高純度グラファイト - 第3世代半導体分野の重要な消耗品

導電性 SiC 基板の段階的な大量生産に伴い、プロセスの安定性と再現性に対してより高い要件が求められています。 後期では「早く成長し、太く成長し、大きく成長する」という課題に直面し、理論と工学の向上に加え、それを支えるより高度な熱場材料が必要となります。 高純度グラファイトは、高温耐性、良好な電気伝導性、化学的安定性を備えており、半導体分野の重要な材料となっています。

高純度グラファイトがフィールドをサポート

現在、商業的に行われている炭化珪素単結晶育成はPVT法が主流となっている。 この方法では誘導コイルを使用して加熱し、高密度グラファイト発熱体が渦電流の作用で加熱されます。 黒鉛るつぼの底に炭化珪素（SiC）粉末を充填し、原料表面から一定の距離を置いた黒鉛るつぼ蓋の内側に炭化珪素（SiC）種結晶を接着し、黒鉛るつぼを全体を黒鉛発熱体の中に入れ、外側の黒鉛フェルトの温度を調整することで炭化ケイ素（SiC）原料を高温ゾーンに置きます。 炭化ケイ素 (SiC) 種結晶は、対応して低温領域にあります。

このプロセスにおいて、るつぼとその周囲の絶縁材で構成される領域は、SiC単結晶の成長にとって最も重要な領域であり、ホットフィールド領域と呼ばれます。 現在、国際的なSiC単結晶成長炉は中間周波加熱技術を採用しており、結晶成長チャンバーが非常に高温（最大3000℃）に達することができるという特徴があり、この高温シナリオではグラファイトおよび関連製品が耐えることができます。このような高温では昇華したSiCとは反応しません。 したがって、SiC の成長に使用されるるつぼと絶縁材料には、高純度のグラファイトと炭素ベースの材料を使用する必要があります。 高純度は半導体グラファイトの重要な要件であり、特に結晶成長のプロセスにおいては、グラファイト中の不純物は結晶品質の重要な決定要因であり、不純物含有量は5ppm未満に維持する必要があります。

多孔質黒鉛の欠陥

SiC結晶の成長は難しく、研究開発サイクルが長く、研究開発コストが高いため、いかに研究開発コストを削減し、研究開発の進捗を加速し、結晶品質を向上させるかが業界の発展にとって課題となっている。 近年、多孔質グラファイト（PG）の導入により結晶成長の品質が効果的に向上しており、SiC結晶成長炉への多孔質グラファイトプレートの追加は業界研究のホットスポットの1つです。

（a）伝統的なロングクリスタル炉，（b）多孔質黒鉛板の長尺結晶炉

韓国の東義大学は論文の中で、多孔質グラファイトプレートをSiC粉末の上に挿入することにより、良好な結晶領域の物質移動が達成され、これにより従来の長い結晶炉に存在するさまざまな技術的問題を改善できると述べた。 この研究では、PG の適用が微小管やその他の欠陥の数を減らすのに役立つことがわかりました。さらに、多孔質グラファイトは気相成分、隔離のバランスをとることができるため、SiC 結晶の長さと厚さを解決するためのコア技術の 1 つでもあります。微量不純物の除去、局所温度の調整、カーボンパッケージングやその他の物理的粒子の削減など、結晶の入手可能性を満たすという前提の下で、結晶の厚さを大幅に増やすことができます。

Gラファイトベース 

グラファイトベースは、有機金属化学気相成長 (MOCVD) 装置で単結晶基板を支持および加熱するために一般的に使用されるコンポーネントです。 SiC コーティングされたグラファイト ベースの熱安定性、性能パラメータの熱均一性は、エピタキシャル材料成長の品質に決定的な役割を果たすため、MOCVD 装置の中核となる重要なコンポーネントです。 炭化ケイ素のエピタキシャルプロセスでは、ウェハはグラファイトディスク上に搬送されます。グラファイトディスクにはバケットタイプ、パンケーキタイプ、および枚葉式グラファイトディスクがあります。 グラファイトディスクは通常、グラファイト部品に強固に結合するSiCでコーティングされており、グラファイト部品の耐用年数を延ばし、半導体材料の製造に必要な高純度の表面構造を実現します。 TaCコーティングもあります。TaCコーティングされたグラファイトは、SiCコーティングされたグラファイト製品と比較して、より優れた耐熱性を備えています。

イオン注入用グラファイト部品

イオン注入とは、ホウ素、リン、ヒ素などのイオンビームを一定のエネルギーまで加速し、ウェハ材料の表面に注入して表面材料の性質を変化させる技術です。 イオン注入装置を構成する材料には、耐熱性、熱伝導性に優れ、イオンビームによる腐食が少なく、不純物含有量の少ない高純度の材料が求められます。 用途要件を満たした高純度グラファイトで、イオン注入装置のフライトチューブ、各種スリット、電極、電極カバー、カテーテル、ビームターミネーター等に使用可能です。 現在、炭化ケイ素基板のコストはデバイス全体のコストの約 47% であり、その中でコーティングされたグラファイトなどの熱フィールド材料のコスト比率が最も高くなります。

SiCコーティングされたグラファイトベースに関する限り、SiCコーティングされたグラファイトベースの国際的な主流サプライヤーは、オランダのXycard、ドイツのSGL、日本のToyang Carbon、米国のMEMCコーポレーションであり、基本的に国際市場を占めています。 シンガポールでは、SiC コーティング黒鉛基材の現地化状況を徐々に開放する必要があり、SiC コーティング黒鉛基材産業はそのプロセスを加速する必要があります。

Fountyl Technologies PTE Ltd は、高精度 SIC チャック、ピン チャック、溝付きチャック、多孔質セラミック チャックを提供しています。