Жартылай өткізгіштер өндірісі саласында, ең жоғары дәлдікке ұмтылатындықтан, жылу кеңею коэффициенті өнім сапасы мен өндіріс тұрақтылығына әсер ететін негізгі параметрлердің бірі болып табылады. Фотолитографиядан бастап, оюдан бастап қаптамаға дейінгі бүкіл процесс барысында материалдардың жылу кеңею коэффициенттеріндегі айырмашылықтар өндіріс дәлдігіне әртүрлі жолдармен кедергі келтіруі мүмкін. Дегенмен, өте төмен жылу кеңею коэффициентімен гранит негізі бұл мәселені шешудің кілтіне айналды.
Литография процесі: Термиялық деформация үлгінің ауытқуын тудырады
Фотолитография жартылай өткізгіш өндірісіндегі негізгі қадам болып табылады. Фотолитография машинасы арқылы маскадағы тізбек үлгілері фоторезистпен қапталған пластинаның бетіне беріледі. Бұл процесс кезінде фотолитография машинасының ішіндегі жылуды басқару және жұмыс үстелінің тұрақтылығы өте маңызды. Мысал ретінде дәстүрлі металл материалдарды алайық. Олардың жылулық кеңею коэффициенті шамамен 12 × 10⁻⁶/℃ құрайды. Фотолитография машинасының жұмысы кезінде лазерлік жарық көзінен, оптикалық линзалардан және механикалық компоненттерден бөлінетін жылу жабдықтың температурасын 5-10 ℃-қа көтереді. Егер литография машинасының жұмыс үстелінде металл негіз болса, ұзындығы 1 метрлік негіз 60-120 мкм кеңею деформациясын тудыруы мүмкін, бұл маска мен пластина арасындағы салыстырмалы позицияның ығысуына әкеледі.
Жетілдірілген өндірістік процестерде (мысалы, 3 нм және 2 нм) транзисторлар аралығы бірнеше нанометрді ғана құрайды. Мұндай кішкентай термиялық деформация фотолитографиялық үлгінің дұрыс емес орналасуына, транзисторлық қосылыстардың қалыптан тыс болуына, қысқа тұйықталуға немесе ашық тізбектерге және басқа да мәселелерге әкеліп соғады, бұл чип функцияларының істен шығуына тікелей әкеледі. Гранит негізінің термиялық кеңею коэффициенті 0,01 мкм/°C дейін төмен (яғни, (1-2) × 10⁻⁶/℃), ал бірдей температура өзгерісіндегі деформация металл деформациясының тек 1/10-1/5 бөлігін құрайды. Ол фотолитографиялық үлгінің дәл берілуін қамтамасыз ете отырып және чип өндірісінің өнімділігін айтарлықтай жақсарта отырып, фотолитографиялық машина үшін тұрақты жүктеме көтергіш платформаны қамтамасыз ете алады.
Ою және тұндыру: құрылымның өлшемдік дәлдігіне әсер етеді
Ою және тұндыру пластина бетінде үш өлшемді тізбек құрылымдарын құрудың негізгі процестері болып табылады. Ою процесінде реактивті газ пластинаның беткі материалымен химиялық реакцияға түседі. Сонымен қатар, жабдықтың ішіндегі РФ қуат көзі және газ ағынын басқару сияқты компоненттер жылу шығарады, бұл пластинаның және жабдық компоненттерінің температурасының жоғарылауына әкеледі. Егер пластина тасымалдағышының немесе жабдық негізінің жылулық кеңею коэффициенті пластинаның коэффициентіне сәйкес келмесе (кремний материалының жылулық кеңею коэффициенті шамамен 2,6 × 10⁻⁶/℃), температура өзгерген кезде жылулық кернеу пайда болады, бұл пластина бетінде ұсақ жарықтар немесе деформациялар тудыруы мүмкін.
Мұндай деформация ою тереңдігіне және бүйір қабырғасының тіктігіне әсер етеді, бұл ойылған ойықтардың өлшемдерінің тесіктер мен басқа құрылымдар арқылы жобалау талаптарынан ауытқуына әкеледі. Сол сияқты, жұқа қабықшалы тұндыру процесінде термиялық кеңеюдегі айырмашылық жиналған жұқа қабықшада ішкі кернеуді тудыруы мүмкін, бұл қабықшаның жарылуы және қабыршақтануы сияқты мәселелерге әкеледі, бұл чиптің электрлік өнімділігі мен ұзақ мерзімді сенімділігіне әсер етеді. Кремний материалдарына ұқсас термиялық кеңею коэффициенті бар гранит негіздерін пайдалану термиялық кернеуді тиімді түрде азайтып, ою және тұндыру процестерінің тұрақтылығы мен дәлдігін қамтамасыз ете алады.
Қаптама кезеңі: Термиялық сәйкессіздік сенімділік мәселелерін тудырады
Жартылай өткізгішті қаптау кезеңінде чип пен қаптама материалы (мысалы, эпоксидті шайыр, керамика және т.б.) арасындағы жылу кеңею коэффициенттерінің үйлесімділігі өте маңызды. Чиптердің негізгі материалы болып табылатын кремнийдің жылу кеңею коэффициенті салыстырмалы түрде төмен, ал көптеген қаптама материалдарының температурасы салыстырмалы түрде жоғары. Пайдалану кезінде чиптің температурасы өзгерген кезде, жылу кеңею коэффициенттерінің сәйкес келмеуіне байланысты чип пен қаптама материалы арасында жылу кернеуі пайда болады.
Бұл термиялық кернеу, қайталанатын температура циклдерінің әсерінен (мысалы, чиптің жұмысы кезінде қыздыру және салқындату), чип пен қаптама негізі арасындағы дәнекерлеу қосылыстарының шаршау жарылуына әкелуі немесе чип бетіндегі байланыстырушы сымдардың түсіп кетуіне әкелуі мүмкін, бұл сайып келгенде чиптің электрлік қосылысының істен шығуына әкеледі. Кремний материалдарына жақын термиялық кеңею коэффициенті бар қаптама негізі материалдарын таңдау және қаптама процесінде дәлдікті анықтау үшін тамаша термиялық тұрақтылығы бар гранит сынақ платформаларын пайдалану арқылы термиялық сәйкессіздік мәселесін тиімді түрде азайтуға, қаптаманың сенімділігін жақсартуға және чиптің қызмет ету мерзімін ұзартуға болады.
Өндірістік ортаны бақылау: Жабдықтар мен зауыт ғимараттарының үйлесімді тұрақтылығы
Өндіріс процесіне тікелей әсер етумен қатар, жылу кеңею коэффициенті жартылай өткізгіш зауыттардың жалпы қоршаған ортаны бақылауымен де байланысты. Ірі жартылай өткізгіш өндіріс шеберханаларында ауа баптау жүйелерінің іске қосылуы және тоқтатылуы және жабдық кластерлерінің жылу таралуы сияқты факторлар қоршаған орта температурасының ауытқуына әкелуі мүмкін. Егер зауыт еденінің, жабдық негіздерінің және басқа да инфрақұрылымның жылу кеңею коэффициенті тым жоғары болса, ұзақ мерзімді температураның өзгеруі еденнің жарылуына және жабдық негізінің жылжуына әкеледі, осылайша фотолитография машиналары мен ою машиналары сияқты дәл жабдықтардың дәлдігіне әсер етеді.
Гранит негіздерін жабдықтың тірегі ретінде пайдалану және оларды жылу кеңею коэффициенттері төмен зауыттық құрылыс материалдарымен біріктіру арқылы тұрақты өндірістік орта жасауға болады, бұл қоршаған ортаның жылу деформациясынан туындаған жабдықты калибрлеу және техникалық қызмет көрсету шығындарын азайтуға және жартылай өткізгіш өндіріс желісінің ұзақ мерзімді тұрақты жұмысын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
Жылулық кеңею коэффициенті жартылай өткізгіш өндірісінің бүкіл өмірлік циклі бойымен жүреді, материалды таңдаудан, процесті бақылаудан бастап қаптамаға және сынауға дейін. Жылулық кеңеюдің әсерін әрбір буынға қатаң ескеру қажет. Гранит негіздері, жылулық кеңеюдің өте төмен коэффициентімен және басқа да тамаша қасиеттерімен, жартылай өткізгіш өндірісі үшін тұрақты физикалық негіз болып табылады және чип өндірісі процестерін жоғары дәлдікке қарай дамытуды ілгерілетудің маңызды кепіліне айналады.
Жарияланған уақыты: 20 мамыр 2025 ж.