Pürolüütilise süsinikuga (PyC) kaetud grafiitrõngad: töökindluse parandamine kõrge temperatuuriga pooljuhtide valmistamisel

Suuremate vahvlite, üha suurema võimsustiheduse ja keerukamate protsessijadade poole püüdlemine seab pooljuhtide valmistamise seadmetes kasutatavatele materjalidele enneolematud nõudmised. Reaktorites ja soojussüsteemides asuvad komponendid peavad nüüd taluma äärmuslikke temperatuure, agressiivset keemilist keskkonda ja korduvat termilist tsüklit – seda kõike, säilitades samal ajal ranged mõõtmete tolerantsid ja saasteaineid praktiliselt ei vabasta.

Nende väljakutsetega toimetulemiseks esile kerkinud täiustatud materjalilahenduste hulgas on eriti tugeva positsiooni saavutanud Pyrolytic Carbon (PyC) kaetud grafiitrõngad. Neid kasutatakse nüüd laialdaselt ränikarbiidi kristallide kasvatamiseks, epitaksiaalseks sadestamiseks, CVD protsessideks ja muudeks kõrge temperatuuriga termilisteks töötlusteks. Vetek Semiconductoris oleme keskendunud oma teadus- ja arendustegevuses pürolüütilise süsiniku katmise tehnoloogiatele, mis aitavad tehastel saavutada stabiilsemaid protsesse, pikemat osade eluiga ja madalamaid üldisi tegevuskulusid.

Miks kaitsmata grafiit tänapäeva protsessides alla jääb?

Grafiit on pikka aega olnud pooljuhtsoojussüsteemide töömaterjal, tänu heale soojusjuhtivusele, väikesele kaalule ja võimele taluda ülikõrgeid temperatuure. Kuid paljas grafiit ei lõika seda enam paljude tänapäevaste täiustatud protsesside jaoks.

Võtke näiteks SiC PVT kristallide kasvatamine, MOCVD epitaksia, CVD sadestamine, difusiooni ja oksüdatsiooni etapid või kõrgtemperatuuriline lõõmutamine. Kõigis neist puutuvad grafiitkomponendid rutiinselt kokku tingimustega, mille hulka kuuluvad temperatuur üle 1500 °C, vesinik, ammoniaak, kloori sisaldavad gaasid ja sagedased termilised üles-alla tsüklid. Aja jooksul hakkab töötlemata grafiit ilmnema pinna erosiooni, osakeste eraldumise, keemilise rünnaku, termilise ühtluse halvenemise ja märgatavalt lühema kasutuseaga. Isegi töötlemisel tekkivad väikesed osakesed võivad sattuda vahvlitele ja saagikust kahjustada.

Just seetõttu on täiustatud pinnakaitse muutunud kaasaegse pooljuhtide tootmise vaieldamatuks osaks.

Mis pürolüütiline süsinikkate tegelikult on?

Pürolüütiline süsinikkate valmistatakse spetsiaalse keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) meetodil, mille käigus kõrge puhtusastmega grafiidist substraadile sadestatakse tihe, väga järjestatud süsinikukiht. PyC eristab tavalistest süsinikkatetest selle hästi korraldatud mikrostruktuur, mis tähendab erakordset termilist, mehaanilist ja keemilist jõudlust.

Ettevõttes Vetek Semiconductor on meie pürolüütilise süsiniku katted konstrueeritud pakkuma mitmeid praktilisi eeliseid:

• Kõrge puhtusastmega – lisandite koguhulk jääb alla 20 ppm, suurepärase gaasitihedusega, mis muudab katte sobivaks ülipuhtasse pooljuhtkeskkonda.
• Silmapaistev termiline stabiilsus – kate püsib stabiilsena ülikõrgetel temperatuuridel; Tegelikult suureneb selle mehaaniline tugevus temperatuuri tõustes, maksimaalne jõudlus on umbes 2750 °C ja sublimatsioonipunkt kuni 3600 °C.
• Suurepärane soojuslöögikindlus – tänu madalale soojuspaisumistegurile, kõrgele soojusjuhtivusele ja madalale elastsusmoodulile talub PyC väga hästi kiireid temperatuurimuutusi.
• Lai keemiline stabiilsus – see on vastupidav hapetele, leelistele, sooladele, orgaanilistele reaktiividele ja isegi sulametallidele.
• Ülimadala gaasi väljalaskevõime – umbes 1800 °C juures suudab PyC säilitada vaakumi taseme ligikaudu 10⁻⁷mmHg ilma märkimisväärse gaasieralduseta.

Kõik need omadused muudavad PyC-kattega grafiidi usaldusväärseks valikuks kõige karmimate pooljuhtrakenduste jaoks.

Kus kasutatakse kõige enam pürolüütilise süsinikuga kaetud rõngaid?

1. SiC kristallide kasvatamine PVT abil

Füüsiline aurutransport on pooljuhtide maailmas vaieldamatult üks nõudlikumaid protsesse, mille tüüpilised töötemperatuurid jäävad vahemikku 2300–2500 °C. PyC-kattega grafiitrõngaid kasutatakse tavaliselt soojusväljasüsteemides, sustseptorites, tiiglites, soojuskilpides ja struktuuritugedes. Kasutajad teatavad väiksemast saastumise riskist, ühtlasematest soojusväljadest, pikemast komponentide elueast ja stabiilsematest kristallide kasvutingimustest. Mõnel juhul on tootjad näinud 15-20% suuremat kasvuefektiivsust ja vahvlite saagist üle 90%.

2. Pooljuhtide epitaksia (SiC ja GaN)

Epitaksiaalse kasvu jaoks on kogu vahvli temperatuuri ühtlus kile kvaliteedi seisukohalt ülioluline. PyC-kattega grafiitdetailid aitavad luua stabiilsemat kasvukeskkonda, tagades ühtlase soojusjaotuse ja vähendades osakeste teket. Kasu on parem protsessi järjepidevus, defektide tihedus kuni 0,05 defekti/cm² ja vahvlite ja vahvlite parem ühtlus, mis kõik tähendab otse suuremat tootmissaagist.

3. Kõrgtemperatuuriline difusioon ja oksüdatsioon

Neid kaetud rõngaid kasutatakse laialdaselt ka difusioonahjudes, oksüdatsiooniahjudes ja lõõmutussüsteemides. Nende tugev vastupidavus termilisele šokile võimaldab neil minimaalse lagunemisega üle elada korduvad kütte- ja jahutustsüklid. Praktikas saab hooldusvälbasid sageli pikendada kolmelt kuult kuuele kuule, mis suurendab seadmete saadavust ja vähendab seisakuid.

Pürolüütiline süsinik võrreldes teiste pooljuhtkatte tehnoloogiatega

Erinevad protsessid nõuavad erinevaid kattelahendusi, mistõttu pakub Vetek Semiconductor laia valikut täiustatud tehnoloogiaid, mis sobivad konkreetsete töökeskkondade jaoks.

CVD SiC kate pakub puhtust kuni 99,99999%, suurepärast keemilist vastupidavust, vähest osakeste teket ja pikka kasutusiga. Seda kasutatakse tavaliselt SiC ja GaN epitaksis, MOCVD reaktorites ja PECVD süsteemides.

CVD TaC kate tagab suurepärase oksüdatsioonikindluse, suurepärase stabiilsuse kõrgel temperatuuril ja silmapaistva kulumiskindluse, muutes selle parimaks valikuks SiC ühekristallide kasvatamiseks ja kolmanda põlvkonna pooljuhtide tootmiseks.

Pakkudes mitut katmisvalikut, võimaldame klientidel valida protsessi kulgemise iga konkreetse etapi jaoks kõige sobivama materjali.

Mida Vetek Semiconductor tootmise osas lauale toob?

Usaldusväärsete pooljuhtkomponentide tootmine ei seisne ainult täiustatud materjalides – see sõltub ka täppistöötlusest ja rangest kvaliteedikontrollist. Vetek Semiconductoril on integreeritud tootmisplatvorm, mis hõlmab materjalide puhastamist, CNC täppistöötlust, pürolüütilist süsinikku katmist, CVD SiC katet, CVD TaC katmist ja põhjalikku kontrolli.

Meie täppistöötlus hoiab mõõtmete tolerantsid kuni ±3 μm ja saame hakkama keerukate geomeetriatega. Meil on ka suur töötlemisvõimsus: kuni 2000 mm läbimõõduga ja kuni 2000 mm kõrgused komponendid on meie võimekuse piires. Kogu tootmine toimub range saastehalduse all, järgides pooljuhttaseme puhtuse protokolle.

Meie komponendid on mõeldud asendama peamisi seadmeplatvorme, sealhulgas Applied Materialsi, Lam Researchi, Veeco, Aixtroni, ASM-i, TEL-i ja LPE-i, et kliendid saaksid uuendada ilma oluliste seadmete muudatusteta.

Täiustatud katete pikaajaline väärtus

Kogu omamiskulude vähendamine on kogu tööstusharu prioriteet ja täiustatud kattetehnoloogiad annavad mõõdetavat tulu. Kasutajad näevad tavaliselt kuni 40% madalamaid kulumaterjalide kulusid, 15–20% suuremat kristallide kasvu efektiivsust, pikemaid hooldusintervalle, lühemat seadmete seisakuaega, paremat vahvli saagikust ja pikemat komponentide kasutusiga.

Kuna pooljuhtide tootmine liigub suuremate SiC-plaatide, suurema võimsusega seadmete ja üha nõudlikumate termiliste keskkondade poole, muutub pinnatehnoloogia tähtsus ainult suuremaks. Pürolüütilise süsinikuga kaetud grafiitrõngad koos CVD SiC ja CVD TaC tehnoloogiatega mängivad üha kesksemat rolli tõhusamate, töökindlamate ja skaleeritavate tootmissüsteemide loomisel.

Vetek Semiconductorist

Vetek Semiconductor on spetsialiseerunud kõrgtemperatuursete pooljuhtide tootmise täiustatud materjalidele ja kattetehnoloogiatele. Meie tooteportfell sisaldab pürolüütilist süsinikku (PyC) katet, CVD ränikarbiidi (SiC) katet, CVD tantaalkarbiidi (TaC) katet, kõrge puhtusastmega grafiitkomponente, tahkeid CVD SiC komponente ja termovälja terviklikke lahendusi. Kombineerides materjaliteaduse, täppistootmise ja sügava protsessiteadmise, pakume usaldusväärseid lahendusi järgmise põlvkonna pooljuhtide tootmiseks.