Графитни пръстени с покритие от пиролитичен въглерод (PyC): Подобряване на надеждността при високотемпературно производство на полупроводници

Стремежът към по-големи пластини, все по-висока плътност на мощността и по-сложни процесни последователности поставя безпрецедентни изисквания към материалите, използвани в оборудването за производство на полупроводници. Компонентите, които се намират вътре в реакторите и топлинните системи, сега трябва да издържат на екстремни температури, агресивни химически атмосфери и повтарящи се топлинни цикли - като всичко това поддържа строги толеранси на размерите и практически не освобождава замърсители.

Сред усъвършенстваните материални решения, които се появиха, за да отговорят на тези предизвикателства, графитните пръстени с покритие от пиролитичен въглерод (PyC) спечелиха особено силна опора. Сега те са широко специфицирани за растеж на кристали от силициев карбид, епитаксиално отлагане, CVD процеси и други високотемпературни термични обработки. Във Vetek Semiconductor ние съсредоточихме усилията си за научноизследователска и развойна дейност върху технологии за покритие с пиролитичен въглерод, които помагат на заводите да постигнат по-стабилни процеси, по-дълъг живот на частите и по-ниски общи оперативни разходи.

Защо незащитеният графит не отговаря на днешните процеси?

Графитът отдавна е основен материал за полупроводникови топлинни системи, благодарение на добрата си топлопроводимост, ниско тегло и способност да се справя с изключително високи температури. Но чистият графит, сам по себе си, вече не го реже за много от съвременните съвременни процеси.

Вземете, например, SiC PVT кристален растеж, MOCVD епитаксия, CVD отлагане, дифузия и стъпки на окисление или високотемпературно отгряване. Във всеки от тях графитните компоненти са рутинно изложени на условия, които включват температури над 1500°C, водород, амоняк, хлорсъдържащи газове и чести термични цикли нагоре и надолу. С течение на времето необработеният графит започва да показва повърхностна ерозия, отделяне на частици, химическа атака, влошена топлинна еднородност и значително по-кратък експлоатационен живот. Дори малки частици, генерирани по време на обработката, могат да попаднат върху вафли и да навредят на добива.

Ето защо усъвършенстваната повърхностна защита се е превърнала в неподлежаща на обсъждане част от съвременното производство на полупроводници.

Какво всъщност представлява пиролитичното въглеродно покритие?

Пиролитичното въглеродно покритие се произвежда чрез специализиран метод за химическо отлагане на пари (CVD), при който плътен, силно подреден въглероден слой се отлага върху графитен субстрат с висока чистота. Това, което отличава PyC от конвенционалните въглеродни покрития, е неговата добре подредена микроструктура, която се изразява в изключителни термични, механични и химически характеристики.

Във Vetek Semiconductor нашите покрития от пиролитичен въглерод са проектирани да осигурят няколко практически предимства:

• Висока чистота – общите примеси се поддържат под 20 ppm, с отлична газонепроницаемост, което прави покритието подходящо за ултра-чисти полупроводникови среди.
• Изключителна термична стабилност – покритието остава стабилно при свръхвисоки температури; всъщност неговата механична якост всъщност се увеличава с повишаване на температурата, с пикова производителност около 2750°C и точка на сублимация до 3600°C.
• Отлична устойчивост на термичен удар – благодарение на нисък коефициент на термично разширение, висока топлопроводимост и нисък модул на еластичност, PyC издържа много добре на бързи температурни промени.
• Широка химическа стабилност – издържа на киселини, основи, соли, органични реагенти и дори разтопени метали.
• Изключително ниско отделяне на газове – при около 1800°C PyC може да поддържа ниво на вакуум от приблизително 10⁻⁷mmHg без значително отделяне на газ.

Всички тези характеристики правят графита с PyC покритие надежден избор за най-суровите полупроводникови приложения.

Къде най-често се използват пръстени с пиролитично въглеродно покритие?

1. Растеж на кристал SiC чрез PVT

Физическият пренос на пари е може би един от най-взискателните процеси в света на полупроводниците, с типични работни температури в диапазона 2300-2500°C. Графитните пръстени с покритие от PyC обикновено се използват в системи с термично поле, токоприемници, тигли, топлинни щитове и структурни опори. Потребителите съобщават за по-нисък риск от замърсяване, по-постоянни термични полета, по-дълъг живот на компонентите и по-стабилни условия за растеж на кристали. В някои случаи производителите са видели 15-20% по-висока ефективност на растеж и добив на вафли над 90%.

2. Полупроводникова епитаксия (SiC и GaN)

За епитаксиален растеж еднородността на температурата в пластината е абсолютно критична за качеството на филма. Покритите с PyC графитни части спомагат за създаването на по-стабилна среда за растеж, като осигуряват равномерно разпределение на топлината и намаляват генерирането на частици. Изплащането е по-добра последователност на процеса, ниска плътност на дефектите до 0,05 дефекта/cm² и подобрена еднородност между пластини, всички от които се превръщат директно в по-висок производствен добив.

3. Високотемпературна дифузия и окисление

Тези пръстени с покритие също се използват широко в дифузионни пещи, окислителни пещи и системи за отгряване. Силната им устойчивост на термичен шок им позволява да оцелеят при повтарящи се цикли на нагряване и охлаждане с минимално разграждане. На практика интервалите за поддръжка често могат да бъдат удължени от три месеца на шест месеца, което повишава наличността на оборудването и намалява времето за престой.

Пиролитичен въглерод срещу други технологии за нанасяне на полупроводникови покрития

Различните процеси изискват различни решения за покритие, поради което Vetek Semiconductor предлага набор от усъвършенствани технологии, които да отговарят на специфични работни среди.

CVD SiC покритието предлага чистота до 99,99999%, отлична химическа устойчивост, ниско генериране на частици и дълъг експлоатационен живот. Обикновено се използва в SiC и GaN епитаксия, MOCVD реактори и PECVD системи.

CVD TaC покритието осигурява превъзходна устойчивост на окисление, отлична стабилност при високи температури и изключителна устойчивост на износване, което го прави предпочитан избор за SiC монокристален растеж и производство на полупроводници от трето поколение.

Като предлагаме множество опции за покритие, ние даваме възможност на клиентите да изберат най-подходящия материал за всяка конкретна стъпка в техния процес.

Какво предлага Vetek Semiconductor на масата по отношение на производството?

Производството на надеждни полупроводникови компоненти не е свързано само с модерни материали – то също така зависи от прецизната обработка и стриктния контрол на качеството. Vetek Semiconductor управлява интегрирана производствена платформа, която обхваща пречистване на материали, CNC прецизна обработка, пиролитично въглеродно покритие, CVD SiC покритие, CVD TaC покритие и цялостна проверка.

Нашата прецизна обработка поддържа толеранси на размерите до ±3μm и можем да обработваме сложни геометрии. Разполагаме и с голям капацитет за обработка: компоненти с диаметър до 2000 mm и височина 2000 mm са в нашите възможности. Цялото производство се извършва при стриктно управление на замърсяването, следвайки протоколи за чистота от клас полупроводници.

Нашите компоненти са проектирани да бъдат незаменими заместители за основни платформи за оборудване, включително тези от Applied Materials, Lam Research, Veeco, Aixtron, ASM, TEL и LPE, така че клиентите да могат да надграждат без значителни модификации на оборудването.

Дългосрочната стойност на усъвършенстваните покрития

Намаляването на общите разходи за притежание е приоритет в индустрията, а усъвършенстваните технологии за покритие осигуряват измерима възвръщаемост. Потребителите обикновено виждат до 40% по-ниски разходи за консумативи, 15-20% по-висока ефективност на растеж на кристали, удължени интервали на поддръжка, намалено време на престой на оборудването, подобрен добив на пластини и по-дълъг експлоатационен живот на компонентите.

Тъй като производството на полупроводници се движи към по-големи SiC пластини, устройства с по-висока мощност и все по-взискателни топлинни среди, повърхностното инженерство само ще нараства по важност. Графитните пръстени с пиролитично въглеродно покритие, заедно с технологиите CVD SiC и CVD TaC, играят все по-централна роля в изграждането на по-ефективни, надеждни и мащабируеми производствени системи.

Относно Vetek Semiconductor

Vetek Semiconductor е специализирана в модерни материали и технологии за покритие за високотемпературно производство на полупроводници. Нашето продуктово портфолио включва покритие от пиролитичен въглерод (PyC), CVD покритие от силициев карбид (SiC), CVD покритие от танталов карбид (TaC), графитни компоненти с висока чистота, твърди CVD SiC компоненти и цялостни решения за термично поле. Чрез комбиниране на опит в науката за материалите, прецизно производство и задълбочени познания за процесите, ние предоставяме надеждни решения за производство на полупроводници от следващо поколение.