Inom halvledartillverkning, där man strävar efter yttersta precision, är värmeutvidgningskoefficienten en av de viktigaste parametrarna som påverkar produktkvalitet och produktionsstabilitet. Genom hela processen, från fotolitografi och etsning till förpackning, kan skillnader i materialens värmeutvidgningskoefficienter påverka tillverkningens noggrannhet på olika sätt. Granitbasen, med sin ultralåga värmeutvidgningskoefficient, har dock blivit nyckeln till att lösa detta problem.
Litografiprocess: Termisk deformation orsakar mönsteravvikelse
Fotolitografi är ett centralt steg inom halvledartillverkning. Med hjälp av en fotolitografimaskin överförs kretsmönstren på masken till ytan av den wafer som är belagd med fotoresist. Under denna process är värmehanteringen inuti fotolitografimaskinen och arbetsbordets stabilitet av avgörande betydelse. Ta traditionella metallmaterial som exempel. Deras värmeutvidgningskoefficient är ungefär 12×10⁻⁶/℃. Under fotolitografimaskinens drift kommer värmen som genereras av laserljuskällan, optiska linser och mekaniska komponenter att få utrustningens temperatur att stiga med 5–10 ℃. Om litografimaskinens arbetsbord använder en metallbas kan en 1 meter lång bas orsaka en expansionsdeformation på 60–120 μm, vilket leder till en förskjutning i det relativa läget mellan masken och wafern.
I avancerade tillverkningsprocesser (som 3 nm och 2 nm) är transistoravståndet bara några få nanometer. En sådan liten termisk deformation är tillräcklig för att orsaka att fotolitografimönstret blir feljusterat, vilket leder till onormala transistorkopplingar, kortslutningar eller öppna kretsar och andra problem, vilket direkt leder till att chipet slutar fungera. Granitbasens värmeutvidgningskoefficient är så låg som 0,01 μm/°C (dvs. (1-2) × 10⁻⁶/℃), och deformationen under samma temperaturförändring är bara 1/10-1/5 av metallens. Det kan ge en stabil lastbärande plattform för fotolitografimaskinen, vilket säkerställer exakt överföring av fotolitografimönstret och avsevärt förbättrar utbytet vid chiptillverkning.
Etsning och deponering: Påverkar strukturens dimensionsnoggrannhet
Etsning och deponering är de viktigaste processerna för att konstruera tredimensionella kretsstrukturer på waferns yta. Under etsningsprocessen genomgår den reaktiva gasen en kemisk reaktion med waferns ytmaterial. Samtidigt genererar komponenter som RF-strömförsörjningen och gasflödeskontrollen inuti utrustningen värme, vilket gör att temperaturen på wafern och utrustningens komponenter stiger. Om värmeutvidgningskoefficienten för waferbäraren eller utrustningsbasen inte matchar waferns (värmeutvidgningskoefficienten för kiselmaterial är ungefär 2,6 × 10⁻⁶/℃), kommer termisk stress att genereras när temperaturen ändras, vilket kan orsaka små sprickor eller skevhet på waferns yta.
Denna typ av deformation kommer att påverka etsningsdjupet och sidoväggens vertikalitet, vilket gör att dimensionerna på de etsade spåren, genomgående hålen och andra strukturer avviker från designkraven. På liknande sätt kan skillnaden i termisk expansion i tunnfilmsdeponeringsprocessen orsaka intern spänning i den deponerade tunna filmen, vilket leder till problem som sprickbildning och flagning av filmen, vilket påverkar chipets elektriska prestanda och långsiktiga tillförlitlighet. Användningen av granitbaser med en termisk expansionskoefficient som liknar den för kiselmaterial kan effektivt minska termisk spänning och säkerställa stabiliteten och noggrannheten i etsnings- och deponeringsprocesserna.
Paketeringsstadium: Termisk obalans orsakar tillförlitlighetsproblem
I halvledarkapslingsstadiet är kompatibiliteten mellan de termiska expansionskoefficienterna mellan chipet och förpackningsmaterialet (såsom epoxiharts, keramik etc.) av avgörande betydelse. Värmeutvidgningskoefficienten för kisel, kärnmaterialet i chips, är relativt låg, medan den för de flesta förpackningsmaterial är relativt hög. När chipets temperatur förändras under användning kommer termisk stress att uppstå mellan chipet och förpackningsmaterialet på grund av att de termiska expansionskoefficienterna inte matchar.
Denna termiska stress, under påverkan av upprepade temperaturcykler (såsom uppvärmning och kylning under chipets drift), kan leda till utmattningssprickbildning i lödfogarna mellan chipet och förpackningssubstratet, eller orsaka att bindningstrådarna på chipets yta faller av, vilket i slutändan resulterar i att chipets elektriska anslutning slutar fungera. Genom att välja förpackningssubstratmaterial med en värmeutvidgningskoefficient nära kiselmaterialens och använda granittestplattformar med utmärkt termisk stabilitet för noggrannhetsdetektering under förpackningsprocessen, kan problemet med termisk missmatchning effektivt minskas, förpackningens tillförlitlighet förbättras och chipets livslängd förlängas.
Kontroll av produktionsmiljön: Den koordinerade stabiliteten hos utrustning och fabriksbyggnader
Förutom att direkt påverka tillverkningsprocessen är värmeutvidgningskoefficienten också relaterad till den övergripande miljökontrollen i halvledarfabriker. I stora halvledarproduktionsverkstäder kan faktorer som start och stopp av luftkonditioneringssystem och värmeavledning från utrustningskluster orsaka fluktuationer i omgivningstemperaturen. Om värmeutvidgningskoefficienten för fabriksgolvet, utrustningsbaser och annan infrastruktur är för hög, kommer långsiktiga temperaturförändringar att orsaka att golvet spricker och utrustningsfundamentet förskjuts, vilket påverkar noggrannheten hos precisionsutrustning som fotolitografimaskiner och etsmaskiner.
Genom att använda granitbaser som utrustningsstöd och kombinera dem med fabriksbyggnadsmaterial med låga värmeutvidgningskoefficienter kan en stabil produktionsmiljö skapas, vilket minskar frekvensen av utrustningskalibrering och underhållskostnader orsakade av termisk deformation i omgivningen, och säkerställer långsiktig stabil drift av halvledarproduktionslinjen.
Värmeutvidgningskoefficienten löper genom hela livscykeln för halvledartillverkning, från materialval, processkontroll till paketering och testning. Värmeutvidgningens inverkan måste noggrant beaktas i varje led. Granitbaser, med sin ultralåga värmeutvidgningskoefficient och andra utmärkta egenskaper, ger en stabil fysisk grund för halvledartillverkning och blir en viktig garanti för att främja utvecklingen av chiptillverkningsprocesser mot högre precision.
Publiceringstid: 20 maj 2025