Графитовые кольца с пиролитическим углеродным (PyC) покрытием: повышение надежности при производстве высокотемпературных полупроводников

Стремление к использованию более крупных пластин, все более высокой плотности мощности и более сложных технологических последовательностей предъявляет беспрецедентные требования к материалам, используемым внутри оборудования для производства полупроводников. Компонентам, находящимся внутри реакторов и тепловых систем, теперь приходится выдерживать экстремальные температуры, агрессивную химическую атмосферу и повторяющиеся термические циклы — и все это при сохранении жестких допусков на размеры и практически полном отсутствии загрязнений.

Среди передовых материалов, появившихся для решения этих задач, особенно прочную позицию заняли графитовые кольца с пиролитическим углеродным покрытием (PyC). В настоящее время они широко используются для выращивания кристаллов карбида кремния, эпитаксиального осаждения, процессов CVD и других высокотемпературных термических обработок. В Vetek Semiconductor мы сосредоточили свои усилия в области исследований и разработок на технологиях пиролитического углеродного покрытия, которые помогают заводам добиться более стабильных процессов, увеличения срока службы деталей и снижения общих эксплуатационных затрат.

Почему незащищенный графит не подходит для современных процессов?

Графит уже давно стал «рабочей лошадкой» для полупроводниковых тепловых систем благодаря своей хорошей теплопроводности, небольшому весу и способности выдерживать чрезвычайно высокие температуры. Но голый графит сам по себе больше не годится для многих современных передовых процессов.

Возьмем, к примеру, рост кристаллов SiC PVT, эпитаксию MOCVD, осаждение CVD, этапы диффузии и окисления или высокотемпературный отжиг. В каждом из них графитовые компоненты обычно подвергаются воздействию условий, которые включают температуры выше 1500°C, водород, аммиак, хлорсодержащие газы, а также частые температурные циклы повышения и понижения температуры. Со временем необработанный графит начинает проявлять эрозию поверхности, осыпание частиц, химическое воздействие, ухудшение термической однородности и заметно более короткий срок службы. Даже крошечные частицы, образующиеся во время обработки, могут попасть на пластины и повредить выход продукции.

Именно поэтому передовая защита поверхности стала неотъемлемой частью современного производства полупроводников.

Что такое пиролитическое углеродное покрытие на самом деле?

Покрытие из пиролитического углерода производится с использованием специального метода химического осаждения из паровой фазы (CVD), при котором плотный высокоупорядоченный слой углерода осаждается на графитовую подложку высокой чистоты. Что отличает PyC от обычных углеродных покрытий, так это его хорошо упорядоченная микроструктура, которая обеспечивает исключительные термические, механические и химические характеристики.

В Vetek Semiconductor наши пиролитические углеродные покрытия разработаны для достижения нескольких практических преимуществ:

• Высокая чистота: общее содержание примесей не превышает 20 частей на миллион, а превосходная газонепроницаемость делает покрытие пригодным для сверхчистых полупроводниковых сред.
• Выдающаяся термическая стабильность – покрытие остается стабильным при сверхвысоких температурах; Фактически, его механическая прочность фактически увеличивается с повышением температуры: максимальная производительность составляет около 2750°C, а точка сублимации — до 3600°C.
• Отличная стойкость к термическому удару – благодаря низкому коэффициенту теплового расширения, высокой теплопроводности и низкому модулю упругости PyC очень хорошо выдерживает быстрые изменения температуры.
• Широкая химическая стабильность – устойчив к кислотам, щелочам, солям, органическим реагентам и даже расплавленным металлам.
• Сверхнизкое выделение газа – при температуре около 1800°C PyC может поддерживать уровень вакуума примерно 10⁻⁷мм рт.ст. без значительного выделения газа.

Все эти характеристики делают графит с покрытием PyC надежным выбором для самых суровых полупроводниковых применений.

Где чаще всего используются кольца с пиролитическим углеродным покрытием?

1. Рост кристаллов SiC методом PVT.

Физический перенос паров, возможно, является одним из самых сложных процессов в мире полупроводников, типичные рабочие температуры которого находятся в диапазоне 2300–2500°C. Графитовые кольца с покрытием PyC обычно используются в системах тепловых полей, токоприемниках, тиглях, теплозащитных экранах и опорах конструкций. Пользователи сообщают о более низком риске загрязнения, более стабильных тепловых полях, более длительном сроке службы компонентов и более стабильных условиях роста кристаллов. В некоторых случаях производители добились повышения эффективности роста на 15–20% и выхода пластин выше 90%.

2. Эпитаксия полупроводников (SiC и GaN).

Для эпитаксиального роста однородность температуры по всей пластине абсолютно важна для качества пленки. Детали из графита с покрытием PyC помогают создать более стабильную среду роста, обеспечивая равномерное распределение тепла и уменьшая образование частиц. Результатом является более высокая стабильность процесса, плотность дефектов всего 0,05 дефектов/см² и улучшенная однородность между пластинами, что напрямую приводит к увеличению выхода продукции.

3. Высокотемпературная диффузия и окисление.

Эти кольца с покрытием также широко используются в диффузионных печах, печах окисления и системах отжига. Их высокая устойчивость к тепловому удару позволяет им выдерживать повторяющиеся циклы нагрева и охлаждения с минимальной деградацией. На практике интервалы технического обслуживания часто можно увеличить с трех до шести месяцев, что повышает эксплуатационную готовность оборудования и сокращает время простоев.

Пиролитический углерод по сравнению с другими технологиями полупроводниковых покрытий

Разные процессы требуют разных решений по нанесению покрытий, поэтому Vetek Semiconductor предлагает ряд передовых технологий, подходящих для конкретных условий эксплуатации.

Покрытие CVD SiC обеспечивает чистоту до 99,99999%, отличную химическую стойкость, низкое образование частиц и длительный срок службы. Он обычно используется в эпитаксии SiC и GaN, реакторах MOCVD и системах PECVD.

Покрытие CVD TaC обеспечивает превосходную стойкость к окислению, превосходную высокотемпературную стабильность и исключительную износостойкость, что делает его идеальным выбором для выращивания монокристаллов SiC и производства полупроводников третьего поколения.

Предлагая несколько вариантов покрытия, мы даем возможность клиентам выбрать наиболее подходящий материал для каждого конкретного этапа технологического процесса.

Что Vetek Semiconductor предлагает с точки зрения производства?

Производство надежных полупроводниковых компонентов — это не только использование современных материалов, оно также зависит от точности механической обработки и строгого контроля качества. Vetek Semiconductor управляет интегрированной производственной платформой, которая охватывает очистку материалов, прецизионную обработку с ЧПУ, покрытие пиролитическим углеродом, покрытие CVD SiC, покрытие CVD TaC и комплексный контроль.

Наша прецизионная обработка обеспечивает допуски на размеры до ±3 мкм, и мы можем обрабатывать изделия сложной геометрии. Мы также обладаем крупногабаритными производственными мощностями: в наших силах изготовление деталей диаметром до 2000 мм и высотой до 2000 мм. Все производство осуществляется под строгим контролем загрязнения в соответствии с протоколами чистоты полупроводникового уровня.

Наши компоненты предназначены для полной замены основных платформ оборудования, в том числе от Applied Materials, Lam Research, Veeco, Aixtron, ASM, TEL и LPE, поэтому клиенты могут выполнять модернизацию без существенных модификаций оборудования.

Долгосрочная ценность современных покрытий

Снижение совокупной стоимости владения является приоритетом во всей отрасли, а передовые технологии нанесения покрытий приносят измеримую отдачу. Пользователи обычно видят снижение затрат на расходные материалы до 40 %, повышение эффективности выращивания кристаллов на 15–20 %, увеличенные интервалы технического обслуживания, сокращение времени простоя оборудования, увеличение выхода пластин и более длительный срок службы компонентов.

По мере того, как производство полупроводников движется к более крупным пластинам SiC, более мощным устройствам и все более требовательным тепловым условиям, важность поверхностной инженерии будет только возрастать. Графитовые кольца с пиролитическим углеродным покрытием в сочетании с технологиями CVD SiC и CVD TaC играют все более важную роль в создании более эффективных, надежных и масштабируемых производственных систем.

О компании Ветек Полупроводник

Vetek Semiconductor специализируется на передовых материалах и технологиях покрытий для производства высокотемпературных полупроводников. В наш портфель продуктов входят покрытия из пиролитического углерода (PyC), CVD-покрытия из карбида кремния (SiC), CVD-покрытия из карбида тантала (TaC), графитовые компоненты высокой чистоты, твердые компоненты CVD SiC и комплексные решения для термических полей. Объединив опыт материаловедения, прецизионное производство и глубокие знания технологических процессов, мы предоставляем надежные решения для производства полупроводников нового поколения.