Графітові кільця з піролітичним вуглецем (PyC): підвищення надійності у виробництві високотемпературних напівпровідників

Поштовх до більших пластин, все вищої щільності потужності та складніших процесів висуває безпрецедентні вимоги до матеріалів, які використовуються всередині обладнання для виготовлення напівпровідників. Компоненти, які знаходяться всередині реакторів і теплових систем, тепер мають витримувати екстремальні температури, агресивну хімічну атмосферу та повторювані термічні цикли — і все це при дотриманні жорстких допусків на розміри та практично без вивільнення забруднюючих речовин.

Серед передових матеріалів, які з’явилися для вирішення цих завдань, графітові кільця з піролітичним вуглецем (PyC) завоювали особливо міцну позицію. Зараз вони широко застосовуються для вирощування кристалів карбіду кремнію, епітаксійного осадження, процесів CVD та інших високотемпературних термічних обробок. У Vetek Semiconductor ми зосередили свої зусилля на дослідженнях і розробках на технологіях піролітичних вуглецевих покриттів, які допомагають фабрикам досягати більш стабільних процесів, довшого терміну служби деталей і нижчих загальних експлуатаційних витрат.

Чому незахищений графіт не підходить для сучасних процесів?

Графіт довгий час був робочою конячкою для напівпровідникових теплових систем завдяки своїй хорошій теплопровідності, малій вазі та здатності витримувати надзвичайно високі температури. Але чистий графіт сам по собі більше не підходить для багатьох сучасних сучасних процесів.

Візьмемо, наприклад, вирощування кристалів SiC PVT, епітаксію MOCVD, осадження CVD, етапи дифузії та окислення або високотемпературний відпал. У кожному з них графітові компоненти регулярно піддаються впливу температур вище 1500°C, водню, аміаку, газів, що містять хлор, і частих циклів теплового підйому та опускання. Згодом необроблений графіт починає демонструвати поверхневу ерозію, осипання частинок, хімічний вплив, погіршення теплової однорідності та помітно коротший термін служби. Навіть дрібні частинки, що утворюються під час обробки, можуть потрапити на пластини та вплинути на врожайність.

Саме тому передовий захист поверхні став невід’ємною частиною сучасного виробництва напівпровідників.

Що насправді таке піролітичне карбонове покриття?

Піролітичне вуглецеве покриття виготовляється за допомогою спеціального методу хімічного осадження з парової фази (CVD), під час якого щільний високовпорядкований вуглецевий шар наноситься на високочисту графітову підкладку. Що відрізняє PyC від звичайних вуглецевих покриттів, так це його добре впорядкована мікроструктура, яка забезпечує виняткові термічні, механічні та хімічні характеристики.

У Vetek Semiconductor наші піролітичні вуглецеві покриття створені для надання кількох практичних переваг:

• Висока чистота – загальний вміст домішок утримується нижче 20 частин на мільйон, з відмінною газонепроникністю, що робить покриття придатним для ультрачистих напівпровідникових середовищ.
• Чудова термічна стійкість – покриття зберігає стабільність при надвисоких температурах; фактично, його механічна міцність фактично зростає з підвищенням температури, з максимальною продуктивністю близько 2750°C і точкою сублімації до 3600°C.
• Чудова стійкість до теплового удару – завдяки низькому коефіцієнту теплового розширення, високій теплопровідності та низькому модулю пружності PyC дуже добре витримує різкі зміни температури.
• Широка хімічна стабільність – стійкий до кислот, лугів, солей, органічних реагентів і навіть розплавлених металів.
• Наднизьке виділення газів – приблизно за 1800°C PyC може підтримувати рівень вакууму приблизно 10⁻⁷мм рт.ст. без значного виділення газу.

Усі ці характеристики роблять графіт з PyC-покриттям надійним вибором для найсуворіших напівпровідникових застосувань.

Де найчастіше використовуються кільця з піролітичним вуглецевим покриттям?

1. Вирощування кристалів SiC методом PVT

Фізичний транспорт парів є, мабуть, одним із найвимогливіших процесів у світі напівпровідників із типовими робочими температурами в діапазоні 2300–2500°C. Графітові кільця з покриттям PyC зазвичай використовуються в системах теплового поля, токоприймачах, тиглях, теплових екранах і структурних опорах. Користувачі повідомляють про менший ризик забруднення, стабільніші теплові поля, довший термін служби компонентів і стабільніші умови росту кристалів. У деяких випадках виробники спостерігали підвищення ефективності росту на 15-20%, а вихід пластин — понад 90%.

2. Напівпровідникова епітаксія (SiC і GaN)

Для епітаксійного росту рівномірність температури на пластині є надзвичайно важливою для якості плівки. Графітові деталі з покриттям PyC допомагають створити більш стабільне середовище росту, забезпечуючи рівномірний розподіл тепла та зменшуючи утворення часток. Вигодою є краща узгодженість процесу, низька щільність дефектів до 0,05 дефектів/см² і покращена однорідність між пластинами, що безпосередньо перетворюється на більший вихід продукції.

3. Високотемпературна дифузія та окислення

Ці кільця з покриттям також широко використовуються в дифузійних печах, печах окислення та системах відпалу. Їх висока стійкість до термічного удару дозволяє їм витримувати повторювані цикли нагрівання та охолодження з мінімальною деградацією. На практиці інтервали технічного обслуговування часто можна збільшити з трьох місяців до шести місяців, що підвищує доступність обладнання та скорочує час простою.

Піролітичний вуглець проти інших технологій покриття напівпровідників

Різні процеси вимагають різних рішень для покриття, тому Vetek Semiconductor пропонує ряд передових технологій, які відповідають конкретним робочим середовищам.

Покриття CVD SiC забезпечує чистоту до 99,99999%, відмінну хімічну стійкість, низьке утворення часток і тривалий термін служби. Він зазвичай використовується в епітаксії SiC і GaN, реакторах MOCVD і системах PECVD.

Покриття CVD TaC забезпечує чудову стійкість до окислення, відмінну високотемпературну стабільність і видатну зносостійкість, що робить його найкращим вибором для вирощування монокристалів SiC і виробництва напівпровідників третього покоління.

Пропонуючи кілька варіантів покриття, ми дозволяємо клієнтам вибрати найбільш підходящий матеріал для кожного конкретного етапу процесу.

Що пропонує Vetek Semiconductor з точки зору виробництва?

Виробництво надійних напівпровідникових компонентів — це не лише сучасні матеріали — це також залежить від точної обробки та суворого контролю якості. Vetek Semiconductor керує інтегрованою виробничою платформою, яка охоплює очищення матеріалів, точну обробку з ЧПУ, піролітичне вуглецеве покриття, покриття CVD SiC, покриття CVD TaC та комплексну перевірку.

Наша точна обробка підтримує розмірні допуски до ±3 мкм, і ми можемо обробляти складні геометрії. Ми також маємо потужності для обробки великих розмірів: у межах наших можливостей доступні компоненти діаметром до 2000 мм і висотою до 2000 мм. Усе виробництво здійснюється під суворим контролем забруднення, дотримуючись протоколів чистоти напівпровідників.

Наші компоненти призначені для заміни основних платформ обладнання, включно з Applied Materials, Lam Research, Veeco, Aixtron, ASM, TEL і LPE, тому клієнти можуть оновлювати без істотних модифікацій обладнання.

Довгострокова цінність передових покриттів

Зниження загальної вартості володіння є пріоритетом у всій галузі, а передові технології покриття забезпечують вимірну віддачу. Зазвичай користувачі бачать до 40% нижчих витрат на витратні матеріали, на 15-20% більшої ефективності росту кристалів, подовжених інтервалів технічного обслуговування, скорочення часу простою обладнання, покращеного ресурсу пластин і довшого терміну служби компонентів.

У міру того, як виробництво напівпровідників переходить до більших пластин SiC, пристроїв з більшою потужністю та все більш вимогливих температурних середовищ, інженерія поверхонь лише зростатиме. Графітові кільця з піролітичним вуглецевим покриттям разом із технологіями CVD SiC і CVD TaC відіграють все більшу роль у створенні більш ефективних, надійних і масштабованих виробничих систем.

Про Vetek Semiconductor

Vetek Semiconductor спеціалізується на передових матеріалах і технологіях покриття для виробництва високотемпературних напівпровідників. Наш портфель продуктів включає піролітичне вуглецеве (PyC) покриття, CVD-покриття з карбіду кремнію (SiC), CVD-покриття з карбіду танталу (TaC), високочисті графітові компоненти, тверді CVD-SiC-компоненти та комплексні рішення для теплового поля. Поєднуючи досвід у матеріалознавстві, точне виробництво та глибокі знання процесів, ми пропонуємо надійні рішення для виробництва напівпровідників нового покоління.