hızında devam eden gelişmeler, gofret kalitesini sürekli olarak geliştirir.

Çift Taraflı Taşlama Mekanizması

Geleneksel olarak öğütme plakaları öncelikle dökme demir veya karbon çeliğinden yapılmıştır. Bununla birlikte, bu malzemeler kısa kullanım ömrüne, yüksek termal genleşme katsayılarına ve özellikle yüksek hızlı taşlama veya cilalama sırasında aşınmaya ve termal deformasyona karşı hassasiyete sahiptir, bu da tutarlı levha düzlüğü ve paralellik elde etmeyi zorlaştırır. Olağanüstü sertlikleri, düşük aşınma hızları ve silikonla yakından eşleşen termal genleşme katsayıları ile SiC seramik öğütme plakalarının ortaya çıkışı, dökme demir ve karbon çeliğinin kademeli olarak değiştirilmesine yol açtı. Bu özellikler SiC taşlama plakalarını yüksek hızlı taşlama ve cilalama işlemleri için özellikle avantajlı kılmaktadır.

2. Termal İşleme: SiC Gofret Taşıyıcıları ve Reaksiyon Odası Bileşenleri

Oksidasyon, difüzyon, tavlama ve alaşımlama gibi termal işlem adımları, levha üretiminin ayrılmaz bir parçasıdır. SiC seramik bileşenleri, öncelikle işlem adımları arasında taşıma için levha taşıyıcıları olarak ve termal işlem ekipmanının reaksiyon odaları içindeki bileşenler olarak bu işlemlerde çok önemlidir.

(1)Seramik Uç Efektörleri (Kollar):

Silikon levha üretimi sırasında genellikle yüksek sıcaklıkta işlem yapılması gerekir. Özel uç efektörlerle donatılmış mekanik kollar, yarı iletken levhaların taşınması, taşınması ve konumlandırılması için yaygın olarak kullanılır. Bu kollar, genellikle vakum, yüksek sıcaklıklar ve aşındırıcı gaz ortamları altında temiz oda ortamlarında çalışmalı ve yüksek mekanik mukavemet, korozyon direnci, yüksek sıcaklık stabilitesi, aşınma direnci, sertlik ve elektrik yalıtımı talep etmelidir. SiC seramik kollar daha pahalı ve üretimi daha zor olsa da, bu sıkı gereklilikleri karşılamada alümina alternatiflerinden daha iyi performans gösteriyor.

Semicorex SiC Seramik Uç Efektörü

(2) Reaksiyon Odası Bileşenleri:

Oksidasyon fırınları (yatay ve dikey) ve Hızlı Termal İşleme (RTP) sistemleri gibi termal işlem ekipmanları, yüksek sıcaklıklarda çalışır ve iç bileşenleri için yüksek performanslı malzemeler gerektirir. Üstün mukavemetleri, sertlikleri, elastikiyet modülleri, sertlikleri, termal iletkenlikleri ve düşük termal genleşme katsayıları ile yüksek saflıkta sinterlenmiş SiC bileşenleri, bu sistemlerin reaksiyon odalarının inşası için vazgeçilmezdir. Anahtar bileşenler arasında dikey tekneler, kaideler, astar borular, iç borular ve bölme plakaları bulunur.

Reaksiyon Odası Bileşenleri

3. Litografi: SiC Aşamaları ve Seramik Aynalar

Yarı iletken üretiminde kritik bir adım olan litografi, ışığı levha yüzeyine odaklamak ve yansıtmak için bir optik sistem kullanır ve daha sonraki gravür için devre modellerini aktarır. Bu sürecin hassasiyeti, entegre devrelerin performansını ve verimini doğrudan belirler. Çip üretimindeki en gelişmiş ekipmanlardan biri olan litografi makinesi yüz binlerce bileşenden oluşur. Devre performansını ve hassasiyetini garanti etmek için, litografi sistemindeki hem optik elemanların hem de mekanik bileşenlerin doğruluğuna sıkı gereksinimler getirilmektedir. SiC seramikleri bu alanda, özellikle levha aşamalarında ve seramik aynalarda hayati bir rol oynamaktadır.

Litografi Sistem Mimarisi

(1)Gofret Aşamaları:

Litografi aşamaları, levhanın tutulmasından ve pozlama sırasında hassas hareketlerin gerçekleştirilmesinden sorumludur. Her pozlamadan önce levha ve tabla nanometre hassasiyetinde hizalanmalı, ardından doğru desen aktarımını sağlamak için fotomask ile tabla arasında hizalama yapılmalıdır. Bu, sahnenin nanometre düzeyinde doğrulukla yüksek hızlı, sorunsuz ve son derece hassas otomatik kontrolünü gerektirir. Bu talepleri karşılamak için litografi aşamalarında genellikle olağanüstü boyutsal stabiliteye, düşük termal genleşme katsayılarına ve deformasyona karşı dirence sahip hafif SiC seramikleri kullanılır. Bu, ataleti en aza indirir, motor yükünü azaltır ve hareket verimliliğini, konumlandırma doğruluğunu ve stabiliteyi artırır.

(2)Seramik Aynalar:

Plaka aşaması ile retikül aşaması arasındaki senkronize hareket kontrolü, litografide çok önemlidir ve sürecin genel doğruluğunu ve verimini doğrudan etkiler. Sahne aynaları, sahne tarama ve konumlandırma geri bildirim ölçüm sisteminin ayrılmaz bileşenleridir. Bu sistem, sahne aynalarından yansıyan ölçüm ışınlarını yaymak için interferometreler kullanır. Sistem, Doppler ilkesini kullanarak yansıyan ışınları analiz ederek, sahnenin konum değişikliklerini gerçek zamanlı olarak hesaplar ve levha aşaması ile retikül aşaması arasında hassas senkronizasyon sağlamak için hareket kontrol sistemine geri bildirim sağlar. Hafif SiC seramikleri bu uygulama için uygun olsa da, bu tür karmaşık bileşenlerin imalatı önemli zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Şu anda ana akım entegre devre ekipmanı üreticileri bu amaç için öncelikle cam seramik veya kordiyerit kullanıyor. Bununla birlikte, malzeme bilimi ve üretim tekniklerindeki ilerlemelerle birlikte, Çin Yapı Malzemeleri Akademisi'ndeki araştırmacılar, litografi uygulamaları için büyük boyutlu, karmaşık şekilli, hafif, tamamen kapalı SiC seramik aynaları ve diğer yapısal-fonksiyonel optik bileşenleri başarıyla ürettiler.

(3)Fotomask İnce Filmleri:

Retiküller olarak da bilinen fotoğraf maskeleri, ışığı seçici olarak iletmek ve ışığa duyarlı malzemeler üzerinde desenler oluşturmak için kullanılır. Ancak EUV ışık ışınlaması, fotomaskın önemli ölçüde ısınmasına neden olabilir ve potansiyel olarak 600 ila 1000 santigrat derece arasındaki sıcaklıklara ulaşarak termal hasara yol açabilir. Bunu hafifletmek için, termal stabiliteyi arttırmak ve bozulmayı önlemek için genellikle fotomaskın üzerine bir SiC ince filmi biriktirilir.

4. Plazma Dağlama ve Biriktirme: Odak Halkaları ve Diğer Bileşenler

Yarı iletken üretiminde, dağlama işlemleri, istenen devre modellerini geride bırakarak, levha yüzeyinden istenmeyen malzemeleri seçici olarak çıkarmak için iyonize gazlardan (örneğin, flor içeren gazlar) üretilen plazmaları kullanır. İnce film biriktirme ise tersine, ters aşındırma işlemine benzer şekilde dielektrik katmanlar oluşturmak için metal katmanlar arasına yalıtım malzemelerinin yerleştirilmesini içerir. Her iki proseste de hazne bileşenlerine zarar verebilecek plazma teknolojisi kullanılmaktadır. Bu nedenle bu bileşenler mükemmel plazma direnci, flor içeren gazlarla düşük reaktivite ve düşük elektrik iletkenliği gerektirir.

Geleneksel olarak, aşındırma ve biriktirme ekipmanındaki odak halkaları gibi bileşenler silikon veya kuvars gibi malzemeler kullanılarak üretiliyordu. Bununla birlikte, entegre devre (IC) minyatürleştirmesine yönelik aralıksız çaba, son derece hassas gravür işlemlerine olan talebi ve bunların önemini önemli ölçüde artırdı. Bu minyatürleştirme, daha küçük özellik boyutlarına ve giderek karmaşıklaşan cihaz yapılarına ulaşmak amacıyla doğru mikro ölçekli gravür için yüksek enerjili plazmaların kullanılmasını gerektirir.

Bu talebe yanıt olarak, Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) silisyum karbür (SiC), aşındırma ve biriktirme ekipmanlarındaki kaplamalar ve bileşenler için tercih edilen malzeme olarak ortaya çıkmıştır. Yüksek saflık ve homojenlik de dahil olmak üzere üstün fiziksel ve kimyasal özellikleri, onu bu zorlu uygulama için son derece uygun kılmaktadır. Şu anda, aşındırma ekipmanındaki CVD SiC bileşenleri arasında odak halkaları, gaz duş başlıkları, merdaneler ve kenar halkaları bulunmaktadır. Biriktirme ekipmanında, oda kapakları, astarlar ve SiC kaplı grafit tutucular için CVD SiC kullanılır.

Odak Halkası ve SiC Kaplamalı Grafit Süseptör

CVD SiC'nin klor ve flor bazlı aşındırma gazlarıyla düşük reaktivitesi ve düşük elektrik iletkenliği, onu plazma aşındırma ekipmanındaki odak halkaları gibi bileşenler için ideal bir malzeme haline getirir. Plaka çevresi etrafına konumlandırılan bir odak halkası, halkaya bir voltaj uygulayarak plazmayı plaka yüzeyine odaklayan ve böylece işlem homojenliğini artıran kritik bir bileşendir.

IC minyatürleştirmesi ilerledikçe, aşındırma plazmalarının güç ve enerji gereksinimleri, özellikle Kapasitif Bağlantılı Plazma (CCP) aşındırma ekipmanında artmaya devam ediyor. Sonuç olarak, giderek agresifleşen bu plazma ortamlarına dayanabilme yetenekleri nedeniyle SiC bazlı odak halkalarının benimsenmesi hızla artıyor.**

Semicorex, deneyimli bir üretici ve tedarikçi olarak Yarı İletken ve Fotovoltaik endüstrisi için Özel Grafit ve Seramik Malzemeler sunmaktadır. Herhangi bir sorunuz varsa veya ek ayrıntılara ihtiyacınız varsa, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.

İletişim telefonu numarası +86-13567891907

E-posta: sales@semicorex.com