クォーツ製品 - 半導体産業のダーリン

半導体の分野では、リソグラフィマシンは間違いなく最も目を引くものです。半導体業界全体にとっての重要性は、業界外の人にも聞かれています。半導体加工業界全体を見渡すと、主要材料や部品のサポートと切り離せないものです。例えば、石英材料とその製品は、そのユニークな特性により、半導体産業の多くの側面で非常に重要な役割を果たしています。

石英るつぼ

石英るつぼは、高純度、強い耐熱性、大型、高精度、および良好な熱保存の利点を有する。特にシリコン結晶成長の過程で、石英るつぼはかけがえのないキーコンポーネントとなっています!

異なる調製プロセスおよび用途に従って、石英るつぼは、アーク石英るつぼおよび石英セラミックるつぼに分けられることに留意されたい。アーク石英るつぼは、主にアーク法で製造されたチョクラルスキー単結晶シリコン(すなわち半導体分野で使用されている)に使用されている。方式。

単結晶シリコンは、大規模集積回路の製造に不可欠な半導体材料です。回路集積度の向上に伴い、超大規模集積化が急速に発展しました。現在、主流のシリコンウェーハは300mmに達しており、400mmの単結晶シリコンも開発に成功しており、工業化は間近に迫っています。

ご存じのとおり、大口径単結晶シリコン(200mm以上)は基本的にチョクラルスキー(CZ)法で製造されています。このような大きなサイズのシリコン結晶を成長させるには、より多くの時間とリソースが必要です。結晶成長の成功率は非常に重要です。チョクラルスキーシリコン結晶の成長中、転位のない単結晶成長は様々な理由で失敗し、リソースと時間の大きな損失をもたらす可能性があります。転位のない単結晶生成物の成長の失敗には多くの理由がある。現在のチョクラルスキーシリコン単結晶炉およびその熱場設計が安定して成熟している条件下では、シリコン融液と直接接触する石英るつぼの純度およびその成長速度は非常に小さい。クリストバライト粒子は、一般に、大口径転位のないチョクラルスキー結晶の成長の失敗の主な理由の1つであると考えられている。

換言すれば、アーク石英るつぼの品質は、チョクラルスキー単結晶シリコンの品質に影響を与える主な要因である。したがって、大口径単結晶シリコンの品質要件の継続的な改善により、石英砂検査、石英砂精製、初期アーク溶融検査、外壁洗浄、切断高さ、面取り、洗浄、コーティング、乾燥、最終検査、包装、出荷など、半導体材料用の石英製品および関連材料に対するより高い要件が提唱されています。

エッチャーキャビティ、サンプルホルダー

集積回路チップの製造はエッチング工程と不可分であり、エッチングは集積回路の特徴サイズを決定するコア技術の1つです。エッチング工程とは、半導体シリコンウエハーの表面にパターンにより露出したフォトレジストマイクロパターンをフォトレジスト下地膜材料(通常SiO2、Si3N4及び蒸着金属層及びその他の膜)に転写すること、すなわち選択エッチングをいう。フォトレジストによってマスクされていないフォトレジスト下地材料の部分がエッチング除去される。現在、エッチング工程は、主にウェットエッチングとドライエッチングを含む。

集積回路チップシリコンウェーハのエッチングには、ドライエッチングかウェットエッチングかにかかわらず、フッ素含有ガス(CF4、C2F4、C3F8、C4F8、CHF3、C5F8、CH2F2など)またはHFエッチング液を使用する必要があります。腐食性の高い環境で完成するため、エッチング反応室とサンプルホルダーには非常に厳しい要件が課せられます。高純度に加えて、それはまた、優れた耐食性を有するべきであり、特にドライエッチングプロセスは、より高い腐食速度を有する。速い。初期の日本では、アルミナセラミックス、イットリウムアルミガーネット、窒化アルミニウムセラミックスなどの材料をエッチングの補助材料として使用していましたが、これらの材料の製造に使用される原材料は純度が限られており、被削性に劣り、セラミックス材料には結晶粒があり、腐食して脱落していました。半導体チップシリコンウェーハを汚染し、チップシリコンウェーハエッチングの歩留まりを低下させることになる。このような問題に対して、日本やドイツなどのメーカーは、エッチング反応室やサンプルホルダーを作るために石英材料を使用することを提案している。

しかし、普通の石英ガラス材料、さらには普通の高純度石英ガラスでさえも有能ではありません。電気融着、ガス製錬、連続溶融、CVD、PCVDなどのプロセス技術によって製造された単成分高純度石英ガラス材料は、フッ素系ガスやHFエッチング液などの腐食性の高い高温環境で急速に腐食および破壊されるためです。半導体エッチングの適用要件を満たすことができないため、集積回路エッチングプロセスでは耐食性石英ガラス材料および製品を使用する必要があります。

この点で、ドイツのヘレウスや日本の東ソー石英などの企業は、比較的技術が進歩しており、半導体エッチングなどのプロセスで広く使用されている耐腐食性で耐久性のある石英ガラスを大量生産する能力を持っています。日本東ソー石英(株)は、AlとM族元素(周期表第2A族元素、3A族元素、4A族元素の複数の元素を含む)を一定原子割合で高純度石英粉末に単回ドーピングする研究を行ってきました。)を用いてドープ混合物を得、次いでドープ混合物を電気融着またはガス溶解によって溶融して耐久性のある石英ガラスを得る。腐食耐久性の原理は、Alおよび元素Mのフッ化物の沸点または昇華温度SiF4の沸点または昇華温度が高いため、添加元素の酸化物またはフッ化物が保護膜として機能するフッ素系ガスおよびプラズマ環境でのエッチング中に石英ガラスの表面に集中し、 これにより、石英ガラスの腐食を改善する。耐久性。

拡散は高温場に属し、高温耐性石英材料を必要とする

半導体産業の分野では、単結晶シリコンの引き上げやエッチングのプロセスとは別に、大量の石英製品は、拡散、酸化、アニールなどの高温プロセスで使用される石英炉管と石英ボートです。

拡散の主な用途は、半導体ウェーハを高温でドーピングすること、すなわち、元素リンおよびホウ素をシリコンウェーハ中に拡散させることであり、それによって半導体内の不純物の種類、濃度および分布を変化させ、制御して、異なる電気的特性の領域を確立することである。異なるドーピングプロセスを用いて、P型半導体とN型半導体とを拡散により同一の半導体シリコンウェーハ上に作製する。半導体における拡散は、3つの輸送現象(質量輸送、伝熱、運動量輸送)のうち質量輸送に属し、その効果は850°C以上の高温環境でのみ明らかである。拡散、酸化、アニールプロセスには、高温環境(>1150°C)で温度安定性を維持する特殊な石英材料が必要です。

概要

上記の用途に加えて、重要な材料およびコンポーネントとして、石英製品は半導体プロセスの全プロセスに使用することができる。例えば、石英管は、半導体バッチ炉処理において、高純度の反応チャンバ、ガスまたは液体入口、または輸送ラインとして使用される。石英ロッドは、ボートの船体、ウェーハキャリア、およびサセプターを製造するために使用することができます。石英プレートは、バッチ処理装置ボート、サセプター、ウェーハ、ウェーハキャリアを現場で製造するために使用できます。モノリシック処理装置では、窓、ガス分配板、シャワー板、ウェーハキャリア、キャリアトレイの製造にシートが使用されています。