Cos'è una barca al quarzo?

La barca al quarzo è un componente di cuscinetto chiave utilizzato nel processo di produzione dei semiconduttori, utilizzato principalmente per l'elaborazione ad alta temperatura di wafer, come diffusione, ossidazione e ricottura. La sua eccellente stabilità termica, basse caratteristiche di inquinamento e resistenza alla corrosione lo rendono un materiale indispensabile nel settore dei semiconduttori. Questo articolo elaborerà il materiale, le proprietà fisiche, la classificazione, gli scenari di applicazione e le differenze tra barca al quarzo e barca di grafite PECVD.

Ⅰ. Materiale di barca al quarzo

Il componente principale del vettore di quarzo è il biossido di silicio di alta purezza (SIO₂) e la purezza di solito deve raggiungere oltre il 99,99% (grado di semiconduttore). Questo materiale al quarzo ad alta purezza garantisce che il vettore di quarzo non introdurrà impurità durante il processo di produzione dei semiconduttori per ridurre la contaminazione delle impurità dei metalli sul wafer.

Secondo il processo di preparazione, i materiali al quarzo possono essere divisi in due categorie:

● Quarzo naturale: realizzato con purificazione cristallina, con un alto contenuto di idrossile (circa 100-200 ppm), a basso costo e tolleranza debole a cambiamenti improvvisi ad alta temperatura.

● Quarzo sintetico: sintetizzato mediante deposizione di vapore chimico (CVD) o elettrofusione, con contenuto di idrossile (-OH) basso (<1 ppm), migliore stabilità termica e adatto a processi ad alta temperatura (come ossidazione e diffusione).

Inoltre, alcune barche al quarzo sono drogate con metalli come il titanio (TI) o l'alluminio (AL) per migliorare la resistenza alla deformazione o regolare la trasmittanza della luce per soddisfare le esigenze dei processi UV.

Ⅱ. Quali sono le principali proprietà fisiche delle barche al quarzo?

● Resistenza ad alta temperatura: Il punto di fusione del quarzo è alto quanto 1713 ° C e può funzionare stabilmente a 1200 ° C per lungo tempo e resistere a 1500 ° C per un breve periodo.

● Coefficiente di espansione termica bassa: Il coefficiente di espansione termica è solo 0,55 × 10⁻⁶/° C. Questa eccellente prestazione garantisce stabilità dimensionale ad alte temperature ed evita il crack a causa dello stress termico.

● Inertezza chimica: Ad eccezione dell'acido idrofluorico (HF) e dell'acido fosforico caldo, il quarzo può resistere ad acidi forti, alcali forti e più gas corrosivi (come Cl₂, O₂).

● Isolamento elettrico: La resistività è alta quanto 10¹⁶ω · cm, evitando interferenze con la distribuzione del campo elettrico del processo al plasma.

● Trasmittanza della luce: Eccellente trasmittanza nella banda ultravioletta a infrarossa (＞ 90%), adatta per processi assistiti dalla luce (come la cura ultravioletta).

Iii. Classificazione delle barche al quarzo

Secondo diverse strutture di design e scenari di utilizzo, le barche al quarzo possono essere divise nelle seguenti categorie:

● barca in quarzo orizzontale

Applicabile ai forni a tubi orizzontali (fornace di diffusione orizzontale), utilizzati per ossidazione, diffusione, ricottura e altri processi.

Caratteristiche: possono trasportare wafer da 100-200, di solito con un design aperto o semi-chiuso.

● barca al quarzo verticale

Applicabile ai forni verticali (forno verticali), utilizzati per processi LPCVD, ossidazione e processi di ricottura.

Caratteristiche: più struttura compatta, può aumentare la capacità di carico del wafer e ridurre la contaminazione delle particelle durante il processo.

● barca al quarzo personalizzata

Progettato in base ai diversi requisiti di processo, è possibile utilizzare un supporto a wafer singolo o una struttura di serraggio speciale per ottimizzare gli effetti di elaborazione dei wafer.

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IV. Quali sono gli scenari di applicazione della barca al quarzo nella produzione di semiconduttori?

Le barche al quarzo sono ampiamente utilizzate in molti collegamenti di processo chiave della produzione di semiconduttori, principalmente includendo i seguenti scenari di applicazione:

4.1 Ossidazione termica

● Descrizione del processo: il wafer è riscaldato in un ambiente di ossigeno o vapore acqueo ad alta temperatura per formare un film di biossido di silicio (SIO₂).

● Caratteristiche della barca al quarzo:

1) Elevata resistenza al calore, può resistere a temperature elevate di 1000 ~ 1200 ° C.

2) Inertezza chimica, le barche al quarzo sono resistenti agli acidi forti, al forti alcali e alla maggior parte dei gas corrosivi, quindi può evitare di influenzare la qualità del film di ossido.

4.2 Processo di diffusione

● Descrizione del processo: le impurità (come fosforo e boro) sono diffuse nel wafer di silicio in condizioni di alta temperatura per formare uno strato di doping.

● Caratteristiche della barca in quarzo:

1) Bassa contaminazione, impedendo alla contaminazione del metallo di influire sulla distribuzione della concentrazione di doping.

2) Elevata stabilità termica, con un coefficiente di espansione termica di soli 0,55 × 10⁻⁶/° C, garantendo un processo di diffusione uniforme.

4.3 Processo di ricottura

● Descrizione del processo: il trattamento ad alta temperatura viene utilizzato per rimuovere lo stress, migliorare la struttura del cristallo del materiale o attivare lo strato di impianto ionico.

● Caratteristiche della barca in quarzo:

1) Con un punto di fusione fino a 1713 ° C, può resistere a riscaldamento e raffreddamento rapidi per evitare le crepe causate da stress termico.

2) Controllo delle dimensioni preciso per garantire il riscaldamento uniforme.

4.4 Deposizione di vapore chimico a bassa pressione (LPCVD)

● Descrizione del processo: in un ambiente a bassa pressione, un film sottile uniforme come il nitruro di silicio (Si₃n₄) si forma attraverso una reazione di fase gassosa.

● Caratteristiche della barca al quarzo:

1) Adatto per tubi di forno verticali, può ottimizzare l'uniformità della deposizione del film.

2) Bassa contaminazione da particelle, migliora la qualità del film.

Ⅴ. Quali sono le differenze tra la barca al quarzo e la barca di grafite PECVD?

Scenari di differenza tipica:

● Processo PECVD: Le barche di grafite possono ottimizzare l'uniformità del plasma a causa della loro conduttività e non richiedono le prestazioni ad alta temperatura del quarzo in ambienti a bassa temperatura (300-400 ° C).

● Fornace di ossidazione ad alta temperatura: Le barche al quarzo Veteksemicon sono insostituibili per la loro resistenza ad alta temperatura, mentre la grafite è facilmente ossidata per generare CO/CO₂ ad alte temperature in un ambiente di ossigeno, che inquina la camera.