In de halfgeleiderproductie, waar ultieme precisie voorop staat, is de thermische uitzettingscoëfficiënt een van de belangrijkste parameters die de productkwaliteit en productiestabiliteit beïnvloeden. Gedurende het gehele proces, van fotolithografie en etsen tot verpakking, kunnen de verschillen in thermische uitzettingscoëfficiënten van materialen de productienauwkeurigheid op verschillende manieren beïnvloeden. De granieten basis, met zijn extreem lage thermische uitzettingscoëfficiënt, is echter de sleutel tot de oplossing van dit probleem geworden.
Lithografieproces: thermische vervorming veroorzaakt patroonafwijking
Fotolithografie is een kernstap in de halfgeleiderproductie. Via een fotolithografiemachine worden de circuitpatronen op het masker overgebracht naar het oppervlak van de met fotoresist bedekte wafer. Tijdens dit proces zijn het thermisch beheer in de fotolithografiemachine en de stabiliteit van de werktafel van cruciaal belang. Neem bijvoorbeeld traditionele metalen materialen. Hun thermische uitzettingscoëfficiënt is ongeveer 12 × 10⁻⁶/℃. Tijdens de werking van de fotolithografiemachine zal de warmte die wordt gegenereerd door de laserlichtbron, optische lenzen en mechanische componenten ervoor zorgen dat de temperatuur van de apparatuur met 5-10 ℃ stijgt. Als de werktafel van de lithografiemachine een metalen basis heeft, kan een basis van 1 meter lang een uitzettingsvervorming van 60-120 μm veroorzaken, wat leidt tot een verschuiving in de relatieve positie tussen het masker en de wafer.
In geavanceerde productieprocessen (zoals 3 nm en 2 nm) bedraagt de afstand tussen de transistors slechts enkele nanometers. Zo'n kleine thermische vervorming is voldoende om een scheefstand van het fotolithografiepatroon te veroorzaken, wat leidt tot abnormale transistorverbindingen, kortsluiting of onderbrekingen, en andere problemen, wat direct resulteert in het falen van de chipfunctie. De thermische uitzettingscoëfficiënt van de granieten basis bedraagt slechts 0,01 μm/°C (d.w.z. (1-2) ×10⁻⁶/℃), en de vervorming bij dezelfde temperatuurverandering is slechts 1/10-1/5 van die van metaal. Het kan een stabiel dragend platform bieden voor de fotolithografiemachine, waardoor de nauwkeurige overdracht van het fotolithografiepatroon wordt gegarandeerd en de opbrengst van de chipproductie aanzienlijk wordt verbeterd.
Etsen en afzetten: beïnvloeden de maatnauwkeurigheid van de structuur
Etsen en depositie zijn de belangrijkste processen voor het construeren van driedimensionale circuitstructuren op het waferoppervlak. Tijdens het etsproces ondergaat het reactieve gas een chemische reactie met het oppervlaktemateriaal van de wafer. Tegelijkertijd genereren componenten zoals de RF-voeding en de gasstroomregeling in de apparatuur warmte, waardoor de temperatuur van de wafer en de apparatuurcomponenten stijgt. Als de thermische uitzettingscoëfficiënt van de waferdrager of de apparatuurbasis niet overeenkomt met die van de wafer (de thermische uitzettingscoëfficiënt van siliciummateriaal is ongeveer 2,6 × 10⁻⁶/℃), ontstaat er thermische spanning bij temperatuurveranderingen, wat kan leiden tot kleine scheurtjes of kromtrekken van het waferoppervlak.
Dit soort vervorming beïnvloedt de etsdiepte en de verticaliteit van de zijwand, waardoor de afmetingen van de geëtste groeven, doorgaande gaten en andere structuren afwijken van de ontwerpvereisten. Evenzo kan bij het dunnefilmdepositieproces het verschil in thermische uitzetting interne spanning in de gedeponeerde dunne film veroorzaken, wat kan leiden tot problemen zoals scheuren en afbladderen van de film, wat de elektrische prestaties en de betrouwbaarheid van de chip op lange termijn beïnvloedt. Het gebruik van granieten bases met een thermische uitzettingscoëfficiënt die vergelijkbaar is met die van siliciummaterialen kan thermische spanning effectief verminderen en de stabiliteit en nauwkeurigheid van de ets- en depositieprocessen garanderen.
Verpakkingsfase: Thermische mismatch veroorzaakt betrouwbaarheidsproblemen
In de verpakkingsfase van halfgeleiders is de compatibiliteit van de thermische uitzettingscoëfficiënten tussen de chip en het verpakkingsmateriaal (zoals epoxyhars, keramiek, enz.) van cruciaal belang. De thermische uitzettingscoëfficiënt van silicium, het kernmateriaal van chips, is relatief laag, terwijl die van de meeste verpakkingsmaterialen relatief hoog is. Wanneer de temperatuur van de chip tijdens gebruik verandert, zal er thermische spanning ontstaan tussen de chip en het verpakkingsmateriaal als gevolg van de discrepantie tussen de thermische uitzettingscoëfficiënten.
Deze thermische belasting, onder invloed van herhaalde temperatuurcycli (zoals verhitting en afkoeling tijdens de werking van de chip), kan leiden tot vermoeiingsscheuren in de soldeerverbindingen tussen de chip en het verpakkingssubstraat, of ertoe leiden dat de verbindingsdraden op het chipoppervlak losraken, wat uiteindelijk leidt tot het falen van de elektrische verbinding van de chip. Door verpakkingssubstraatmaterialen te kiezen met een thermische uitzettingscoëfficiënt die dicht bij die van siliciummaterialen ligt en granieten testplatforms te gebruiken met uitstekende thermische stabiliteit voor nauwkeurige detectie tijdens het verpakkingsproces, kan het probleem van thermische mismatch effectief worden verminderd, de betrouwbaarheid van de verpakking worden verbeterd en de levensduur van de chip worden verlengd.
Controle van de productieomgeving: de gecoördineerde stabiliteit van apparatuur en fabrieksgebouwen
De thermische uitzettingscoëfficiënt heeft niet alleen een directe invloed op het productieproces, maar ook op de algehele omgevingsbeheersing van halfgeleiderfabrieken. In grote halfgeleiderproductiewerkplaatsen kunnen factoren zoals het starten en stoppen van airconditioningsystemen en de warmteafvoer van apparatuurclusters schommelingen in de omgevingstemperatuur veroorzaken. Als de thermische uitzettingscoëfficiënt van de fabrieksvloer, apparatuurbases en andere infrastructuur te hoog is, zullen langdurige temperatuurschommelingen ervoor zorgen dat de vloer scheurt en de apparatuurfundering verschuift, wat de nauwkeurigheid van precisieapparatuur zoals fotolithografie- en etsmachines beïnvloedt.
Door granieten bases te gebruiken als apparatuurdragers en deze te combineren met fabrieksmaterialen met lage thermische uitzettingscoëfficiënten, kan een stabiele productieomgeving worden gecreëerd. Hierdoor wordt de frequentie van apparatuurkalibratie en onderhoudskosten als gevolg van thermische vervorming door de omgeving verlaagd en wordt de stabiele werking van de halfgeleiderproductielijn op de lange termijn gegarandeerd.
De thermische uitzettingscoëfficiënt loopt door de gehele levenscyclus van de halfgeleiderproductie, van materiaalkeuze en procescontrole tot verpakking en testen. De impact van thermische uitzetting moet in elke schakel strikt in overweging worden genomen. Granieten basisplaten, met hun extreem lage thermische uitzettingscoëfficiënt en andere uitstekende eigenschappen, vormen een stabiele fysieke basis voor de halfgeleiderproductie en vormen een belangrijke garantie voor de ontwikkeling van chipproductieprocessen naar een hogere precisie.
Geplaatst op: 20 mei 2025