【晶驰石英】做半导体用石英材料的10年经验总结

来源:山东晶驰石英有限公司

从事石英职业现已好长一段时间了,对石英资料及制品有一些粗浅的了解,现在拿出来和我们共享,不免有讹夺的当地,还望我们可以多多谅解,以您的热心评论和宝贵意见为盼。

期望与各位半导体职业中的朋友共享我在石英资料领域的常识,内容中有问题有现象,旨在抛砖引玉,在评论的过程中与我们共同提高业务水平。

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石英制品的杂质分类


石英制品制造商一般会把杂质依照不同的应用环境进行分类,大体能够分为可见杂质(气泡、气线、色点、生料粒)、重金属、碱金属、羟基这四个方面。


关于可见杂质,我认为除了气泡以外,的确合格石英制品中绝对不能够存在的,色点和生料粒的存在,实践就是证明了产品的不合格,任何一个厂家都应该制止让这样的产品流入商场。


气泡存在不同的检测规范,不管是什么工艺制取,都不可避免的存在一些气泡,职业界的要求,一般是要求小于直径0.5毫米大于0.1毫米,总量不超越每立方厘米3个,制止存在破皮气泡,小于直径0.1毫米的气泡,咱们在天然光环境下凭肉眼是不能发现的。


这就衍生出了两套彻底不同的气泡检测规范,天然光下和强光灯下。个人认为,大直径气泡会影响制品机械强度,甚至在升温时发生破皮或迸裂,而小尺度气泡关于运用的影响微乎其微,在挑选资料的时分,尽量挑选天然光下无可见气泡的产品。


半导体工艺中,比较关注产品中比如钾、钠、锂等碱金属的整体含量。因为碱金属的活泼特色,构成他们是半导体制程中的最大敌人,一旦石英制品碱金属含量较高,会直接构成半导体产品的污染和失效。现在在半导体职业比较通行的GE-214产品,对钾钠锂三项元素含量都有小于0.6-0.7ppm的要求,碱金属总和应该小于2ppm。


通过我对国内石英制品商场的了解,发现在碱金属的操控方面,各个厂商的水平差异很大,而半导体职业关于污染的耐受才能也远远超越了我的想象。


国内某闻名电力电子企业,其应用于扩散工艺的闭扩管,通过咱们客观精确的化学分析,发现钾钠两种元素的总含量超越4ppm,充气尾管的碱金属总含量超越30ppm,而就是这么严峻的污染环境中,扩散工艺并没有遭到任何搅扰,半导体产品能够满意设计功用和寿数,彻底满意需求。


从事半导体职业的朋友们可能都十分清楚,所谓电力电子职业,PN结的厚度不同于惯例的半导体工艺要求,往往需求更高的温度(1250摄氏度)和更长的时刻(20-40小时),我现在十分关怀的是,半导体扩散工艺中关于载具、管道碱金属总量的严苛要求究竟是不是必要的呢?


重金属部分,往往不会损害半导体类产品的制程。假如运用铝含量较高的石英管道和载具,该用具的耐高温特性还会大大增强,咱们做过相关的技能实验,GE-214产品的铝含量小于14ppm,在1125摄氏度4小时即消除应力(咱们叫应变点),GE-244产品铝含量小于8ppm,应变点低于214产品10摄氏度,国产粉料相同工艺制品,铝含量30ppm的产品,应变点能够进步到1260摄氏度,1250摄氏度坚持4小时应力依旧存在。


咱们的结论是,铝含量越高,耐温性越好。最近看到一位朋友的帖子,说是石英管在1256摄氏度作业40小时,变形严峻的问题,一般资料和一般工艺,1250摄氏度的温度环境下,石英资料15分钟就开端软化变形了,40小时陷落严峻是再正常不过的工作了。


我对他的主张有两条,首先是挑选正规厂家的高铝低碱管材,第二是选用三氧化二铝的喷涂工艺,都会有用进步石英制品的热特性,假如有时机采购30ppm以上铝含量的管子,外加喷涂工艺的话,应该能够完成长期运用不出问题。


在这个方面,我也能够举些实例来证明,例如某高温扩散工艺的企业,开始选用GE-214资料,铝含量低于14ppm,结果是晶圆会粘连到管道上,而构成崩边。

别的一个方面,我也有一些个人的主张,供参阅,部分厂家选用闭扩工艺,炉管内不必石英舟承载,而是挑选闭扩管+石英环的方法进行扩散,因为闭扩管内存在气压又彻底密闭,利用气压来支撑管道,可以有用缓解乃至是根绝变形。


别的,假如没有将工艺调整成闭扩的条件,最牢靠的做法肯定是选用sic管道和载具,sic的热特性足足比SIO2产品提高了1000摄氏度,1730摄氏度时石英现已融化成软面团,而sic依旧可以确保没有变形,仅有缺陷就是造价较高。


羟基部分,可能半导体职业的用户遍及不是十分重视,这部分我也想具体的介绍介绍。由于将石英砂加工成玻璃体的工艺不太相同,羟基含量悬殊十分的大,半导体职业使用最多的气炼法获得的石英资料,往往会存在150-300ppm的羟基,羟基含量关于石英资料的影响首要来自两个方面。


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首要,高羟基材猜中的羟基在高温环境中会形成羟基团,有效的将半导体工艺中损害较大的碱金属包裹起来,阻挠其污染晶圆。

另一个方面,羟基因为改变了sio2的键合结构,下降了资料的热稳定性,形成石英制品的耐温功能大幅下降,一般羟基含量超越200ppm的石英资料,1050摄氏度即开端软化变形,低于低羟基产品100余摄氏度。气炼法制取的石英资料,也能够经过真空电阻炉加热的方法进行脱羟,比方GE即可经过脱羟工艺将产品中羟基含量下降到1ppm以下。

个人定见,如果是低温区间的半导体工艺,能够无视羟基的存在,但是,高温半导体工艺(1000摄氏度以上)应该考虑羟基对于资料形成的实际影响,应该挑选经过脱羟处理的资料来运用。也能够挑选气炼法以外的加工工艺制取的石英资料。

参阅石英制品的职业标准,对于半导体用石英制品的羟基含量是有一些具体要求的,职业标准中将半导体职业运用的石英资料分为T级和B级两个层次,对于羟基的含量要求控制在30-50ppm以内。现在的半导体职业实际运用的产品遍及严峻超越职业标准的要求。

石英材料的制取工艺分类

电熔法工艺,又能够分为真空电容、两步法、接连熔制等具体方法,原理就是通过电为动力来历,通过电阻、电弧、中频感应等方法加热,熔融粉料而制取石英玻璃的工艺,长处是功率较高,缺陷是有触摸熔制工艺造成的金属污染和快速熔融过程中构成的气泡气线无法有用祛除,所以该计划首要应用于照明用电光源职业。


气炼法工艺,可细分为一次成型的一步法及气炼制砣、电熔加工的两步法等,一步法的工艺特点是粉料玻璃化的程度偏低,产品的耐高温特性较好,缺陷是外观较差,可见显着的水沟样环纹,因为选用氢氧焰作为热动力,气炼法制取资料的羟基含量普遍较高。

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如何选择自己需要的石英材料

选择石英材料无外乎从三个方面进行,首先是杂质含量,这一点,可以委托供应商提供样品,进行化学纯度分析,可以直接获得13种杂质含量的具体数据,再将数据与工艺要求的数据进行比对,如果超标则不可选择。

其次是要根据应用特点选择不同的工艺制程。光纤行业要求石英材料的红外透过能力,只能选择高纯进口粉料+等离子制砣工艺制取的石英材料,或采用化学合成工艺制取的合成石英材料;半导体工艺尽量选择气炼法或等离子法取得的材料,电光源等低价值应用本身不要求石英材料的高纯度,所以可以选择低价值的电熔法材料。

外观


最后是比较外观,半导体行业中使用的石英制品,外观指两个方面,第一是产品的加工精度和产品的资料水平,石英舟类的主动倒片的晶圆载具,假如工艺尺度上与设备要求不符,机器开动之后就是哗啦啦的晶圆破碎;

一台石英舟拿在手里,棒材、管材上布满了气泡、色斑,这样的载具谁敢用?第二是产品的热加工工艺,技艺高超的热加工技师就好比是日子中的艺术家,他应该是力求完美的,绝不会把牵强凑合到一同的几块资料拿给用户。细节部分,咱们能够仔细观察产品的焊缝是否平直、衔接部是否美观大方等等。

关于部分半导体行业厂家,非GE-214或贺利氏100不考虑的要求,我个人是持对立定见的,首要这两种资料的总碱金属含量遍及在2ppm左右,国产高纯资料在这方面能够完成1ppm以下的水平,国产资料铝含量相对要高于进口同类产品一倍,耐温性能有很大程度的进步,并且就扩散工艺中石英资料“吃铝”的现象来说,国产资料相对进口资料会有所缓解。

一家之言,仅仅是共享出来供我们一同讨论,以求抛砖引玉。

山东晶驰石英有限公司位于山东省郯城经济开发区。主要生产和加工石英玻璃及光学玻璃、微晶玻璃等制品。特别是环、板、片、管、棒、舟架、缸体、坩埚、仪器等多规格、多类型的近百种石英玻璃,广泛应用于光学元件、光学镀膜、光伏产业、光纤通信、半导体微电子、冶金、化工、医疗生物、天文宇航等领域,以“技术新、品种齐、质量高”著称于石英行业。公司通过了IS0 9001:2000质量管理体系认证。公司始终坚持 “精心制作、精诚服务、精益求精”质量方针,竭诚满足顾客的需求,与顾客合作互利、共同发展。

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