Aké sú rôzne aplikácie kremeňa vo výrobe polovodičov?

Vysoko čisté kremenné materiály hrajú dôležitú úlohu v polovodičovom priemysle. Ich vynikajúca odolnosť voči vysokým teplotám, odolnosť proti korózii, tepelná stabilita a vlastnosti priepustnosti svetla z nich robia kritický spotrebný materiál.Výrobky z kremeňasa používajú pre komponenty vo vysokoteplotných aj nízkoteplotných zónach výroby doštičiek, zabezpečujúc stabilitu a čistotu výrobného procesu. Ako sa polovodičový priemysel vyvíja, dopyt po vysoko čistom kremeni naďalej rastie, čo vedie k pokroku vo výrobe a technológii. Tento článok poskytuje hĺbkový pohľad na základné aplikácie a trhové trendy kremeňa vo výrobe polovodičov.

Vlastnosti kremeňa

• Kremeň (oxid kremičitý, SiO₂) je nenahraditeľný v oblasti polovodičov vďaka svojim takmer dokonalým fyzikálnym a chemickým vlastnostiam8:
• Extrémna čistota: Polovodičový kremeň zvyčajne vyžaduje čistotu 99,99 % (4N) alebo vyššiu, niekedy až 5N. To zaisťuje, že kovové ióny (ako je sodík, draslík a železo) nemigrujú a nekontaminujú kremíkové doštičky počas spracovania pri vysokej teplote.
• Tepelná stabilita: S bodom mäknutia približne 1730 °C môže kremeň pracovať stabilne po dlhú dobu v prostredí s vysokou teplotou medzi 1100 °C a 1250 °C. Vďaka tomu sa dokonale hodí pre difúzne a oxidačné procesy.
• Chemická inertnosť: Kremeň takmer nereaguje s akoukoľvek kyselinou okrem kyseliny fluorovodíkovej a horúcej kyseliny fosforečnej. Slúži ako ideálny nosič pre mokré čistenie a procesy leptania.
• Nízka tepelná rozťažnosť: Táto vlastnosť zabezpečuje, že kremenné komponenty ľahko nepraskajú počas extrémnych tepelných cyklov, čím sa zachováva rozmerová stabilita pre presnú výrobu.

2. Hlavné aplikácie kremenných komponentov vo výrobe polovodičov

A. Rast kryštálov: Kremenné tégliky

V prvom kroku výroby doštičiek – Czochralského (CZ) metóda – sa musí polykremík roztaviť vo vnútri kremenného téglika.

Hlavná funkcia: Kremenný téglik sa priamo dotýka roztaveného kremíka. Vysokokvalitné tégliky znižujú nadmerné uvoľňovanie kyslíka, čím zaisťujú, že hladiny nečistôt v ingotoch monokryštalického kremíka sú udržiavané na minime.

B. Tepelné procesy: Quartzové člny a pece

Pri procesoch difúzie, oxidácie a žíhania sa plátky vkladajú v dávkach do kremenných nosičov, aby vstúpili do difúznej pece.

Hlavná funkcia: Loď s kremennými oblátkami je zodpovedná za presné prenášanie plátkov, zatiaľ čo trubica z kremennej pece poskytuje čisté, kontrolované vysokoteplotné reakčné prostredie.

C. Nanášanie tenkého filmu: Kremenné sprchové hlavice a časti komory

Počas procesov CVD (Chemical Vapour Deposition) a ALD (Atomic Layer Deposition) sa kremenné časti používajú na vedenie a distribúciu reakčných plynov.

Hlavná funkcia: Quartzová sprchová hlavica zaisťuje rovnomerné rozprašovanie plynu na povrch plátku, čo je rozhodujúce pre zlepšenie rovnomernosti tenkých vrstiev v nanometrovej mierke.

D. Mokré čistenie: Kremenné kúpele

Počas fáz čistenia pred a po fotolitografii musia byť plátky ponorené do rôznych chemických činidiel.

Základná funkcia: Kremenné kúpele sú odolné voči silnej kyslej korózii a neprodukujú kontamináciu časticami, čo z nich robí štandard v procesoch čistenia RCA.

3. Analýza trhu polovodičových kremenných komponentov

Podľa najnovších údajov z odvetvia svetový trh s polovodičovým kremeňom zažíva rýchly rast:

4. Priemyselné trendy

Iterácie polovodičových procesov kladú náročné požiadavky na čistotu materiálu. Syntetický tavený kremeň, poháňaný 7nm a pokročilejšími procesmi, rýchlo nahrádza tradičný prírodný kremeň v procesoch leptania a litografie vďaka extrémne nízkym obsahom kovových nečistôt a vynikajúcej odolnosti voči plazme. Súčasne priemysel prechádza smerom k integrovanému presnému obrábaniu. Výrobcovia s ultra-presnými schopnosťami CNC a integráciou vysoko čistých surovín si v budúcej konkurencii udržia popredné miesto.

Okrem toho sa ekologické iniciatívy a recyklácia stávajú kľúčovými cestami pre továrne na zníženie nákladov a zvýšenie efektívnosti. Keďže normy ESG získavajú na váhe v dodávateľskom reťazci polovodičov, precízna renovácia a recyklácia špičkových kremenných komponentov sa stane hlavným obchodným modelom. To pomáha spoločnostiam znižovať výrobné náklady a je to nevyhnutná voľba na splnenie globálnych cieľov uhlíkovej neutrality. V tomto procese budú kremenné spoločnosti s pokročilými čistiacimi technológiami a schopnosťami opráv plameňovým spracovaním čeliť významným trhovým príležitostiam.

Ako popredný dodávateľ polovodičových materiálov poskytuje VeTek Semiconductor celý rad riešení od kremenných téglikov až po presné kremenné člny. Naše produkty sú široko používané hlavnými globálnymi výrobcami OEM a výrobnými závodmi na výrobu plátkov, ktorých cieľom je pomáhať zákazníkom zlepšovať stabilitu procesu a výnos prostredníctvom špičkových materiálov a remeselného spracovania.