مكونات وتطبيقات كوارتز أشباه الموصلات الشائعة

ينتمي الكوارتز إلى النظام البلوري المثلثي، وهو عبارة عن بلورة معدنية ذات إطار ثلاثي الأبعاد مكونة من ثاني أكسيد السيليكون. عادةً ما يكون الكوارتز النقي عديم اللون وشفافًا، ولكنه يأخذ مجموعة متنوعة من الأشكال نتيجة لتتبع الأيونات الصبغية أو الشوائب المشتتة بدقة أو تكوين مراكز الألوان. مع خصائص ممتازة متعددة، يتم تطبيق الكوارتز على نطاق واسع في عمليات مختلفة لتصنيع أشباه الموصلات، ويؤثر أدائه وجودته بشكل مباشر على إنتاجية وأداء وتكلفة أجهزة أشباه الموصلات.

1. بوتقة الكوارتز

البوتقات الكوارتزيتم استخدامها للاحتفاظ بالمواد الخام للسيليكون متعدد البلورات في عملية نمو السيليكون أحادي البلورات ذات درجة الحرارة العالية. لضمان مواد دعم مستقرة، يجب أن تتمتع بوتقات الكوارتز بثبات ممتاز في درجات الحرارة العالية (نقطة الانصهار> 1700 درجة مئوية) ومعامل تمدد حراري منخفض لتحمل تحديات ظروف التشغيل القاسية ذات درجات الحرارة العالية. يجب تصنيع بوتقات الكوارتز لتطبيقات أشباه الموصلات من كوارتز عالي النقاء بدرجة 4N8 أو أعلى. يمكن لهذه الاختيارات الحكيمة للمواد أن تقلل بشكل فعال من مخاطر التلوث البلوري الناتج عن ترسيب الشوائب من بوتقة الكوارتز بسبب ارتفاع درجة الحرارة.

تعمل أنابيب فرن الكوارتز عادةً كغرف تفاعل ذات درجة حرارة عالية لعمليات تصنيع الرقاقات المختلفة مثل الانتشار والأكسدة وترسيب البخار الكيميائي (CVD). لذاأنابيب فرن الكوارتزتحتاج إلى أن تتميز بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية لمنعها من التشوه أو التليين الناتج عن البيئات ذات درجات الحرارة العالية. في بعض العمليات، تكون المعالجة بإزالة الهيدروكسيل مطلوبة لتقليل تأثير مجموعات الهيدروكسيل على الاستقرار الحراري. يتطلب تصنيع أنابيب أفران الكوارتز أيضًا مادة كوارتز عالية النقاء مع محتوى شوائب معدنية أقل من 1 جزء في المليون لمنع الشوائب من الترسيب أثناء عملية التفاعل والتأثير على نتائج معالجة الرقاقة.

تُستخدم قوارب الكوارتز عادةً جنبًا إلى جنب مع أنابيب فرن الكوارتز لحمل ونقل العشرات إلى المئات من الرقائق. لذلك،قوارب الكوارتزتحتاج عادةً إلى امتلاك نفس المقاومة الممتازة لدرجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، والأداء المستقر والموثوق من حيث القوة الميكانيكية مثل أنابيب فرن الكوارتز.

حلقات التركيز الكوارتزتم تصميمها خصيصًا لعمليات النقش الجاف. يتم تركيبها عادةً حول الرقاقات لحصر البلازما ومجانستها، مما يضمن بشكل فعال توحيد معدل النقش والنقش على الرقاقة. تتطلب بيئة التشغيل هذه أن تتمتع حلقات التركيز الكوارتز بمقاومة قوية لتآكل البلازما، ودقة أبعاد عالية للغاية، وسطح أملس لمنع التفريغ غير الطبيعي أو توليد الجسيمات.