Pusvadītāju ražošanas jomā, kurā tiek sasniegta maksimāla precizitāte, termiskās izplešanās koeficients ir viens no galvenajiem parametriem, kas ietekmē produkta kvalitāti un ražošanas stabilitāti. Visā procesā, sākot no fotolitogrāfijas, kodināšanas līdz iepakošanai, materiālu termiskās izplešanās koeficientu atšķirības var dažādos veidos ietekmēt ražošanas precizitāti. Tomēr granīta pamatne ar īpaši zemu termiskās izplešanās koeficientu ir kļuvusi par galveno šīs problēmas risinājumu.
Litogrāfijas process: termiskā deformācija izraisa raksta novirzi
Fotolitogrāfija ir pusvadītāju ražošanas pamatsolis. Izmantojot fotolitogrāfijas iekārtu, shēmas uz maskas tiek pārnestas uz ar fotorezistu pārklātas plāksnes virsmu. Šī procesa laikā ārkārtīgi svarīga ir termiskā vadība fotolitogrāfijas iekārtas iekšpusē un darba virsmas stabilitāte. Kā piemēru var minēt tradicionālos metāla materiālus. To termiskās izplešanās koeficients ir aptuveni 12 × 10⁻⁶/℃. Fotolitogrāfijas iekārtas darbības laikā lāzera gaismas avota, optisko lēcu un mehānisko komponentu radītais siltums izraisīs iekārtas temperatūras paaugstināšanos par 5–10 ℃. Ja litogrāfijas iekārtas darba virsma izmanto metāla pamatni, 1 metru gara pamatne var izraisīt 60–120 μm izplešanās deformāciju, kas novedīs pie maskas un plāksnes relatīvā stāvokļa nobīdes.
Progresīvos ražošanas procesos (piemēram, 3 nm un 2 nm) tranzistoru atstatums ir tikai daži nanometri. Tik niecīga termiskā deformācija ir pietiekama, lai izraisītu fotolitogrāfijas raksta nepareizu izlīdzināšanu, kā rezultātā rodas tranzistoru savienojumi, īsslēgumi vai pārtrauktas ķēdes un citas problēmas, kas tieši izraisa mikroshēmas funkciju kļūmi. Granīta pamatnes termiskās izplešanās koeficients ir tikai 0,01 μm/°C (t.i., (1-2) × 10⁻⁶/℃), un deformācija pie tādām pašām temperatūras izmaiņām ir tikai 1/10-1/5 no metāla deformācijas. Tas var nodrošināt stabilu nesošo platformu fotolitogrāfijas iekārtai, nodrošinot precīzu fotolitogrāfijas raksta pārnesi un ievērojami uzlabojot mikroshēmas ražošanas ražību.
Kodināšana un nogulsnēšana: ietekmē struktūras izmēru precizitāti
Kodināšana un nogulsnēšana ir galvenie procesi trīsdimensiju shēmu struktūru veidošanai uz plāksnes virsmas. Kodināšanas procesa laikā reaktīvā gāze ķīmiski reaģē ar plāksnes virsmas materiālu. Tikmēr tādas sastāvdaļas kā RF barošanas avots un gāzes plūsmas vadība iekārtas iekšpusē rada siltumu, izraisot plāksnes un iekārtas sastāvdaļu temperatūras paaugstināšanos. Ja plāksnes nesēja vai iekārtas pamatnes termiskās izplešanās koeficients neatbilst plāksnes termiskās izplešanās koeficientam (silīcija materiāla termiskās izplešanās koeficients ir aptuveni 2,6 × 10⁻⁶/℃), mainoties temperatūrai, radīsies termiskais spriegums, kas var izraisīt sīkas plaisas vai deformāciju uz plāksnes virsmas.
Šāda veida deformācija ietekmēs kodināšanas dziļumu un sānu sienas vertikālo stāvokli, izraisot kodināto rievu, caurumu un citu konstrukciju izmēru novirzi no konstrukcijas prasībām. Līdzīgi, plānās plēves uzklāšanas procesā termiskās izplešanās atšķirība var izraisīt iekšējo spriegumu uzklātajā plānā kārtiņā, radot tādas problēmas kā plēves plaisāšana un lobīšanās, kas ietekmē mikroshēmas elektrisko veiktspēju un ilgtermiņa uzticamību. Granīta pamatņu ar termiskās izplešanās koeficientu, kas līdzīgs silīcija materiālu termiskās izplešanās koeficientam, izmantošana var efektīvi samazināt termisko spriegumu un nodrošināt kodināšanas un uzklāšanas procesu stabilitāti un precizitāti.
Iepakošanas posms: Termiskā neatbilstība rada uzticamības problēmas
Pusvadītāju iepakošanas posmā mikroshēmas un iepakojuma materiāla (piemēram, epoksīdsveķu, keramikas utt.) termiskās izplešanās koeficientu saderība ir ārkārtīgi svarīga. Mikroshēmu kodola silīcija termiskās izplešanās koeficients ir relatīvi zems, savukārt lielākajai daļai iepakojuma materiālu tas ir relatīvi augsts. Kad lietošanas laikā mainās mikroshēmas temperatūra, starp mikroshēmu un iepakojuma materiālu rodas termiskais spriegums termiskās izplešanās koeficientu neatbilstības dēļ.
Šis termiskais spriegums atkārtotu temperatūras ciklu ietekmē (piemēram, sildīšana un dzesēšana mikroshēmas darbības laikā) var izraisīt lodējuma savienojumu noguruma plaisāšanu starp mikroshēmu un iepakojuma substrātu vai izraisīt savienojuma vadu atdalīšanos uz mikroshēmas virsmas, galu galā izraisot mikroshēmas elektriskā savienojuma atteici. Izvēloties iepakojuma substrāta materiālus ar termiskās izplešanās koeficientu, kas ir tuvs silīcija materiālu termiskās izplešanās koeficientam, un izmantojot granīta testa platformas ar izcilu termisko stabilitāti precizitātes noteikšanai iepakošanas procesā, var efektīvi samazināt termiskās neatbilstības problēmu, uzlabot iepakojuma uzticamību un pagarināt mikroshēmas kalpošanas laiku.
Ražošanas vides kontrole: iekārtu un rūpnīcas ēku koordinēta stabilitāte
Papildus tiešai ietekmei uz ražošanas procesu, termiskās izplešanās koeficients ir saistīts arī ar pusvadītāju rūpnīcu vispārējo vides kontroli. Lielās pusvadītāju ražošanas darbnīcās tādi faktori kā gaisa kondicionēšanas sistēmu ieslēgšana un apturēšana, kā arī iekārtu kopu siltuma izkliede var izraisīt apkārtējās vides temperatūras svārstības. Ja rūpnīcas grīdas, iekārtu pamatņu un citas infrastruktūras termiskās izplešanās koeficients ir pārāk augsts, ilgstošas temperatūras izmaiņas izraisīs grīdas plaisāšanu un iekārtu pamatu nobīdi, tādējādi ietekmējot tādu precīzijas iekārtu kā fotolitogrāfijas iekārtu un kodināšanas iekārtu precizitāti.
Izmantojot granīta pamatnes kā iekārtu balstus un kombinējot tās ar rūpnīcas būvmateriāliem ar zemu termiskās izplešanās koeficientu, var radīt stabilu ražošanas vidi, samazinot vides termiskās deformācijas radīto iekārtu kalibrēšanas un apkopes izmaksu biežumu un nodrošinot pusvadītāju ražošanas līnijas ilgtermiņa stabilu darbību.
Termiskās izplešanās koeficients ietekmē visu pusvadītāju ražošanas dzīves ciklu, sākot no materiālu izvēles, procesa kontroles līdz iepakošanai un testēšanai. Termiskās izplešanās ietekme ir stingri jāņem vērā katrā posmā. Granīta pamatnes ar īpaši zemu termiskās izplešanās koeficientu un citām izcilām īpašībām nodrošina stabilu fizisko pamatu pusvadītāju ražošanai un kļūst par svarīgu garantiju mikroshēmu ražošanas procesu attīstības veicināšanai, lai sasniegtu augstāku precizitāti.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 20. maijs