Qu'est-ce qu'un bateau en quartz?

Le bateau en quartz est un composant de roulement clé utilisé dans le processus de fabrication de semi-conducteurs, principalement utilisé pour le traitement à haute température des plaquettes, tels que la diffusion, l'oxydation et le recuit. Son excellente stabilité thermique, ses faibles caractéristiques de pollution et sa résistance à la corrosion en font un matériau indispensable dans l'industrie des semi-conducteurs. Cet article expliquera le matériau, les propriétés physiques, la classification, les scénarios d'application et les différences entre le bateau en quartz et le bateau graphite PECVD.

Ⅰ. Matériau du bateau en quartz

Le composant principal de la porteuse de quartz est le dioxyde de silicium à haute pureté (Sio₂), et la pureté doit généralement atteindre plus de 99,99% (grade semi-conducteur). Ce matériau de quartz de haute pureté garantit que le transporteur de quartz n'introduira pas d'impuretés pendant le processus de fabrication de semi-conducteurs pour réduire la contamination des impuretés métalliques sur la tranche.

Selon le processus de préparation, les matériaux de quartz peuvent être divisés en deux catégories:

● Quartz naturel: Fabriqué à partir de purification des cristaux, avec une teneur élevée par hydroxyle (environ 100-200 ppm), faible coût, mais faible tolérance aux changements soudains à haute température.

● Quartz synthétique: synthétisé par dépôt chimique de vapeur (CVD) ou électrofusion, avec une faible teneur en hydroxyle (-OH) (<1 ppm), une meilleure stabilité thermique et adapté aux processus à haute température (tels que l'oxydation et la diffusion).

De plus, certains bateaux en quartz sont dopés avec des métaux tels que le titane (Ti) ou l'aluminium (AL) pour améliorer la résistance à la déformation, ou ajuster la transmittance légère pour répondre aux besoins des processus UV.

Ⅱ. Quelles sont les principales propriétés physiques des bateaux en quartz?

● Résistance à haute température: Le point de fusion du quartz est aussi élevé que 1713 ° C, et il peut fonctionner de manière stable à 1200 ° C pendant longtemps et résister à 1500 ° C pendant une courte période.

● Coefficient d'extension thermique faible: Le coefficient d'extension thermique n'est que de 0,55 × 10⁻⁶ / ° C. Cette excellente performance assure une stabilité dimensionnelle à des températures élevées et évite la fissuration en raison de la contrainte thermique.

● Inerness chimique: À l'exception de l'acide hydrofluorique (HF) et de l'acide phosphorique chaud, le quartz peut résister à des acides forts, des alcalis puissants et la plupart des gaz corrosifs (comme Cl₂, O₂).

● Isolation électrique: La résistivité est aussi élevée que 10¹⁶ω · cm, en évitant les interférences avec la distribution du champ électrique du processus de plasma.

● Transmission de lumière: Excellente transmittance dans la bande ultraviolette à infrarouge (＞ 90%), adaptée aux processus assistés par la lumière (tels que le durcissement ultraviolet).

Iii. Classification des bateaux en quartz

Selon différentes structures de conception et scénarios d'utilisation, les bateaux en quartz peuvent être divisés en catégories suivantes:

● Boat de quartz horizontal

Applicable aux fours à tube horizontal (four à diffusion horizontal), utilisé pour l'oxydation, la diffusion, le recuit et d'autres processus.

Caractéristiques: Peut transporter des tranches de 100-200, généralement avec une conception ouverte ou semi-fermée.

● Boat de quartz vertical

Applicable aux fours verticaux (four vertical), utilisé pour les processus LPCVD, les processus d'oxydation et de recuit.

Caractéristiques: Plus de structure compacte, peut augmenter la capacité de transport des plaquettes et réduire la contamination des particules pendant le processus.

● Boat de quartz personnalisé

Conçu en fonction des différentes exigences du processus, un support à plaquette unique ou une structure de serrage spéciale peut être utilisé pour optimiser les effets de traitement des plaquettes.

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Iv. Quels sont les scénarios d'application du bateau en quartz dans la fabrication de semi-conducteurs?

Les bateaux en quartz sont largement utilisés dans de nombreux liens de processus clés de la fabrication de semi-conducteurs, y compris principalement les scénarios d'application suivants:

4.1 oxydation thermique

● Description du processus: La tranche est chauffée dans un environnement d'oxygène ou de vapeur d'eau à haute température pour former un film de dioxyde de silicium (Sio₂).

● Caractéristiques du bateau en quartz:

1) une résistance à la chaleur élevée, peut résister à des températures élevées de 1000 à 1200 ° C.

2) Inerness chimique, les bateaux en quartz sont résistants aux acides forts, aux alcalis puissants et à la plupart des gaz corrosifs, afin qu'il puisse éviter d'affecter la qualité du film d'oxyde.

4.2 Processus de diffusion

● Description du processus: Les impuretés (comme le phosphore et le bore) sont diffusées dans la tranche de silicium dans des conditions de température élevée pour former une couche de dopage.

● Caractéristiques du bateau en quartz:

1) Faible contamination, empêchant la contamination des métaux d'affecter la distribution de concentration de dopage.

2) une stabilité thermique élevée, avec un coefficient de dilatation thermique de seulement 0,55 × 10⁻⁶ / ° C, garantissant un processus de diffusion uniforme.

4.3 Processus de recuit

● Description du processus: Un traitement à haute température est utilisé pour éliminer la contrainte, améliorer la structure cristalline du matériau ou activer la couche d'implantation ionique.

● Caractéristiques du bateau en quartz:

1) Avec un point de fusion aussi élevé que 1713 ° C, il peut résister au chauffage et au refroidissement rapides pour éviter les fissures causées par la contrainte thermique.

2) Contrôle de taille précis pour assurer un chauffage uniforme.

4.4 Dépôt de vapeur chimique à basse pression (LPCVD)

● Description du processus: Dans un environnement à basse pression, un film mince uniforme tel que le nitrure de silicium (Si₃n₄) est formé par une réaction en phase gazeuse.

● Caractéristiques du bateau en quartz:

1) Convient pour les tubes de fourneaux verticaux, peut optimiser l'uniformité du dépôt de films.

2) Faible contamination par les particules, améliorez la qualité du film.

Ⅴ. Quelles sont les différences entre le bateau quartz et le bateau graphite PECVD?

Scénarios de différence typiques:

● Processus PECVD: Les bateaux à graphite peuvent optimiser l'uniformité du plasma en raison de leur conductivité et ne nécessitent pas les performances à haute température du quartz dans des environnements à basse température (300-400 ° C).

● Furnace d'oxydation à haute température: Les bateaux de quartz Veteksemicon sont irremplaçables pour leur résistance à haute température, tandis que le graphite est facilement oxydé pour générer du CO / CO₂ à des températures élevées dans un environnement d'oxygène, qui pollue la chambre.