Процессы производства в полупроводниковой промышленности

Термический нагрев и контроль температуры имеют решающее значение для успеха задач и нагревательных процессов в полупроводниковой промышленности, а также играют ключевую роль в обеспечении их качества и производительности. Из-за нескольких последних тенденций в полупроводниковой промышленности растет спрос на высокотемпературный контроль, а также на однородные и быстрые решения для теплового нагрева. В Элемаг мы специализируемся на разработке эффективных решений для теплового нагрева и контроля температуры для полупроводниковой промышленности. Наши решения для нагрева разрабатываются на основе нашего понимания полупроводниковых технологий и их сложных требований. Наши инновационные и индивидуальные решения не только решают конкретные задачи в полупроводниковой промышленности, но и реагируют на текущие тенденции, формирующие отрасль.

 

Нагреватели для полупроводниковой промышленности

Полупроводниковая промышленность зависит от хорошо спроектированных тепловых систем и нагревательных решений для многих процессов и задач. В соответствии с требованиями полупроводниковой промышленности мы производим нагреватели, которые могут обеспечить такие преимущества, как:

• Очень низкое газовыделение
• Отличная теплопередача к радиатору
• Очень равномерное распределение тепла
• Встроенные датчики и гибкие схемы

Наши высокоэффективные нагреватели для производства полупроводников могут быть изготовлены из силикона, полиимидной пленки или листа слюды. Гибкие нагреватели обычно приклеиваются к требуемым поверхностям с помощью клейкой пленки.

Патронные ТЭНы используются для нагрева металлических пластин.

Также в процессе изготовления полупроводников нужны высокотемпературные печи, в которых используются карбидкремниевые и дисилицид молибденовые нагреватели с температурой работы до 1700 градусов.

 

Где используются нагреватели в полупроводниковой промышленности?

Наши решения по тепловому нагреву и контролю температуры используются в следующих областях:

• Осаждение и травление: Полупроводниковые пластины широко используются в производстве интегральных схем. Их отличают такие сложные особенности, как малый межстрочный интервал и малая ширина между транзисторами. Точно так же фотогальванические элементы или фотоэлементы представляют собой устройства, предназначенные для преобразования энергии света в электрическую энергию. Есть несколько других полупроводниковых устройств, таких как транзисторы, микропроцессоры и устройства памяти, которые предназначены для конкретных целей и требуют высокой точности с точки зрения производительности. Таким образом, обработка этих устройств требует точного нанесения материала и травления. Нанесение материала выполняется для создания соединений и взаимосвязей между различными компонентами устройства. Травление выполняется для создания краев линий и фоторезистов на многих из этих устройств. Термические характеристики и контроль температуры важны для достижения желаемых результатов во время травления и осаждения материала
• Литография: Изготовление интегральной схемы в полупроводниковой промышленности — сложный процесс, требующий различных физических и химических процессов. Эти процессы в основном подразделяются на три категории: осаждение, травление или формирование рисунка и легирование. Литография является фундаментальным фактором всех этих процессов. Литография или фотолитография — это процесс формирования трехмерного изображения на полупроводниковой подложке. Этот процесс также относится к УФ-литографии, и он использует свет для переноса определенного рисунка с фотошаблона на светочувствительный фоторезист на полупроводниковой подложке. Процесс требует контроля теплового расширения, что эффективно обеспечивается нашими интегрированными решениями по термическому обеспечению.
• Метрология: Производство тонких полупроводниковых пластин — сложный процесс, включающий множество этапов, которые выполняются в течение 1–2 месяцев. Если на каком-либо этапе возникают какие-либо дефекты, то весь процесс необходимо повторить с самого начала. Таким образом, метрология и контроль используются на всех критических этапах производства полупроводников для обеспечения точности. В настоящее время метрология и контроль проводятся с использованием автоматизированного оборудования со встроенными механизмами управления технологическими процессами. Эти устройства требуют высокой точности и разрешения для выявления и анализа дефектов. В процессе оборудование подвергается тепловому расширению, которое может повредить тонкие пластины. Эту проблему можно легко решить, используя системы с контролируемым тепловым расширением.

В данной статье мы подробнее рассмотрим такие процессы производства полупроводников, как осаждение, травление и микролитография.

Процесс осаждения полупроводников

Нанесение тонких пленок из различных материалов является одним из наиболее важных этапов в процессе производства полупроводниковых устройств. Продолжающаяся интеграция предъявляет новые и все более сложные требования к процессам осаждения. Особенно однородность по всей площади пластины и возможность однородного нанесения материала на трехмерные структуры в нанометрическом масштабе являются ключевыми факторами для новых разработок и требований к оборудованию для производства полупроводников.

Проблемы, с которыми сталкиваются в современных процессах осаждения, - это однородность слоев, температура и поток газа. Необходимость избегать образования частиц и загрязнения процесса для достижения высоких выходов процесса также имеет первостепенное значение.

 

Для решения проблем, связанных с однородностью процесса, крайне важно контролировать температуру нагрева.

Для процессов, требующих длительного времени выполнения, желательно обрабатывать более одной пластины одновременно. Это называется пакетной обработкой. Обычно процессы из области химического осаждения из паровой фазы могут использоваться в периодической обработке, включая PECVD, ALD или PEALD .

Периодические процессы осаждения обычно осуществляются в вертикальных или горизонтальных трубчатых печах с карбидкремниевыми или дисилицид-молибденовыми нагревателями. Заготовки загружаются в систему периодической печи. Такие системы могут обрабатывать от 100 до 160 (в некоторых случаях даже больше) за один запуск процесса.

Совершенно особым случаем процесса осаждения является так называемое эпитаксиальное осаждение, или просто эпитаксия. Этот процесс предназначен для нанесения материала на монокристаллическую матрицу, растущую как монокристаллический слой. Одним из первых шагов в цепочке производства полупроводниковых устройств является нанесение эпитаксиального кремния на чистую кремниевую пластину. Это делается в процессе эпитаксии. Очень часто эти процессы выполняются с обработкой только одной пластины за раз (т . е . обработка одной пластины ) или в небольшом количестве (т. е. обработка нескольких пластин или мини-пакетов).

Процесс травления полупроводников

Помимо процессов литографии и осаждения, одним из наиболее важных процессов в цепочке производства полупроводников является процесс травления . Для продолжающейся трехмерной интеграции все большего числа полупроводниковых устройств, процессы плазменного травления являются готовым процессом, обеспечивающим более высокую плотность интеграции и уменьшение размеров элементов. Для процессов переднего края требуются высокие соотношения сторон между поперечными размерами травильной структуры и глубиной травления.

 

Для процессов плазменного травления одной пластины требования могут быть универсальными, но, в частности, однородность по всей площади пластины является критической точкой, влияющей на выход продукта для производителя полупроводниковых микросхем. Возможность селективного травления одного материала во всех направлениях (изотропное), а не только в одном направлении (анизотропное) становится важным технологическим требованием, особенно при производстве многослойных флэш-устройств.

Микролитография

С момента изобретения интегральных схем (полупроводниковых чипов) микролитография стала ключевым этапом производственной цепочки электроники. На этом этапе свет используется для структурирования кремния или других полупроводниковых материалов путем отображения крошечных структур сетки (маски) на пластине, покрытой фоторезистом. После проявления этот фоторезист действует как шаблон для последующих процессов, таких как легирование и травление, необходимых для локального изменения электронных свойств полупроводника. Эта функционализация пластины является основой для создания всех электронных блоков (транзисторов, конденсаторов и т. д.) на чипе.

 

 

Текущая тенденция к миниатюризации интегральных схем (закон Мура) требует чрезвычайно точного оптического изображения маски на пластине с минимальными аберрациями, близкими к теоретическим пределам. Мельчайшие структуры высокопроизводительных чипов имеют ширину менее одной десятой части используемой длины волны! Оптическая схема и изготовление таких модулей проекционной оптики являются наиболее сложными в оптике.

Предпочтительным оптическим материалом для микролитографической оптики является синтетический плавленый кварц, поскольку он идеально соответствует вышеупомянутым требованиям к безаберрационной оптической системе DUV. Синтетический плавленый кварц имеет очень высокий коэффициент пропускания DUV и низкое поглощение, благодаря чему не возникает дефектов изображения из-за нагрева линзы. Он может быть получен с превосходной оптической трехмерной однородностью (низкие вариации показателя преломления) и незначительным двойным лучепреломлением при напряжении. Дополнительным требованием к оптическому материалу является устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Хотя плотность энергии импульса, используемая в степперах для микролитографии, относительно низка (< 1 мДж/см²), только оптимизированные типы плавленого кварца сохраняют свои превосходные первоначальные свойства в течение ожидаемого срока службы, составляющего примерно 10 лет эксплуатации.