Pirolitine anglimi (PyC) dengti grafito žiedai: aukštesnės temperatūros puslaidininkių gamybos patikimumo didinimas

Siekis didesnių plokštelių, vis didesnio galios tankio ir sudėtingesnių procesų sekų kelia precedento neturinčius reikalavimus medžiagoms, naudojamoms puslaidininkių gamybos įrangoje. Komponentai, esantys reaktoriuose ir šiluminėse sistemose, dabar turi atlaikyti ekstremalias temperatūras, agresyvią cheminę atmosferą ir pasikartojančius terminius ciklus, išlaikant griežtus matmenų nuokrypius ir praktiškai neišskiriant teršalų.

Tarp pažangių medžiagų sprendimų, atsiradusių šiems iššūkiams įveikti, ypač tvirtą įsitvirtino pirolitinės anglies (PyC) dengtos grafito žiedai. Dabar jie plačiai naudojami silicio karbido kristalų auginimui, epitaksiniam nusodinimui, CVD procesams ir kitiems aukštos temperatūros terminiams apdorojimams. „Vetek Semiconductor“ savo mokslinių tyrimų ir plėtros pastangas sutelkėme į pirolitinės anglies dangos technologijas, kurios padeda gaminiams pasiekti stabilesnius procesus, ilgesnį dalių tarnavimo laiką ir mažesnes bendras veiklos sąnaudas.

Kodėl šiandieniniuose procesuose neapsaugotas grafitas yra nepakankamas?

Dėl gero šilumos laidumo, mažo svorio ir gebėjimo atlaikyti itin aukštą temperatūrą grafitas jau seniai buvo naudojama puslaidininkinių šiluminių sistemų medžiaga. Tačiau vien plikas grafitas jo nebepjauna daugeliui šiuolaikinių pažangių procesų.

Paimkite, pavyzdžiui, SiC PVT kristalų auginimą, MOCVD epitaksiją, CVD nusodinimą, difuzijos ir oksidacijos etapus arba atkaitinimą aukštoje temperatūroje. Kiekviename iš jų grafito komponentai yra reguliariai veikiami tokiomis sąlygomis, kurios apima aukštesnę nei 1500 °C temperatūrą, vandenilį, amoniaką, chloro turinčias dujas ir dažnus terminius aukštyn ir žemyn ciklus. Laikui bėgant, neapdorotas grafitas pradeda rodyti paviršiaus eroziją, dalelių išsiskyrimą, cheminį poveikį, pablogėjusį terminį vienodumą ir pastebimai trumpesnį tarnavimo laiką. Net mažos dalelės, susidarančios apdorojimo metu, gali nukristi ant plokštelių ir pakenkti derliui.

Būtent todėl pažangi paviršių apsauga tapo neginčijama šiuolaikinės puslaidininkių gamybos dalimi.

Kas iš tikrųjų yra pirolizinė anglies danga?

Pirolizinė anglies danga gaminama naudojant specializuotą cheminio nusodinimo garais (CVD) metodą, kai tankus, labai tvarkingas anglies sluoksnis nusodinamas ant didelio grynumo grafito pagrindo. PyC skiriasi nuo įprastų anglies dangų, nes jos gerai sutvarkyta mikrostruktūra, kuri reiškia išskirtines šilumines, mechanines ir chemines savybes.

„Vetek Semiconductor“ mūsų pirolitinės anglies dangos sukurtos taip, kad duotų keletą praktinių privalumų:

• Didelis grynumas – bendras priemaišų kiekis neviršija 20 ppm, užtikrina puikų dujų sandarumą, todėl danga tinka itin švarioje puslaidininkių aplinkoje.
• Išskirtinis terminis stabilumas – danga išlieka stabili esant itin aukštai temperatūrai; Tiesą sakant, jo mechaninis stiprumas iš tikrųjų didėja kylant temperatūrai, o didžiausias našumas yra apie 2750 °C, o sublimacijos taškas – iki 3600 °C.
• Puikus atsparumas šiluminiam smūgiui – dėl mažo šiluminio plėtimosi koeficiento, didelio šilumos laidumo ir mažo tamprumo modulio PyC labai gerai atlaiko greitus temperatūros pokyčius.
• Platus cheminis stabilumas – atsparus rūgštims, šarmams, druskoms, organiniams reagentams ir net išlydytiems metalams.
• Itin mažas išmetamųjų dujų kiekis – maždaug 1800 °C temperatūroje PyC gali palaikyti maždaug 10⁻⁷mmHg vakuumo lygį be reikšmingo dujų išsiskyrimo.

Dėl visų šių savybių PyC padengtas grafitas yra patikimas pasirinkimas atšiauriausioms puslaidininkių reikmėms.

Kur dažniausiai naudojami pirolitine anglimi dengti žiedai?

1. SiC kristalų auginimas naudojant PVT

Fizinis garų transportavimas yra neabejotinai vienas iš daugiausiai pastangų reikalaujančių procesų puslaidininkių pasaulyje, kurio tipinė darbinė temperatūra yra 2300–2500 °C. PyC padengti grafito žiedai dažniausiai naudojami šiluminio lauko sistemose, suskeptorių, tiglių, šilumos skydų ir konstrukcinių atramose. Vartotojai praneša apie mažesnę užteršimo riziką, pastovesnius šiluminius laukus, ilgesnį komponentų tarnavimo laiką ir stabilesnes kristalų augimo sąlygas. Kai kuriais atvejais gamintojai pastebėjo 15–20 % didesnį augimo efektyvumą, o plokštelių išeiga viršija 90 %.

2. Puslaidininkinė epitaksija (SiC ir GaN)

Siekiant epitaksinio augimo, plėvelės kokybei labai svarbu vienoda temperatūra plokštelėje. PyC padengtos grafito dalys padeda sukurti stabilesnę augimo aplinką, užtikrindamos vienodą šilumos paskirstymą ir sumažindamos dalelių susidarymą. Atlygis yra geresnis proceso nuoseklumas, net 0,05 defektų/cm² defektų tankis ir geresnis plokštelės iki plokštelės vienodumas, o visa tai tiesiogiai reiškia didesnį produkcijos išeigą.

3. Aukštos temperatūros difuzija ir oksidacija

Šie padengti žiedai taip pat plačiai naudojami difuzinėse krosnyse, oksidacijos krosnyse ir atkaitinimo sistemose. Didelis atsparumas šiluminiam šokui leidžia išgyventi pakartotinius šildymo ir vėsinimo ciklus su minimaliu degradavimu. Praktiškai techninės priežiūros intervalai dažnai gali būti pailginti nuo trijų mėnesių iki šešių mėnesių, o tai padidina įrangos prieinamumą ir sumažina prastovų laiką.

Pirolitinė anglis, palyginti su kitomis puslaidininkių dengimo technologijomis

Įvairūs procesai reikalauja skirtingų dengimo sprendimų, todėl „Vetek Semiconductor“ siūlo daugybę pažangių technologijų, tinkančių konkrečioms veiklos aplinkoms.

CVD SiC dangos grynumas iki 99,99999%, puikus cheminis atsparumas, mažas dalelių susidarymas ir ilgas tarnavimo laikas. Jis dažniausiai naudojamas SiC ir GaN epitaksijoje, MOCVD reaktoriuose ir PECVD sistemose.

CVD TaC danga užtikrina puikų atsparumą oksidacijai, puikų stabilumą aukštoje temperatūroje ir išskirtinį atsparumą dilimui, todėl tai yra geriausias pasirinkimas SiC vieno kristalo augimui ir trečios kartos puslaidininkių gamybai.

Siūlydami keletą dengimo variantų, leidžiame klientams pasirinkti tinkamiausią medžiagą kiekvienam konkrečiam proceso eigos etapui.

Ką „Vetek Semiconductor“ pateikia gamybos požiūriu?

Patikimų puslaidininkinių komponentų gamyba neapsiriboja tik pažangiomis medžiagomis – tai taip pat priklauso nuo tikslaus apdirbimo ir griežtos kokybės kontrolės. „Vetek Semiconductor“ valdo integruotą gamybos platformą, apimančią medžiagų valymą, tikslų CNC apdirbimą, pirolitinę anglies dangą, CVD SiC dangą, CVD TaC dangą ir visapusišką patikrinimą.

Mūsų tikslus apdirbimas išlaiko iki ±3 μm matmenų tolerancijas ir galime valdyti sudėtingas geometrijas. Taip pat turime didelių apdirbimo pajėgumų: iki 2000 mm skersmens ir 2000 mm aukščio komponentai yra mūsų galimybių ribose. Visa gamyba vykdoma griežtai kontroliuojant užterštumą, laikantis puslaidininkių grynumo protokolų.

Mūsų komponentai yra skirti pakeisti pagrindines įrangos platformas, įskaitant Applied Materials, Lam Research, Veeco, Aixtron, ASM, TEL ir LPE, todėl klientai gali atnaujinti be didelių įrangos pakeitimų.

Ilgalaikė pažangių dangų vertė

Bendrų nuosavybės sąnaudų mažinimas yra pramonės prioritetas, o pažangios dengimo technologijos suteikia išmatuojamą grąžą. Naudotojai paprastai mato iki 40 % mažesnes vartojimo išlaidas, 15–20 % didesnį kristalų augimo efektyvumą, ilgesnius priežiūros intervalus, trumpesnę įrangos prastovą, geresnę plokštelių išeigą ir ilgesnį komponentų tarnavimo laiką.

Puslaidininkių gamybai pereinant prie didesnių SiC plokštelių, didesnės galios įrenginių ir vis reiklesnės šiluminės aplinkos, paviršiaus inžinerijos svarba tik didės. Pirolitiniai anglimi dengti grafito žiedai kartu su CVD SiC ir CVD TaC technologijomis atlieka vis svarbesnį vaidmenį kuriant efektyvesnes, patikimesnes ir keičiamo dydžio gamybos sistemas.

Apie Vetek Semiconductor

„Vetek Semiconductor“ specializuojasi pažangių medžiagų ir dengimo technologijų, skirtų aukštos temperatūros puslaidininkių gamybai, gamyboje. Mūsų produktų asortimentą sudaro pirolitinės anglies (PyC) dangos, CVD silicio karbido (SiC) dangos, CVD tantalo karbido (TaC) dangos, didelio grynumo grafito komponentai, kietieji CVD SiC komponentai ir užbaigti terminio lauko sprendimai. Sujungdami medžiagų mokslo žinias, tikslią gamybą ir gilias procesų žinias, siūlome patikimus sprendimus naujos kartos puslaidininkių gamybai.