Inden for halvlederproduktion, hvor man stræber efter ultimativ præcision, er termisk udvidelseskoefficient en af de centrale parametre, der påvirker produktkvaliteten og produktionsstabiliteten. Gennem hele processen, fra fotolitografi og ætsning til emballering, kan forskellene i materialers termiske udvidelseskoefficienter påvirke fremstillingsnøjagtigheden på forskellige måder. Granitbasen med sin ultralave termiske udvidelseskoefficient er dog blevet nøglen til at løse dette problem.
Litografiproces: Termisk deformation forårsager mønsterafvigelse
Fotolitografi er et centralt trin i halvlederfremstilling. Gennem en fotolitografimaskine overføres kredsløbsmønstrene på masken til overfladen af den wafer, der er belagt med fotoresist. Under denne proces er den termiske styring inde i fotolitografimaskinen og arbejdsbordets stabilitet af afgørende betydning. Tag traditionelle metalmaterialer som et eksempel. Deres termiske udvidelseskoefficient er cirka 12×10⁻⁶/℃. Under drift af fotolitografimaskinen vil den varme, der genereres af laserlyskilden, optiske linser og mekaniske komponenter, få udstyrets temperatur til at stige med 5-10 ℃. Hvis litografimaskinens arbejdsbord bruger en metalbase, kan en 1 meter lang base forårsage en udvidelsesdeformation på 60-120 μm, hvilket vil føre til en forskydning i den relative position mellem masken og waferen.
I avancerede fremstillingsprocesser (såsom 3 nm og 2 nm) er transistorafstanden kun få nanometer. En sådan lille termisk deformation er tilstrækkelig til at forårsage, at fotolitografimønsteret bliver forkert justeret, hvilket fører til unormale transistorforbindelser, kortslutninger eller åbne kredsløb og andre problemer, hvilket direkte resulterer i svigt af chipfunktioner. Granitbasens termiske udvidelseskoefficient er så lav som 0,01 μm/°C (dvs. (1-2) × 10⁻⁶/℃), og deformationen under den samme temperaturændring er kun 1/10-1/5 af metals. Det kan give en stabil bærende platform til fotolitografimaskinen, hvilket sikrer præcis overførsel af fotolitografimønsteret og forbedrer udbyttet af chipproduktionen betydeligt.
Ætsning og aflejring: Påvirker strukturens dimensionsnøjagtighed
Ætsning og aflejring er nøgleprocesserne til konstruktion af tredimensionelle kredsløbsstrukturer på waferoverfladen. Under ætsningsprocessen gennemgår den reaktive gas en kemisk reaktion med waferens overflademateriale. Samtidig genererer komponenter som RF-strømforsyningen og gasstrømningskontrollen inde i udstyret varme, hvilket får temperaturen på waferen og udstyrets komponenter til at stige. Hvis den termiske udvidelseskoefficient for waferbæreren eller udstyrets base ikke matcher waferens (den termiske udvidelseskoefficient for siliciummateriale er ca. 2,6 × 10⁻⁶/℃), vil der opstå termisk stress, når temperaturen ændres, hvilket kan forårsage små revner eller vridning på waferens overflade.
Denne form for deformation vil påvirke ætsningsdybden og sidevæggens vertikalitet, hvilket får dimensionerne af de ætsede riller, gennemgående huller og andre strukturer til at afvige fra designkravene. Tilsvarende kan forskellen i termisk udvidelse i tyndfilmsaflejringsprocessen forårsage intern spænding i den aflejrede tyndfilm, hvilket fører til problemer som revner og afskalning af filmen, hvilket påvirker chippens elektriske ydeevne og langsigtede pålidelighed. Brugen af granitbaser med en termisk udvidelseskoefficient svarende til siliciummaterialers kan effektivt reducere termisk spænding og sikre stabiliteten og nøjagtigheden af ætsnings- og aflejringsprocesserne.
Pakningsfase: Termisk uoverensstemmelse forårsager pålidelighedsproblemer
I halvlederpakningsfasen er kompatibiliteten af de termiske udvidelseskoefficienter mellem chippen og pakningsmaterialet (såsom epoxyharpiks, keramik osv.) af afgørende betydning. Den termiske udvidelseskoefficient for silicium, kernematerialet i chips, er relativt lav, mens den for de fleste pakningsmaterialer er relativt høj. Når chippens temperatur ændrer sig under brug, vil der opstå termisk spænding mellem chippen og pakningsmaterialet på grund af uoverensstemmelsen mellem de termiske udvidelseskoefficienter.
Denne termiske belastning, under påvirkning af gentagne temperaturcyklusser (såsom opvarmning og afkøling under chippens drift), kan føre til udmattelsesrevner i loddeforbindelserne mellem chippen og emballagesubstratet eller forårsage, at bindingstrådene på chippens overflade falder af, hvilket i sidste ende resulterer i svigt af chippens elektriske forbindelse. Ved at vælge emballagesubstratmaterialer med en termisk udvidelseskoefficient tæt på siliciummaterialer og bruge granit-testplatforme med fremragende termisk stabilitet til nøjagtighedsdetektion under emballageprocessen, kan problemet med termisk uoverensstemmelse effektivt reduceres, emballagens pålidelighed kan forbedres, og chippens levetid kan forlænges.
Produktionsmiljøkontrol: Den koordinerede stabilitet af udstyr og fabriksbygninger
Udover at have en direkte indflydelse på fremstillingsprocessen er den termiske udvidelseskoefficient også relateret til den overordnede miljøkontrol i halvlederfabrikker. I store halvlederproduktionsværksteder kan faktorer som start og stop af klimaanlæg og varmeafledning fra udstyrsklynger forårsage udsving i den omgivende temperatur. Hvis den termiske udvidelseskoefficient for fabriksgulvet, udstyrsbaser og anden infrastruktur er for høj, vil langvarige temperaturændringer få gulvet til at revne og udstyrsfundamentet til at forskyde sig, hvilket påvirker nøjagtigheden af præcisionsudstyr såsom fotolitografimaskiner og ætsemaskiner.
Ved at bruge granitbaser som udstyrsunderstøtninger og kombinere dem med fabriksbyggematerialer med lave termiske udvidelseskoefficienter kan der skabes et stabilt produktionsmiljø, hvilket reducerer hyppigheden af udstyrskalibrering og vedligeholdelsesomkostninger forårsaget af miljømæssig termisk deformation og sikrer langsigtet stabil drift af halvlederproduktionslinjen.
Termisk udvidelseskoefficient løber gennem hele livscyklussen for halvlederproduktion, fra materialevalg, proceskontrol til pakning og testning. Virkningen af termisk udvidelse skal nøje overvejes i hvert led. Granitbaser, med deres ultralave termiske udvidelseskoefficient og andre fremragende egenskaber, giver et stabilt fysisk fundament for halvlederproduktion og bliver en vigtig garanti for at fremme udviklingen af chipfremstillingsprocesser mod højere præcision.
Udsendelsestidspunkt: 20. maj 2025