Технология получения высокочистых ультратонких микропорошков кремния для полупроводников и интегральных схем: краеугольный материал для эры чипов

Аннотация: По мере того как полупроводниковые интегральные схемы (ИС) переходят к наноразмерным процессам, спрос на высокочистые ультратонкие кремниевые порошки, ключевой материал для капсулирования, достиг экстремальных значений. В данной статье подробно рассматриваются основные проблемы подготовки и технические решения для угловатых и сферических микропорошков высокочистого ультратонкого кремния (SiO₂ ≥ 99,99 %, Fe₂O₃ ≤ 0,0005 %, размер частиц D50 0,5-5 мкм) для инкапсуляторов ИС. Компания ElevateSilica предлагает стабильные и надежные передовые технологии и оборудование для подготовки материалов, основанные на инновационных технологиях очистки, ультратонкого измельчения и сферизации. ElevateSilica обеспечивает промышленность стабильными и надежными передовыми технологиями и оборудованием для подготовки материалов.

I. Введение: "Невидимый страж" упаковки микросхем

Под влиянием закона Мура полупроводниковые чипы становятся все более и более интегрированными, а ширина линии постоянно уменьшается. Именно для защиты чипа от повреждений внешней средой к эпоксидному пластиковому герметизирующему материалу выдвигаются беспрецедентные требования. В качестве основного наполнителя герметизирующего материала высокочистый ультратонкий кремниевый порошок играет ключевую роль "невидимого стража". Его чистота, размер частиц и морфология напрямую определяют состав формовочной смеси:

• Теплопроводность: влияет на тепловую эффективность и стабильность чипа.

• Коэффициент теплового расширения: он должен быть согласован с кремниевым чипом и свинцовой рамкой, чтобы предотвратить растрескивание, вызванное тепловым напряжением.

• Диэлектрические свойства: влияют на целостность и скорость передачи сигнала.

• Плотность и надежность упаковки: Более мелкий размер частиц позволяет увеличить степень заполнения для удовлетворения требований к тонкой упаковке с высокой плотностью.

Лучший кремниевый микропорошок для самых современных применений:

• Химический состав: SiO₂ ≥ 99,99%, Fe₂O₃ ≤ 0,0005%, при этом строго контролируется содержание K, Na, Ca, Cu и других примесей микрометаллов.

• Распределение частиц по размерам: требуется строгое субмикронное распределение, размер частиц D50 обычно составляет 0,5-5 мкм, и не должно быть слишком крупных частиц.

• Морфология частиц: подразделяется на угловатый микропорошок кремнезема и сферический микропорошок кремнезема с лучшими характеристиками.

Во-вторых, основные технические проблемы при подготовке высокочистого ультратонкого микропорошка кремнезема

Преобразование природного кварцевого сырья в микропорошок кремнезема, отвечающий вышеуказанным строгим стандартам, требует решения ряда технических задач мирового уровня:

1. Задача предельной чистоты: контроль содержания железа на уровне не более пяти частей на миллион (0,0005%) и удаление всех следовых примесей, которые могут повлиять на характеристики полупроводника, что требует практически абсолютных возможностей очистки.

2. Проблемы сверхтонкого дробления и контроля размеров: как измельчить кварц высокой твердости до субмикронного уровня, избегая при этом загрязнения процесса, контролируя потребление энергии и добиваясь узкого и стабильного распределения частиц по размерам.

3. Препятствия на пути сферизации: преобразование угловатых частиц неправильной формы в идеальные сферы требует чрезвычайно высоких температур (выше 2000°C) и точного кинетического контроля для обеспечения высокой сферичности, отсутствия полых шариков и гладкой поверхности.

4. Постоянство и стабильность: Полупроводниковая промышленность требует высокой степени постоянства характеристик серийных продуктов, и любые незначительные колебания могут привести к снижению выхода продукции для последующих потребителей.

Инновационная технологическая система ElevateSilica

В ответ на эти вызовы компания ElevateSilica разработала комплексную технологическую цепочку, охватывающую "очистку сырья → сверхтонкое измельчение порошка → прецизионную классификацию → сферическую модификацию ".

1. Технология глубокой химической очистки: краеугольный камень чистоты

• Технология многоступенчатого травления и комплексообразования: с помощью специальной высокочистой смешанной кислотной системы под воздействием высокой температуры и давления или ультразвука сырье подвергается глубокому выщелачиванию, эффективно очищая включения от примесей и поверхностных ионов металлов. Особенно для железа, комплексообразующий агент используется для целенаправленного удаления, чтобы достичь предельного индекса Fe₂O₃ ≤ 0,0005%.

• Промывка и фильтрация воды высокой чистоты: используйте сверхчистую воду с удельным сопротивлением 18 MΩ-см или более для многоступенчатой противоточной промывки и сочетайте с технологией точной фильтрации для полного удаления кислотных радикальных ионов и продуктов реакции.

2. технология сверхтонкого дробления и точной сортировки: искусство размера частиц

• Технология измельчения без загрязнения: Мельница с мешалкой или мельница с воздушным потоком, футерованная высокочистым диоксидом циркония и полиуретаном, обеспечивает отсутствие загрязнения металлами в процессе сверхтонкого измельчения.

• Многоступенчатая система точной сортировки: интеграция высокоэффективной турбинной сортировки и технологии воздушного потока, точная резка гранулометрического состава, эффективное удаление крупных частиц (>5 мкм) и ультратонких порошков (<0,5 мкм), чтобы обеспечить концентрацию продукта D50 в целевом диапазоне, с узким и равномерным распределением.

3. Технология высокотемпературной сферизации: скачок в производительности (для сферического микропорошка диоксида кремния)

• Энергоэффективная технология плазменной сферизации: это основное преимущество нашей технологии. Использование высокотемпературной плазменной горелки (температура может достигать десятков тысяч градусов) позволяет мгновенно расплавить угловатые частицы кремниевого порошка и естественным образом сформировать идеальные сферы под действием поверхностного натяжения.

  • Преимущества: высокая степень сферизации (≥95%), гладкая и плотная поверхность частиц, отсутствие полых шариков; процесс реакции происходит в закрытой среде, без вторичного загрязнения; энергопотребление выгоднее, чем при традиционном плазменном методе.

• Точный контроль температуры и оптимизация выхода: благодаря точному контролю мощности плазмы, скорости подачи и атмосферы, состояние плавления и процесс охлаждения частиц оптимизируются для обеспечения высокого выхода и стабильности.

4. Комплексная система контроля качества и инспекции

• Мы оснащены лазерным анализатором размера частиц, ICP-MS (масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой), сканирующим электронным микроскопом и другим передовым испытательным оборудованием для строгого контроля чистоты, размера частиц и морфологии каждой партии продукции, чтобы гарантировать, что продукция полностью соответствует стандартам полупроводниковой промышленности.

Основная ценность решений ElevateSilica

1. Прорваться через техническое узкое место: Мы предоставляем не только отдельное устройство, но и решение по пределу чистоты, сверхтонкому размеру частиц и идеальной сфере общих технических решений, чтобы помочь клиентам выйти из ситуации, когда высококлассные материалы зависят от импорта.

2. Индивидуальные производственные мощности: Мы можем создавать продукты с различными комбинациями размеров частиц (например, "наполнение крупными частицами + уплотнение мелкими частицами") и различными скоростями сферизации в соответствии с рецептурами пластиковых уплотнительных материалов, разработанными для конкретного клиента.

3. Отличная экономичность и стабильность: технологический маршрут является зрелым и надежным, а ключевое оборудование разработано самостоятельно, что обеспечивает непрерывность производства и стабильность продукции, а также приносит долгосрочные и стабильные экономические выгоды клиентам.

4. Полная поддержка процесса от лаборатории до индустриализации: Мы предоставляем комплексную техническую поддержку от подготовки образцов в килограммовом масштабе до строительства производственной линии мощностью 10 000 тонн, включая разработку процесса, поставку основного оборудования, интеграцию линии и обучение вводу в эксплуатацию.

В контексте национальной стратегии независимого контроля над полупроводниковой промышленностью крайне важно реализовать локализацию высококлассных упаковочных материалов. ElevateSilica стремится стать инновационным двигателем в области полупроводниковых материалов, обеспечивая производителей микросхем в стране и за рубежом превосходными характеристиками и стабильными поставками основных материалов на основе ведущей в мире технологии приготовления ультратонкого кремниевого порошка высокой чистоты, а также сотрудничая с компанией для предоставления самых передовых технологий и решений для полупроводниковой промышленности. Вместе мы будем поддерживать арифметический краеугольный камень цифрового мира.

Добро пожаловать в нашу техническую группу для получения подробных предложений и услуг по тестированию образцов по основной технологии подготовки микропорошка кремния полупроводникового класса!