Herstellung von Gasverteilungssystemen in der Halbleiterindustrie Deutschland

Bei der Halbleiterherstellung erledigen Gase die ganze Arbeit und Laser bekommen die ganze Aufmerksamkeit. Während Laser Transistormuster in Silizium ätzen, besteht die Ätzung, die zuerst das Silizium ablagert und den Laser zerstört, um vollständige Schaltkreise herzustellen, aus einer Reihe von Gasen. Es ist nicht überraschend, dass diese Gase, die zur Entwicklung von Mikroprozessoren in einem mehrstufigen Prozess verwendet werden, von hoher Reinheit sind. Zusätzlich zu dieser Einschränkung haben viele von ihnen andere Bedenken und Einschränkungen. Einige der Gase sind kryogen, andere sind ätzend und wieder andere sind hochgiftig.

Insgesamt machen diese Einschränkungen die Herstellung von Gasverteilungssystemen für die Halbleiterindustrie zu einer großen Herausforderung. Die Materialspezifikationen sind anspruchsvoll. Abgesehen von den Materialspezifikationen ist ein Gasverteilungsarray eine komplexe elektromechanische Anordnung miteinander verbundener Systeme. Die Umgebungen, in denen sie zusammengebaut werden, sind komplex und überlappen sich. Die endgültige Fertigung erfolgt vor Ort als Teil des Installationsprozesses. Orbitallöten hilft dabei, die hohen Spezifikationen der Gasverteilungsanforderungen zu erfüllen und gleichzeitig die Herstellung in engen, anspruchsvollen Umgebungen handhabbarer zu machen.

So nutzt die Halbleiterindustrie Gase

Bevor man mit der Planung der Herstellung eines Gasverteilungssystems beginnt, muss man zumindest die Grundlagen der Halbleiterherstellung verstehen. Im Kern werden bei Halbleitern Gase verwendet, um nahezu elementare Feststoffe auf einer Oberfläche in hochkontrollierter Weise abzuscheiden. Diese abgeschiedenen Feststoffe werden dann durch die Einführung zusätzlicher Gase, Laser, chemischer Ätzmittel und Wärme modifiziert. Die Schritte des groben Prozesses sind:

Abscheidung: Dies ist der Prozess zur Herstellung der ersten Siliziumscheibe. Siliziumvorläufergase werden in eine Vakuumabscheidungskammer gepumpt und bilden durch chemische oder physikalische Wechselwirkungen dünne Siliziumscheiben.

Fotolithografie: Der Fotoabschnitt bezieht sich auf Laser. Im höheren Spektrum der Extrem-Ultraviolett-Lithografie (EUV), die zur Herstellung von Chips mit den höchsten Spezifikationen verwendet wird, wird ein Kohlendioxidlaser verwendet, um die Mikroprozessorschaltkreise in den Wafer zu ätzen.

Ätzen: Während des Ätzvorgangs wird Halogen-Kohlenstoff-Gas in die Kammer gepumpt, um ausgewählte Materialien im Siliziumsubstrat zu aktivieren und aufzulösen. Dieser Prozess graviert die lasergedruckten Schaltkreise effektiv in das Substrat.

Dotierung: Dies ist ein zusätzlicher Schritt, der die Leitfähigkeit der geätzten Oberfläche ändert, um die genauen Bedingungen zu bestimmen, unter denen der Halbleiter leitet.

Tempern: Bei diesem Verfahren werden durch erhöhten Druck und Temperatur Reaktionen zwischen den Waferschichten ausgelöst. Im Wesentlichen werden dabei die Ergebnisse des vorherigen Prozesses finalisiert und der endgültige Prozessor im Wafer erstellt.

Reinigung von Kammer und Leitungen: Die in den vorherigen Schritten, insbesondere beim Ätzen und Dotieren, verwendeten Gase sind häufig hochgiftig und reaktiv. Daher müssen die Prozesskammer und die sie versorgenden Gasleitungen mit neutralisierenden Gasen gefüllt werden, um schädliche Reaktionen zu reduzieren oder zu eliminieren, und anschließend mit Inertgasen, um das Eindringen kontaminierender Gase aus der Außenumgebung zu verhindern.

Gasverteilungssysteme in der Halbleiterindustrie sind aufgrund der vielen verschiedenen Gase und der strengen Kontrolle von Gasfluss, Temperatur und Druck, die über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden muss, oft komplex. Dies wird noch komplizierter durch die für jedes Gas im Prozess erforderliche ultrahohe Reinheit. Die im vorherigen Schritt verwendeten Gase müssen aus den Leitungen und Kammern gespült oder anderweitig neutralisiert werden, bevor der nächste Prozessschritt beginnen kann. Dies bedeutet, dass es eine große Anzahl spezialisierter Leitungen, Schnittstellen zwischen dem geschweißten Rohrsystem und den Schläuchen, Schnittstellen zwischen den Schläuchen und Rohren und den Gasreglern und Sensoren sowie Schnittstellen zwischen allen zuvor genannten Komponenten und den Ventilen und Dichtungssystemen gibt, die eine Verunreinigung der Erdgasversorgung durch Rohrleitungen verhindern sollen, wenn sie ausgetauscht werden.

Darüber hinaus werden Reinraumaußenbereiche und Spezialgase in Reinraumumgebungen und speziellen geschlossenen Bereichen mit Gasversorgungssystemen ausgestattet, um die Gefahren im Falle eines versehentlichen Lecks zu verringern. Das Schweißen dieser Gassysteme in einer so komplexen Umgebung ist keine leichte Aufgabe. Mit Sorgfalt, Liebe zum Detail und der richtigen Ausrüstung kann diese Aufgabe jedoch erfolgreich bewältigt werden.

Fertigung von Gasverteilungssystemen in der Halbleiterindustrie

Die in Halbleiter-Gasverteilungssystemen verwendeten Materialien sind sehr unterschiedlich. Sie können Dinge wie PTFE-beschichtete Metallrohre und -schläuche umfassen, um hochkorrosiven Gasen standzuhalten. Das am häufigsten für allgemeine Rohrleitungen in der Halbleiterindustrie verwendete Material ist Edelstahl 316L – eine Edelstahlvariante mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Wenn man 316L mit 316 vergleicht, ist 316L widerstandsfähiger gegen interkristalline Korrosion. Dies ist ein wichtiger Gesichtspunkt, wenn man mit einer Reihe hochreaktiver und potenziell flüchtiger Gase zu tun hat, die Kohlenstoff korrodieren können. Beim Schweißen von Edelstahl 316L werden weniger Kohlenstoffniederschläge freigesetzt. Es verringert auch das Potenzial für Korngrenzenerosion, die zu Lochkorrosion in Schweißnähten und Wärmeeinflusszonen führen kann.

Um die Möglichkeit von Rohrleitungskorrosion zu verringern, die zu Produktleitungskorrosion und -verunreinigung führt, ist 316L-Edelstahl, der mit reinem Argon-Schutzgas und Wolframgas-geschützten Schweißschienen geschweißt wird, der Standard in der Halbleiterindustrie. Das einzige Schweißverfahren, das die erforderliche Kontrolle bietet, um eine hochreine Umgebung in Prozessrohrleitungen aufrechtzuerhalten. Automatisiertes Orbitalschweißen ist nur in der Halbleitergasverteilung verfügbar