Wat zijn de diverse toepassingen van kwarts bij de productie van halfgeleiders?

Hoogzuivere kwartsmaterialen spelen een cruciale rol in de halfgeleiderindustrie. Hun superieure weerstand tegen hoge temperaturen, corrosieweerstand, thermische stabiliteit en lichttransmissie-eigenschappen maken ze tot kritische verbruiksartikelen.Kwartsproductenworden gebruikt voor componenten in zowel hoge- als lagetemperatuurzones van de waferproductie, waardoor de stabiliteit en netheid van het productieproces worden gewaarborgd. Naarmate de halfgeleiderindustrie evolueert, blijft de vraag naar kwarts met een hoge zuiverheid groeien, wat de vooruitgang in productie en technologie stimuleert. Dit artikel geeft een diepgaand inzicht in de kerntoepassingen en markttrends van kwarts in de halfgeleiderproductie.

Eigenschappen van kwarts

• Kwarts (siliciumdioxide, SiO₂) is onvervangbaar op het gebied van halfgeleiders vanwege de vrijwel perfecte fysische en chemische eigenschappen8:
• Extreme zuiverheid: Kwarts van halfgeleiderkwaliteit vereist doorgaans een zuiverheid van 99,99% (4N) of hoger, en bereikt soms 5N. Dit zorgt ervoor dat metaalionen (zoals natrium, kalium en ijzer) niet migreren en de siliciumwafels vervuilen tijdens verwerking bij hoge temperaturen.
• Thermische stabiliteit: Met een verwekingspunt van ongeveer 1730°C kan kwarts langdurig stabiel functioneren in omgevingen met hoge temperaturen tussen 1100°C en 1250°C. Dit maakt het perfect geschikt voor diffusie- en oxidatieprocessen.
• Chemische inertie: Kwarts is vrijwel niet reactief met welk zuur dan ook, behalve fluorwaterstofzuur en heet fosforzuur. Het dient als ideale drager voor natte reinigings- en etsprocessen.
• Lage thermische uitzetting: Deze eigenschap zorgt ervoor dat kwartscomponenten niet gemakkelijk barsten tijdens extreme thermische cycli, waardoor de maatvastheid behouden blijft voor precisieproductie.

2. Belangrijkste toepassingen van kwartscomponenten bij de productie van halfgeleiders

A. Kristalgroei: kwartskroezen

In de eerste stap van de productie van wafels, de Czochralski (CZ)-methode, moet polysilicium worden gesmolten in een kwartskroes.

Kernfunctie: De kwartskroes komt rechtstreeks in contact met het gesmolten silicium. Hoogwaardige smeltkroezen verminderen de overmatige zuurstofafgifte en zorgen ervoor dat de onzuiverheidsniveaus in de monokristallijne siliciumstaaf tot een minimum worden beperkt.

B. Thermische processen: kwartsboten en ovenbuizen

Bij diffusie-, oxidatie- en uitgloeiprocessen worden wafers in batches in kwartsdragers geplaatst om de diffusieoven binnen te gaan.

Kernfunctie: De Quartz Wafer Boat is verantwoordelijk voor het nauwkeurig vervoeren van de wafers, terwijl de Quartz Furnace Tube zorgt voor een schone, gecontroleerde reactieomgeving op hoge temperatuur.

C. Afzetting van dunne film: kwartsdouchekoppen en kameronderdelen

Tijdens CVD- (Chemical Vapour Deposition) en ALD-processen (Atomic Layer Deposition) worden kwartsonderdelen gebruikt om reactiegassen te geleiden en te distribueren.

Kernfunctie: De kwartsdouchekop zorgt ervoor dat gas gelijkmatig op het waferoppervlak wordt gespoten, wat cruciaal is voor het verbeteren van de uniformiteit van dunne films op nanometerschaal.

D. Nat reinigen: kwartsbaden

Tijdens de reinigingsfasen voor en na de fotolithografie moeten wafers worden ondergedompeld in verschillende chemische reagentia.

Kernfunctie: Kwartsbaden zijn bestand tegen sterke zuurcorrosie en produceren geen deeltjesverontreiniging, waardoor ze een standaard zijn in RCA-reinigingsprocessen.

3. Marktanalyse van halfgeleiderkwartscomponenten

Volgens de laatste sectorgegevens maakt de mondiale markt voor halfgeleiderkwarts een snelle groei door:

4. Industrietrends

Halfgeleiderprocesiteraties stellen hoge eisen aan de materiaalzuiverheid. Aangedreven door 7 nm en meer geavanceerde processen, vervangt Synthetic Fused Silica snel traditioneel natuurlijk kwarts in ets- en lithografieprocessen vanwege de extreem lage metaalonzuiverheden en uitstekende plasmaweerstand. Tegelijkertijd maakt de industrie een transitie door naar geïntegreerde precisiebewerking. Fabrikanten met ultra-precieze CNC-capaciteiten en zeer zuivere grondstoffenintegratie zullen de leiding nemen in de toekomstige concurrentie.

Bovendien worden groene initiatieven en recycling belangrijke manieren voor fabrieken om de kosten te verlagen en de efficiëntie te verhogen. Naarmate ESG-normen steeds belangrijker worden in de toeleveringsketen van halfgeleiders, zal het nauwkeurig opknappen en recyclen van hoogwaardige kwartscomponenten een mainstream bedrijfsmodel worden. Dit helpt bedrijven de productiekosten te verlagen en is een noodzakelijke keuze om de mondiale doelstellingen op het gebied van koolstofneutraliteit te verwezenlijken. In dit proces zullen kwartsbedrijven met geavanceerde reinigingstechnologieën en vlamverwerkingsreparatiemogelijkheden te maken krijgen met aanzienlijke marktkansen.

Als toonaangevende leverancier van halfgeleidermateriaal biedt VeTek Semiconductor een volledig assortiment oplossingen, van kwartskroezen tot precisiekwartsboten. Onze producten worden op grote schaal gebruikt door grote wereldwijde OEM's en waferfabrieken, die erop gericht zijn klanten te helpen de processtabiliteit en opbrengst te verbeteren door middel van superieure materialen en vakmanschap.