Grafit o wysokiej czystości – kluczowy materiał eksploatacyjny w dziedzinie półprzewodników trzeciej generacji

Wraz ze stopniową masową produkcją przewodzących podłoży SiC stawiane są wyższe wymagania dotyczące stabilności i powtarzalności procesu. W późniejszym okresie musimy stawić czoła wyzwaniu „szybkiego wzrostu, wzrostu grubości i dorastania”, oprócz doskonalenia teorii i inżynierii, potrzebujemy również bardziej zaawansowanych materiałów pola termicznego jako wsparcia. Grafit o wysokiej czystości ma odporność na wysoką temperaturę, dobrą przewodność elektryczną i stabilność chemiczną i stał się kluczowym materiałem w dziedzinie półprzewodników.

Grafit o wysokiej czystości wspiera pole

Obecnie główny nurt komercyjnego wzrostu monokryształów węglika krzemu wykorzystuje metodę PVT. W tej metodzie do ogrzewania wykorzystuje się cewkę indukcyjną, a grafitowy element grzejny o dużej gęstości będzie nagrzewany pod wpływem prądu wirowego. Sproszkowany węglik krzemu (SiC) jest wypełniany dnem tygla grafitowego, kryształ zaszczepiający węglika krzemu (SiC) jest łączony wewnątrz pokrywy tygla grafitowego, która znajduje się w pewnej odległości od powierzchni surowca, a następnie tygiel grafitowy jako całość umieszcza się w grafitowym korpusie grzejnym, a surowiec węglika krzemu (SiC) umieszcza się w strefie wysokiej temperatury poprzez regulację temperatury zewnętrznego filcu grafitowego. Kryształ zaszczepiający węglika krzemu (SiC) znajduje się odpowiednio w obszarze niskich temperatur.

W tym procesie obszar składający się z tygla i otaczającego go materiału izolacyjnego jest najważniejszym obszarem wzrostu monokryształów SiC, nazywanym obszarem gorącego pola. Obecnie międzynarodowy piec do wzrostu monokryształów SiC wykorzystuje technologię ogrzewania o średniej częstotliwości, która charakteryzuje się tym, że komora wzrostu kryształów może osiągnąć bardzo wysoką temperaturę (do 3000 ° C), w tym scenariuszu wysokiej temperatury grafit i pokrewne produkty mogą wytrzymać tak wysokich temperaturach i nie reaguje z sublimacją SiC w tak wysokich temperaturach. Dlatego tygle i materiały izolacyjne stosowane do uprawy SiC wymagają użycia grafitu i materiałów na bazie węgla o wysokiej czystości. Wysoka czystość jest kluczowym wymaganiem w przypadku grafitu półprzewodnikowego, szczególnie w procesie wzrostu kryształów, zanieczyszczenia w graficie są kluczowym wyznacznikiem jakości kryształów, zawartość zanieczyszczeń powinna być utrzymywana poniżej 5 części na milion.

Wady grafitu porowatego

Wzrost kryształów SiC jest trudny, długi cykl badawczo-rozwojowy, wysokie koszty badań i rozwoju, jak obniżyć koszty badań i rozwoju, przyspieszyć postęp badań i rozwoju, poprawić jakość kryształów, stało się problemem dla rozwoju branży. W ostatnich latach wprowadzenie porowatego grafitu (PG) skutecznie poprawiło jakość wzrostu kryształów, a dodanie porowatych płytek grafitowych do pieca do wzrostu kryształów SiC jest jednym z gorących punktów badań przemysłowych.

(A)Tradycyjny długi piec kryształowy,(B)Długi piec kryształowy z porowatej płyty grafitowej

Uniwersytet Dongui w Korei Południowej wspomniał w eseju, że poprzez umieszczenie porowatej płyty grafitowej nad proszkiem SiC uzyskuje się dobry transfer masy w obszarze kryształu, co może rozwiązać szereg problemów technicznych występujących w tradycyjnym piecu o długich kryształach. Badanie wykazało, że zastosowanie PG pomogło zmniejszyć liczbę mikrotubul i innych defektów. Ponadto porowaty grafit jest również jedną z podstawowych technologii rozwiązywania problemów związanych z długością i grubością kryształów SiC, ponieważ może zrównoważyć składniki fazy gazowej, izolację śladowych zanieczyszczeń, dostosuj lokalną temperaturę, zredukuj opakowanie węgla i inne cząstki fizyczne, przy założeniu spełnienia dostępności kryształów, grubość kryształów można znacznie zwiększyć.

Gpodstawa rafitowa 

Podstawy grafitowe są składnikiem powszechnie stosowanym do podtrzymywania i podgrzewania podłoży monokrystalicznych w urządzeniach metaloorganicznych do chemicznego osadzania z fazy gazowej (MOCVD). Stabilność termiczna i jednorodność termiczna parametrów użytkowych bazy grafitowej pokrytej SiC odgrywają decydującą rolę w jakości wzrostu materiału epitaksjalnego, dlatego jest to kluczowy element wyposażenia MOCVD. W procesie epitaksjalnym węglika krzemu płytka jest przenoszona na dysku grafitowym, który ma typ kubełkowy, typu naleśnikowego i pojedynczy dysk grafitowy waflowy. Dysk grafitowy jest zazwyczaj pokryty SiC, który jest ściśle związany z częściami grafitowymi, co wydłuża żywotność części grafitowych i pozwala uzyskać strukturę powierzchni o wysokiej czystości wymaganą do produkcji materiałów półprzewodnikowych. Istnieje również powłoka TaC, grafit powlekany TaC w porównaniu do produktów grafitowych powlekanych SiC, ma lepszą odporność na ciepło.

Części grafitowe do implantacji jonów

Implantacja jonowa to technologia polegająca na przyspieszaniu wiązki jonów, takich jak bor, fosfor i arsen, do określonej energii, a następnie wstrzykiwaniu jej w powierzchnię materiału płytkowego w celu zmiany właściwości materiału powierzchniowego. Materiały tworzące elementy urządzenia do implantacji jonów muszą być wykonane z materiałów o wysokiej czystości, doskonałej odporności na ciepło, przewodności cieplnej, mniejszej korozji powodowanej przez wiązkę jonów i niskiej zawartości zanieczyszczeń. Grafit o wysokiej czystości spełnia wymagania aplikacji i może być stosowany w rurach przelotowych sprzętu do implantacji jonów, różnych szczelinach, elektrodach, osłonach elektrod, cewnikach, terminatorach wiązki... itp. Obecnie koszt podłoża z węglika krzemu stanowi około 47% całkowitego kosztu urządzenia, z czego stosunek kosztów materiałów pola termicznego, takich jak grafit powlekany, jest najwyższy.

Jeśli chodzi o bazę grafitową pokrytą SiC, głównymi międzynarodowymi dostawcami bazy grafitowej powlekanej SiC są holenderska Xycard, Niemcy SGL, Japonia Toyang Carbon, amerykańska korporacja MEMC, które zasadniczo zajmują rynek międzynarodowy. W Singapurze konieczne jest stopniowe otwieranie sytuacji w zakresie lokalizacji bazy grafitowej pokrytej SiC, a przemysł baz grafitowych powlekanych SiC musi przyspieszyć ten proces.

Fountyl Technologies PTE Ltd oferuje precyzyjne uchwyty SIC, uchwyty sworzniowe, uchwyty rowkowane i porowate uchwyty ceramiczne.