Verwendung von Quarzglas bei der Verarbeitung von Siliziumwafern

Silizium in Halbleiterqualität ist das Substratmaterial der ersten Wahl für fortschrittliche Elektronikanwendungen. Siliziumwafer sind wichtige Bausteine für eine Vielzahl mikroelektronischer Komponenten und müssen zunächst aus monokristallinen oder polykristallinen Blöcken geschnitten werden. Quarzglas ist eine Schlüsseltechnologie für die schnell wachsende Halbleiterwaferindustrie.

Der Weltmarkt für Silizium-Halbleiterwafer, der derzeit einen Wert von über 9,85 Mrd. USD hat, wird in den kommenden Jahren ein enormes Wachstum verzeichnen. Schätzungen gehen davon aus, dass die Industrie bis 2025 ein Volumen von 13,64 Milliarden USD erreichen wird.

Um diese außergewöhnliche Nachfrage zu befriedigen, benötigen Verfahrenstechniker langlebige, leistungsstarke Lösungen an verschiedenen kritischen Punkten im Produktionszyklus. Quarzglasfasern, Quarzglastiegel und starre Siliziumdioxidkomponenten werden zunehmend eingesetzt, um die wachsenden Anforderungen der Elektronikindustrie zu erfüllen.

In diesem Artikel geht Saint-Gobain Quartz kurz darauf ein, wie Quarzglasprodukte in der Produktionskette der Siliziumwaferverarbeitung eingesetzt werden.

Siliziumwaferverarbeitung: vom Barren zum Wafer

Das Verfahren zur Herstellung defektfreier monokristalliner Siliziumwafer (c-Si) beginnt mit einem einzelnen Siliziumkristall und einem Spezialofen. Ein vertikaler Stab mit dem Impfkristall an der Spitze wird in eine Siliziumschmelze getaucht, dann langsam nach oben gezogen und gedreht. Der Schmelze werden Dotierungselemente zugesetzt, um die elektronischen Eigenschaften des Halbleiters zu modulieren. Diese Schmelze zeichnet sich durch außergewöhnliche Verfahrenstemperaturen (1425 °C/2597 °F) aus, die einen hochstabilen Tiegel erfordern – in der Regel auf der Basis von geschmolzenem Quarz.

Große Einzelkristallblöcke, auch Boules genannt, werden durch sorgfältige Kontrolle der Ziehgeschwindigkeit, der Rotationsgeschwindigkeit und der Temperaturgradienten gewonnen. Aus diesen Boules werden dann in einer Reihe von Bearbeitungsprozessen Wafer herausgelöst, in der Regel durch Sägen mit Diamantdraht und anschließende chemisch-mechanische Planarisierung (CMP), um die für elektronische Anwendungen erforderliche Dicke und Planarität zu erreichen. Diese Parameter sind wichtig, um die Nachfrage nach Miniaturisierung, verbesserter Digitalisierung und hoher elektronischer Mobilität zu erfüllen.

Vorteile von Quarzglas bei der Waferverarbeitung

Die Herausforderungen bei der Verarbeitung von Siliziumwafern liegen im hohen Energiebedarf und in den extremen Temperaturen. Die Verfahren sind sehr empfindlich gegenüber chemischen Störungen und Nullkontaminationsvorgaben bei der Verarbeitung von Siliziumwafern. Schmelzquarz ist in diesem Zusammenhang das Material der Wahl, da seine Chemie dem hergestellten Produkt sehr ähnlich ist. Quarzglas zeichnet sich unter diesen Bedingungen durch einen außerordentlich niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,54 x 10-6/K -1 und eine Reinheit von über 99,99 % aus.

Schmelztiegel aus Quarzglas sind daher der Industriestandard für die Kristallzüchtung nach dem Czochralski-Verfahren.

Lesen Sie unseren früheren Artikel, um mehr darüber zu erfahren: Anwendungen von Schmelztiegeln aus Quarzglas

Quarz-Zwischenprodukte auf der Basis von kontinuierlichen, hochreinen SiO2-Fasern (>99,95 %) wie Quarzfilze und Quarzwolle werden ebenfalls routinemäßig als thermische Isolatoren im Siliziumherstellungsprozess in der gesamten Substratproduktionslinie für sehr spezielle Anwendungen eingesetzt. Dank des mechanischen Verhaltens der nicht gewebten Quartzel®-Produkte, ihrer Wärmedämmungseigenschaften und ihrer kompatiblen chemischen Eigenschaften ist es möglich, verschiedene Arten von Wärmedämmsystemen zu entwerfen, von einfachen Systemen (direkte Verwendung von Quartzel®-Filzen oder -Wolle) bis hin zu komplexeren Konstruktionen wie z. B. Heizmatten (durch Kombination von Quarzwolle mit Quarzglas).

Unser keramikähnliches Produkt aus Quarzfasern, SilPower®, behält all diese Eigenschaften bei und bietet darüber hinaus ein beispielloses Reflexionsvermögen im Infrarotbereich (IR). Es hat sich auch als Alternative zu teuren Materialien wie Gold erwiesen, das mit der Zeit erodiert. SilPower® ist ein bevorzugtes Material in Verbindung mit IR-Lampen, da sich sein Verhalten insgesamt besser gegenüber Gold erwiesen hat, und es wird im Gegensatz zu Beschichtungen nicht durch Vakuum beeinträchtigt. Dank seines diffusen Reflexionsvermögens ermöglicht es eine optimale thermische Leistung in Waferbearbeitungskammern, die eine präzise Überwachung des thermischen Gradienten ermöglichen. Es kann auch als solider Wärmedämmstoff mit hoher IR-Blockierleistung verwendet werden, um andere Materialien zu ersetzen.

Quarzglasprodukte bieten im Wesentlichen eine verbesserte Leistung über längere Lebenszyklen, um die ständig wachsende Nachfrage nach fehlerfreien monokristallinen Siliziumwafern zu decken.

Möchten Sie mehr über die Verwendung von Quarzglas in Halbleiter- und Solar-Anwendungen erfahren? Kontaktieren Sie jetzt einen Saint-Gobain Quartz-Vertriebsmitarbeiter.

Saint-Gobain Quartz: Produkte für die Siliziumproduktion

Saint-Gobain Quartz ist spezialisiert auf hochreine Quarzglasprodukte für die Verarbeitung von Siliziumhalbleitern. Wir bieten auch eine Reihe von Lösungen an, die für verschiedene andere Marktsektoren geeignet sind, einschließlich Luft- und Raumfahrtindustrie.

Wenn Sie anderweitige Fragen zu unseren Quarzglaspreisen oder Quarzprodukten haben, wenden Sie sich jetzt an ein Mitglied des Saint-Gobain Quartz-Teams.

 
Referenz: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/semiconductor-silicon-wafer-market