سيراميك SiC: المادة التي لا غنى عنها للمكونات عالية الدقة في تصنيع أشباه الموصلات

يمتلك SiC مزيجًا فريدًا من الخصائص المرغوبة، بما في ذلك الكثافة العالية، والتوصيل الحراري العالي، وقوة الانحناء العالية، ومعامل المرونة العالي، ومقاومة التآكل القوية، والاستقرار الممتاز في درجات الحرارة العالية. إن مقاومتها لتشوه إجهاد الانحناء والإجهاد الحراري تجعلها مناسبة بشكل استثنائي للبيئات القاسية والتآكل وعالية الحرارة جدًا التي تواجهها في عمليات التصنيع الحرجة مثل تنضيد الرقاقة والحفر. ونتيجة لذلك، وجد SiC تطبيقات واسعة النطاق في مختلف مراحل تصنيع أشباه الموصلات، بما في ذلك الطحن والتلميع، والمعالجة الحرارية (التليين، والأكسدة، والانتشار)، والطباعة الحجرية، والترسيب، والحفر، وزرع الأيونات.

1. الطحن والتلميع: محفزات طحن SiC

بعد تقطيع السبائك، غالبًا ما تظهر الرقائق حواف حادة، ونتوءات، وتقطيع، وشقوق صغيرة، وعيوب أخرى. لمنع هذه العيوب من المساس بقوة الرقاقة، وجودة السطح، وخطوات المعالجة اللاحقة، يتم استخدام عملية الطحن. يعمل الطحن على تنعيم حواف الرقاقة، ويقلل من اختلافات السُمك، ويحسن توازي السطح، ويزيل الضرر الناتج عن عملية التقطيع. يعد الطحن على الوجهين باستخدام ألواح الطحن هو الطريقة الأكثر شيوعًا، مع التقدم المستمر في مادة اللوحة، وضغط الطحن، وسرعة الدوران، مما يؤدي باستمرار إلى تحسين جودة الرقاقة.

آلية طحن على الوجهين

تقليديا، كانت ألواح الطحن مصنوعة في المقام الأول من الحديد الزهر أو الفولاذ الكربوني. ومع ذلك، تعاني هذه المواد من قصر العمر، ومعاملات التمدد الحراري العالية، وقابلية التآكل والتشوه الحراري، خاصة أثناء الطحن أو التلميع عالي السرعة، مما يجعل من الصعب تحقيق تسطيح وتوازي الرقاقة بشكل متسق. أدى ظهور ألواح طحن السيراميك SiC، بصلابتها الاستثنائية، ومعدل تآكلها المنخفض، ومعامل التمدد الحراري الذي يتطابق بشكل وثيق مع السيليكون، إلى الاستبدال التدريجي للحديد الزهر والفولاذ الكربوني. هذه الخصائص تجعل ألواح طحن SiC مفيدة بشكل خاص لعمليات الطحن والتلميع عالية السرعة.

2. المعالجة الحرارية: حاملات رقائق SiC ومكونات غرفة التفاعل

تعتبر خطوات المعالجة الحرارية مثل الأكسدة، والانتشار، والتليين، وصناعة السبائك جزءًا لا يتجزأ من تصنيع الرقاقات. تعتبر مكونات السيراميك SiC حاسمة في هذه العمليات، في المقام الأول كحاملات للرقائق للنقل بين خطوات المعالجة وكمكونات داخل غرف التفاعل لمعدات المعالجة الحرارية.

(1)المؤثرات النهائية الخزفية (الأذرع):

أثناء إنتاج رقاقة السيليكون، غالبًا ما تكون المعالجة بدرجة حرارة عالية مطلوبة. تُستخدم الأذرع الميكانيكية المجهزة بمؤثرات نهائية متخصصة بشكل شائع في نقل ومناولة وتحديد مواقع رقائق أشباه الموصلات. يجب أن تعمل هذه الأذرع في بيئات غرف الأبحاث، غالبًا تحت فراغ، ودرجات حرارة عالية، وبيئات غازية مسببة للتآكل، مما يتطلب قوة ميكانيكية عالية، ومقاومة للتآكل، واستقرارًا في درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، والصلابة، والعزل الكهربائي. على الرغم من أن تصنيع الأذرع الخزفية المصنوعة من كربيد السيليكون أكثر تكلفة وصعبة، إلا أنها تتفوق على بدائل الألومينا في تلبية هذه المتطلبات الصارمة.

المؤثر النهائي من السيراميك Semicorex SiC

(2) مكونات غرفة التفاعل:

تعمل معدات المعالجة الحرارية، مثل أفران الأكسدة (الأفقية والرأسية) وأنظمة المعالجة الحرارية السريعة (RTP)، عند درجات حرارة مرتفعة، مما يستلزم مواد عالية الأداء لمكوناتها الداخلية. إن مكونات SiC الملبدة عالية النقاء، مع قوتها وصلابتها الفائقة ومعامل المرونة والصلابة والتوصيل الحراري ومعامل التمدد الحراري المنخفض، لا غنى عنها لبناء غرف التفاعل لهذه الأنظمة. تشمل المكونات الرئيسية القوارب العمودية، والركائز، وأنابيب البطانة، والأنابيب الداخلية، والألواح الحاجزة.

مكونات غرفة التفاعل

3. الطباعة الحجرية: مراحل SiC والمرايا الخزفية

الطباعة الحجرية، وهي خطوة حاسمة في تصنيع أشباه الموصلات، تستخدم نظامًا بصريًا لتركيز الضوء وإسقاطه على سطح الرقاقة، ونقل أنماط الدوائر للحفر اللاحق. إن دقة هذه العملية تحدد بشكل مباشر أداء وإنتاجية الدوائر المتكاملة. باعتبارها واحدة من أكثر المعدات تطورًا في تصنيع الرقائق، تشتمل آلة الطباعة الحجرية على مئات الآلاف من المكونات. لضمان أداء الدائرة ودقتها، يتم وضع متطلبات صارمة على دقة كل من العناصر البصرية والمكونات الميكانيكية داخل نظام الطباعة الحجرية. يلعب سيراميك SiC دورًا حيويًا في هذا المجال، خاصة في مراحل الرقاقة والمرايا الخزفية.

هندسة نظام الطباعة الحجرية

(1)مراحل الويفر:

مراحل الطباعة الحجرية هي المسؤولة عن الإمساك بالرقاقة وأداء حركات دقيقة أثناء التعرض. قبل كل تعرض، يجب محاذاة الرقاقة والمرحلة بدقة النانومتر، تليها المحاذاة بين النبائط والمرحلة لضمان نقل النمط الدقيق. وهذا يتطلب تحكمًا آليًا عالي السرعة وسلسًا ودقيقًا للغاية للمرحلة بدقة على مستوى النانومتر. لتلبية هذه المتطلبات، غالبًا ما تستخدم مراحل الطباعة الحجرية سيراميك SiC خفيف الوزن مع ثبات استثنائي للأبعاد، ومعاملات تمدد حراري منخفضة، ومقاومة للتشوه. وهذا يقلل من القصور الذاتي، ويقلل من حمل المحرك، ويعزز كفاءة الحركة، ودقة تحديد المواقع، والاستقرار.

(2)مرايا السيراميك:

يعد التحكم المتزامن في الحركة بين مرحلة الرقاقة ومرحلة الشبيكة أمرًا بالغ الأهمية في الطباعة الحجرية، مما يؤثر بشكل مباشر على الدقة الإجمالية وإنتاجية العملية. تعد مرايا المسرح جزءًا لا يتجزأ من نظام المسح الضوئي للمسرح ونظام قياس ردود الفعل لتحديد المواقع. يستخدم هذا النظام مقاييس التداخل لإصدار حزم قياس تنعكس من مرايا المسرح. من خلال تحليل الحزم المنعكسة باستخدام مبدأ دوبلر، يحسب النظام تغيرات موضع المرحلة في الوقت الفعلي، مما يوفر ردود فعل لنظام التحكم في الحركة لضمان التزامن الدقيق بين مرحلة الرقاقة ومرحلة الشبيكة. في حين أن سيراميك SiC خفيف الوزن مناسب لهذا التطبيق، فإن تصنيع مثل هذه المكونات المعقدة يمثل تحديات كبيرة. في الوقت الحالي، يستخدم مصنعو معدات الدوائر المتكاملة في المقام الأول السيراميك الزجاجي أو الكوردييريت لهذا الغرض. ومع ذلك، مع التقدم في علوم المواد وتقنيات التصنيع، نجح الباحثون في أكاديمية مواد البناء الصينية في تصنيع مرايا سيراميك كبيرة الحجم ومعقدة الشكل وخفيفة الوزن ومغلقة بالكامل وغيرها من المكونات البصرية الهيكلية الوظيفية لتطبيقات الطباعة الحجرية.

(3)الأغشية الرقيقة للقناع الضوئي:

تُستخدم الأقنعة الضوئية، المعروفة أيضًا باسم الشبيكات، لنقل الضوء بشكل انتقائي وإنشاء أنماط على المواد الحساسة للضوء. ومع ذلك، يمكن أن يسبب تشعيع ضوء الأشعة فوق البنفسجية تسخينًا كبيرًا للقناع الضوئي، ومن المحتمل أن يصل إلى درجات حرارة تتراوح بين 600 و1000 درجة مئوية، مما يؤدي إلى تلف حراري. للتخفيف من حدة ذلك، غالبًا ما يتم ترسيب طبقة رقيقة من SiC على النبائط لتعزيز استقرارها الحراري ومنع التدهور.

4. حفر وترسيب البلازما: حلقات التركيز والمكونات الأخرى

في تصنيع أشباه الموصلات، تستخدم عمليات الحفر البلازما المتولدة من الغازات المتأينة (على سبيل المثال، الغازات المحتوية على الفلور) لإزالة المواد غير المرغوب فيها بشكل انتقائي من سطح الرقاقة، تاركة وراءها أنماط الدوائر المطلوبة. على العكس من ذلك، يتضمن ترسيب الأغشية الرقيقة ترسيب المواد العازلة بين الطبقات المعدنية لتشكيل طبقات عازلة، على غرار عملية الحفر العكسي. تستخدم كلتا العمليتين تقنية البلازما، والتي يمكن أن تسبب تآكلًا لمكونات الغرفة. لذلك، تتطلب هذه المكونات مقاومة ممتازة للبلازما، وتفاعل منخفض مع الغازات المحتوية على الفلور، وموصلية كهربائية منخفضة.

تقليديًا، كانت مكونات معدات الحفر والترسيب، مثل حلقات التركيز، يتم تصنيعها باستخدام مواد مثل السيليكون أو الكوارتز. ومع ذلك، فإن التوجه المستمر نحو تصغير الدوائر المتكاملة (IC) أدى إلى زيادة كبيرة في الطلب على عمليات الحفر عالية الدقة وأهميتها. يستلزم هذا التصغير استخدام البلازما عالية الطاقة للحفر الدقيق على نطاق صغير لتحقيق أحجام ميزات أصغر وهياكل أجهزة معقدة بشكل متزايد.

واستجابة لهذا الطلب، ظهر كربيد السيليكون (SiC) لترسيب البخار الكيميائي (CVD) باعتباره المادة المفضلة للطلاءات والمكونات في معدات الحفر والترسيب. إن خواصه الفيزيائية والكيميائية الفائقة، بما في ذلك النقاء العالي والتوحيد، تجعله مناسبًا بشكل استثنائي لهذا التطبيق المتطلب. حاليًا، تشتمل مكونات CVD SiC في معدات النقش على حلقات التركيز، ورؤوس الدش الغازية، والألواح، وحلقات الحافة. في معدات الترسيب، يتم استخدام CVD SiC لأغطية الحجرة، والبطانات، ومستقبلات الجرافيت المطلية بـ SiC.

حلقة التركيز ومستقبل الجرافيت المطلي بطبقة SiC

إن التفاعل المنخفض لـ CVD SiC مع غازات النقش المعتمدة على الكلور والفلور، إلى جانب موصليتها الكهربائية المنخفضة، يجعلها مادة مثالية لمكونات مثل حلقات التركيز في معدات النقش بالبلازما. تعتبر حلقة التركيز، المتوضعة حول محيط الرقاقة، مكونًا مهمًا يركز البلازما على سطح الرقاقة من خلال تطبيق جهد كهربائي على الحلقة، وبالتالي تعزيز تجانس المعالجة.

مع تقدم تصغير IC، تستمر متطلبات الطاقة والطاقة لنقش البلازما في الارتفاع، خاصة في معدات الحفر بالبلازما المقترنة بالسعة (CCP). وبالتالي، فإن اعتماد حلقات التركيز المستندة إلى SiC يتزايد بسرعة نظرًا لقدرتها على تحمل بيئات البلازما المتزايدة العدوانية.**

شركة Semicorex، باعتبارها شركة مصنعة وموردة ذات خبرة، توفر مواد الجرافيت والسيراميك المتخصصة لصناعة أشباه الموصلات والخلايا الكهروضوئية. إذا كانت لديك أي استفسارات أو كنت بحاجة إلى تفاصيل إضافية، فلا تتردد في الاتصال بنا.

هاتف الاتصال رقم +86-13567891907

البريد الإلكتروني: sales@semicorex.com