Pooljuhtide tootmise valdkonnas, mis taotleb ülimat täpsust, on soojuspaisumistegur üks põhiparameetreid, mis mõjutab toote kvaliteeti ja tootmise stabiilsust. Kogu protsessi vältel, alates fotolitograafiast ja söövitamisest kuni pakendamiseni, võivad materjalide soojuspaisumistegurid mitmel moel mõjutada tootmise täpsust. Graniidist alusmaterjal oma ülimadala soojuspaisumisteguriga on aga saanud selle probleemi lahendamise võtmeks.
Litograafiaprotsess: termiline deformatsioon põhjustab mustri kõrvalekallet
Fotolitograafia on pooljuhtide tootmise põhietapp. Fotolitograafiamasina abil kantakse maski vooluringi mustrid fotoresistiga kaetud vahvli pinnale. Selle protsessi käigus on fotolitograafiamasina sees olev soojusjuhtimine ja töölaua stabiilsus üliolulised. Näiteks traditsioonilised metallmaterjalid. Nende soojuspaisumistegur on ligikaudu 12 × 10⁻⁶/℃. Fotolitograafiamasina töötamise ajal põhjustab laservalgusallika, optiliste läätsede ja mehaaniliste komponentide tekitatud soojus seadme temperatuuri tõusu 5–10 ℃ võrra. Kui litograafiamasina töölaud kasutab metallalust, võib 1 meetri pikkune alus põhjustada 60–120 μm paisumisdeformatsiooni, mis viib maski ja vahvli suhtelise asendi nihkumiseni.
Täiustatud tootmisprotsessides (näiteks 3 nm ja 2 nm) on transistoride vahekaugus vaid mõni nanomeeter. Nii väike termiline deformatsioon on piisav, et fotolitograafia muster valesti joondataks, mis omakorda põhjustab transistoriühenduste ebanormaalsust, lühiseid või avatud vooluringe ja muid probleeme, mis omakorda põhjustavad kiibi funktsioonide rikke. Graniitaluse soojuspaisumistegur on vaid 0,01 μm/°C (st (1-2) × 10⁻⁶/℃) ja deformatsioon sama temperatuurimuutuse korral on vaid 1/10-1/5 metalli omast. See pakub fotolitograafiamasinale stabiilset kandeplatvormi, tagades fotolitograafia mustri täpse ülekande ja parandades oluliselt kiibi tootmise saagikust.
Söövitamine ja sadestamine: mõjutavad struktuuri mõõtmete täpsust
Söövitamine ja sadestamine on kiibi pinnale kolmemõõtmeliste vooluringistruktuuride ehitamise põhiprotsessid. Söövitusprotsessi käigus toimub reaktiivne gaas keemilises reaktsioonis kiibi pinnamaterjaliga. Samal ajal tekitavad seadme sees olevad komponendid, näiteks raadiosageduslik toiteallikas ja gaasivoolu regulaator, soojust, mis põhjustab kiibi ja seadmekomponentide temperatuuri tõusu. Kui kiibikandja või seadme aluse soojuspaisumistegur ei vasta kiibi omale (ränimaterjali soojuspaisumistegur on ligikaudu 2,6 × 10⁻⁶/℃), tekib temperatuuri muutumisel termiline pinge, mis võib kiibi pinnale põhjustada pisikesi pragusid või deformatsiooni.
Selline deformatsioon mõjutab söövitussügavust ja külgseina vertikaalsust, põhjustades söövitatud soonte, läbivate aukude ja muude struktuuride mõõtmete kõrvalekaldumist konstruktsiooninõuetest. Samamoodi võib õhukese kile sadestamise protsessis soojuspaisumise erinevus põhjustada sadestatud õhukeses kiles sisemist pinget, mis omakorda võib põhjustada probleeme, nagu kile pragunemine ja koorumine, mis omakorda mõjutab kiibi elektrilist jõudlust ja pikaajalist töökindlust. Graniitaluste kasutamine, mille soojuspaisumistegur on sarnane ränimaterjalide omaga, aitab tõhusalt vähendada termilist pinget ning tagada söövitus- ja sadestamisprotsesside stabiilsuse ja täpsuse.
Pakendamisetapp: Termiline ebakõla põhjustab usaldusväärsuse probleeme
Pooljuhtide pakendamise etapis on kiibi ja pakkematerjali (nt epoksüvaik, keraamika jne) soojuspaisumistegurite ühilduvus ülioluline. Räni, kiibi südamiku materjali, soojuspaisumisteguri on suhteliselt madal, samas kui enamiku pakkematerjalide soojuspaisumistegurid on suhteliselt kõrged. Kui kiibi temperatuur kasutamise ajal muutub, tekib kiibi ja pakkematerjali vahel soojuspaisumistegurite mittevastavuse tõttu termiline pinge.
See termiline pinge korduvate temperatuuritsüklite (näiteks kiibi töötamise ajal toimuva kuumutamise ja jahutamise) mõjul võib põhjustada kiibi ja pakendi aluspinna vaheliste jooteühenduste väsimuspragunemist või kiibi pinnal olevate ühendusjuhtmete lahtilangemist, mis lõppkokkuvõttes põhjustab kiibi elektriühenduse katkemise. Valides pakendi aluspinna materjale, mille soojuspaisumistegur on lähedane räni materjalide omale, ja kasutades graniidist testplatvorme, millel on suurepärane termiline stabiilsus täpsuse tuvastamiseks pakendamisprotsessi ajal, saab termilise mittevastavuse probleemi tõhusalt vähendada, pakendi töökindlust parandada ja kiibi kasutusiga pikendada.
Tootmiskeskkonna kontroll: seadmete ja tehasehoonete kooskõlastatud stabiilsus
Lisaks otsesele mõjutamisele tootmisprotsessis on soojuspaisumistegur seotud ka pooljuhtide tehaste üldise keskkonnakontrolliga. Suurtes pooljuhtide tootmistöökodades võivad sellised tegurid nagu kliimaseadmete käivitamine ja seiskamine ning seadmete klastrite soojuse hajumine põhjustada keskkonnatemperatuuri kõikumisi. Kui tehasepõranda, seadmete aluste ja muu infrastruktuuri soojuspaisumistegur on liiga kõrge, põhjustavad pikaajalised temperatuurimuutused põranda pragunemist ja seadmete aluse nihkumist, mõjutades seeläbi täppisseadmete, näiteks fotolitograafiamasinate ja söövitusmasinate täpsust.
Graniitaluste kasutamine seadmete tugedena ja nende kombineerimine madala soojuspaisumisteguriga tehase ehitusmaterjalidega võimaldab luua stabiilse tootmiskeskkonna, vähendades keskkonna termilisest deformatsioonist tingitud seadmete kalibreerimise ja hoolduskulude sagedust ning tagades pooljuhtide tootmisliini pikaajalise stabiilse töö.
Soojuspaisumistegur läbib kogu pooljuhtide tootmise elutsüklit, alates materjali valikust ja protsessi juhtimisest kuni pakendamise ja testimiseni. Soojuspaisumise mõju tuleb rangelt arvestada igas lülis. Graniidist alused oma ülimadala soojuspaisumistegur ja muude suurepäraste omadustega pakuvad pooljuhtide tootmiseks stabiilset füüsilist alust ja on oluliseks tagatiseks kiipide tootmisprotsesside arendamisel suurema täpsuse suunas.
Postituse aeg: 20. mai 2025