Pyrolyyttisellä hiilellä (PyC) päällystetyt grafiittirenkaat: luotettavuuden parantaminen korkean lämpötilan puolijohteiden valmistuksessa

Pyrkimys suurempiin kiekoihin, yhä suurempiin tehotiheyksiin ja monimutkaisempiin prosessisekvensseihin asettaa ennennäkemättömiä vaatimuksia puolijohdevalmistuslaitteiden sisällä käytetyille materiaaleille. Reaktoreissa ja lämpöjärjestelmissä olevien komponenttien on nyt kestettävä äärimmäisiä lämpötiloja, aggressiivisia kemiallisia ilmakehyksiä ja toistuvia lämpökiertoja – kaikki samalla kun säilytetään tiukat mittatoleranssit ja käytännössä ei vapauta epäpuhtauksia.

Edistyksellisistä materiaaliratkaisuista, jotka ovat tulleet vastaamaan näihin haasteisiin, Pyrolytic Carbon (PyC) -pinnoitetut grafiittirenkaat ovat saaneet erityisen vahvan jalansijan. Niitä on nykyään laajalti määritelty piikarbidikiteiden kasvattamiseen, epitaksiaaliseen kerrostukseen, CVD-prosesseihin ja muihin korkean lämpötilan lämpökäsittelyihin. Olemme Vetek Semiconductorissa keskittäneet T&K-työmme pyrolyyttisiin hiilipinnoitustekniikoihin, jotka auttavat tehtaita saavuttamaan vakaampia prosesseja, pitämään osien käyttöikää ja alentamaan kokonaiskäyttökustannuksia.

Miksi suojaamaton grafiitti ei riitä nykypäivän prosesseihin?

Grafiitti on pitkään ollut puolijohdelämpöjärjestelmien työhevosmateriaali hyvän lämmönjohtavuuden, keveyden ja erittäin korkeiden lämpötilojen sietokyvyn ansiosta. Mutta paljas grafiitti ei yksinään enää leikkaa sitä monissa nykypäivän edistyneissä prosesseissa.

Otetaan esimerkiksi SiC PVT -kidekasvatus, MOCVD-epitaksi, CVD-pinnoitus, diffuusio- ja hapetusvaiheet tai korkean lämpötilan hehkutus. Kussakin näistä grafiittikomponenteista altistetaan rutiininomaisesti olosuhteille, jotka sisältävät yli 1500 °C:n lämpötiloja, vetyä, ammoniakkia, klooria sisältäviä kaasuja ja toistuvia lämpökiertoja. Ajan myötä käsittelemättömässä grafiitissa alkaa esiintyä pintaeroosiota, hiukkasten irtoamista, kemiallista vaikutusta, heikentynyttä lämpötasaisuutta ja huomattavasti lyhyempää käyttöikää. Jopa prosessoinnin aikana syntyneet pienet hiukkaset voivat laskeutua kiekkojen päälle ja vahingoittaa satoa.

Juuri siksi edistyneestä pintasuojauksesta on tullut kiistaton osa nykyaikaista puolijohdevalmistusta.

Mikä pyrolyyttinen hiilipinnoite oikeastaan ​​on?

Pyrolyyttinen hiilipinnoite valmistetaan erikoistuneen kemiallisen höyrypinnoitusreitin (CVD) avulla, jossa tiheä, erittäin järjestetty hiilikerros kerrostetaan erittäin puhtaalle grafiittisubstraatille. PyC:n erottaa perinteisistä hiilipinnoitteista sen hyvin järjestetty mikrorakenne, mikä tarkoittaa poikkeuksellista lämpöä, mekaanista ja kemiallista suorituskykyä.

Vetek Semiconductorissa Pyrolytic Carbon -pinnoitteemme on suunniteltu tarjoamaan useita käytännön etuja:

• Korkea puhtaus – epäpuhtauksien kokonaismäärä pysyy alle 20 ppm:ssä, ja kaasutiiviys on erinomainen, joten pinnoite sopii erittäin puhtaisiin puolijohdeympäristöihin.
• Erinomainen lämmönkestävyys – pinnoite pysyy vakaana erittäin korkeissa lämpötiloissa; Itse asiassa sen mekaaninen lujuus itse asiassa kasvaa lämpötilan noustessa huippusuorituskyvyn ollessa noin 2750 °C ja sublimaatiopisteen ollessa jopa 3600 °C.
• Erinomainen lämpöiskun kestävyys – alhaisen lämpölaajenemiskertoimen, korkean lämmönjohtavuuden ja alhaisen kimmokertoimen ansiosta PyC kestää hyvin nopeita lämpötilan muutoksia.
• Laaja kemiallinen stabiilisuus – kestää happoja, emäksiä, suoloja, orgaanisia reagensseja ja jopa sulaa metalleja.
• Erittäin alhainen kaasupäästö – noin 1800°C:ssa PyC pystyy ylläpitämään noin 10⁻⁷mmHg:n tyhjiötason ilman merkittävää kaasun vapautumista.

Kaikki nämä ominaisuudet tekevät PyC-päällystetystä grafiitista luotettavan valinnan vaativimpiin puolijohdesovelluksiin.

Missä Pyrolytic Carbon -pinnoitettuja renkaita käytetään eniten?

1. SiC-kidekasvatus PVT:llä

Fyysinen höyrynsiirto on epäilemättä yksi puolijohdemaailman vaativimmista prosesseista, ja sen tyypilliset käyttölämpötilat ovat 2300-2500°C. PyC-pinnoitettuja grafiittirenkaita käytetään yleisesti lämpökenttäjärjestelmissä, suskeptoreissa, upokkaissa, lämpösuojissa ja rakennetuissa. Käyttäjät raportoivat pienemmästä kontaminaatioriskistä, yhtenäisemmistä lämpökentistä, pidemmästä komponenttien käyttöiästä ja vakaammista kiteen kasvuolosuhteista. Joissakin tapauksissa valmistajat ovat nähneet 15-20 % paremman kasvun tehokkuuden ja kiekot yli 90 %.

2. Puolijohdeepitaksi (SiC ja GaN)

Epitaksiaalisen kasvun kannalta lämpötilan tasaisuus kiekon poikki on ehdottoman kriittinen kalvon laadulle. PyC-pinnoitetut grafiittiosat auttavat luomaan vakaamman kasvuympäristön tarjoamalla tasaisen lämmön jakautumisen ja vähentämällä hiukkasten muodostumista. Tuloksena on parempi prosessin tasaisuus, virhetiheydet niinkin alhaiset kuin 0,05 vikaa/cm² ja parannettu kiekkojen välinen tasaisuus, jotka kaikki johtavat suoraan korkeampaan tuotantosaantoon.

3. Korkean lämpötilan diffuusio ja hapetus

Näitä päällystettyjä renkaita käytetään myös laajalti diffuusiouuneissa, hapetusuuneissa ja hehkutusjärjestelmissä. Niiden vahva lämpöshokkikestävyys mahdollistaa niiden selviytymisen toistuvista lämmitys- ja jäähdytysjaksoista minimaalisella hajoamiskertoimella. Käytännössä huoltovälejä voidaan usein pidentää kolmesta kuukaudesta kuuteen kuukauteen, mikä parantaa laitteiden saatavuutta ja vähentää seisokkeja.

Pyrolyyttinen hiili verrattuna muihin puolijohdepinnoitustekniikoihin

Erilaiset prosessit vaativat erilaisia ​​pinnoitusratkaisuja, minkä vuoksi Vetek Semiconductor tarjoaa valikoiman edistyksellisiä teknologioita, jotka sopivat tiettyihin käyttöympäristöihin.

CVD SiC -pinnoite tarjoaa jopa 99,99999:n puhtauden, erinomaisen kemiallisen kestävyyden, alhaisen hiukkasmuodostuksen ja pitkän käyttöiän. Sitä käytetään yleisesti SiC- ja GaN-epitaktisissa, MOCVD-reaktoreissa ja PECVD-järjestelmissä.

CVD TaC -pinnoite tarjoaa erinomaisen hapettumisenkestävyyden, erinomaisen korkeiden lämpötilojen vakauden ja erinomaisen kulutuskestävyyden, joten se on paras valinta piikarbidin yksikiteisen kasvun ja kolmannen sukupolven puolijohteiden valmistukseen.

Tarjoamalla useita pinnoitusvaihtoehtoja annamme asiakkaille mahdollisuuden valita sopivimman materiaalin jokaiseen prosessin vaiheeseen.

Mitä Vetek Semiconductor tuo pöytään valmistuksen suhteen?

Luotettavien puolijohdekomponenttien valmistuksessa ei ole kyse vain edistyneistä materiaaleista, vaan se riippuu myös tarkasta työstyksestä ja tiukasta laadunvalvonnasta. Vetek Semiconductorilla on integroitu valmistusalusta, joka kattaa materiaalin puhdistuksen, CNC-tarkkuustyöstön, pyrolyyttisen hiilipinnoitteen, CVD SiC -pinnoitteen, CVD TaC -pinnoitteen ja kattavan tarkastuksen.

Tarkkuustyöstömme pitää mittatoleranssit ±3 μm asti, ja pystymme käsittelemään monimutkaisia ​​geometrioita. Meillä on myös suurikokoinen prosessointikapasiteetti: halkaisijaltaan jopa 2000 mm:n ja korkeintaan 2000 mm:n komponentit ovat kykyjemme sisällä. Kaikki tuotanto tapahtuu tiukan kontaminaatiohallinnan alaisena puolijohdetason puhtauskäytäntöjä noudattaen.

Komponenttimme on suunniteltu korvaamaan suuria laitealustoja, mukaan lukien Applied Materialsin, Lam Researchin, Veecon, Aixtronin, ASM:n, TEL:n ja LPE:n tuotteet, joten asiakkaat voivat päivittää ilman merkittäviä laitteistomuutoksia.

Kehittyneiden pinnoitteiden pitkän aikavälin arvo

Koko omistuskustannusten alentaminen on prioriteetti koko teollisuudessa, ja edistyneet pinnoitusteknologiat tarjoavat mitattavissa olevan tuoton. Käyttäjät näkevät yleensä jopa 40 % pienemmät kulutustarvikekustannukset, 15-20 % paremman kiteen kasvutehokkuuden, pidennetyt huoltovälit, lyhentyneet laitteiden seisokit, paremman kiekkojen tuoton ja pidemmän komponenttien käyttöiän.

Puolijohteiden valmistuksen siirtyessä kohti suurempia piikarbidikiekkoja, suurempitehoisia laitteita ja yhä vaativampia lämpöympäristöjä, pintatekniikan merkitys vain kasvaa. Pyrolyyttiset hiilipinnoitetut grafiittirenkaat yhdessä CVD SiC- ja CVD TaC -teknologioiden kanssa ovat yhä keskeisessä asemassa tehokkaampien, luotettavampien ja skaalautuvien tuotantojärjestelmien rakentamisessa.

Tietoja Vetek Semiconductorista

Vetek Semiconductor on erikoistunut pitkälle kehitettyihin materiaaleihin ja pinnoitusteknologioihin korkean lämpötilan puolijohteiden valmistukseen. Tuotevalikoimaamme kuuluvat Pyrolytic Carbon (PyC) -pinnoite, CVD Piikarbidi (SiC) -pinnoite, CVD Tantaalikarbidi (TaC) -pinnoite, erittäin puhtaat grafiittikomponentit, kiinteät CVD SiC -komponentit ja täydelliset lämpökenttäratkaisut. Yhdistämällä materiaalitieteen asiantuntemuksen, tarkkuusvalmistuksen ja syvän prosessiosaamisen tarjoamme luotettavia ratkaisuja seuraavan sukupolven puolijohteiden tuotantoon.