Pirolitik Karbon (PyC) Kaplı Grafit Halkalar: Yüksek Sıcaklıklı Yarı İletken Üretiminde Güvenilirliğin Artırılması

Daha büyük plakalara, daha yüksek güç yoğunluklarına ve daha karmaşık işlem dizilerine yönelik baskı, yarı iletken üretim ekipmanında kullanılan malzemelere eşi benzeri görülmemiş talepler getiriyor. Reaktörlerin ve termal sistemlerin içinde bulunan bileşenlerin artık aşırı sıcaklıklara, agresif kimyasal atmosferlere ve tekrarlanan termal döngülere dayanması gerekiyor; üstelik tüm bunları yaparken sıkı boyut toleranslarını korumak ve neredeyse hiç kirletici madde salmamak gerekiyor.

Bu zorlukların üstesinden gelmek için ortaya çıkan gelişmiş malzeme çözümleri arasında Pirolitik Karbon (PyC) kaplı grafit halkalar özellikle güçlü bir yer edinmiştir. Artık silikon karbür kristal büyütme, epitaksiyel biriktirme, CVD işlemleri ve diğer yüksek sıcaklıktaki termal işlemler için yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Vetek Semiconductor'da Ar-Ge çalışmalarımızı, fabrikaların daha istikrarlı süreçlere, daha uzun parça ömürlerine ve genel işletme maliyetlerinin azaltılmasına yardımcı olan Pirolitik Karbon kaplama teknolojilerine odakladık.

Korumasız grafit günümüz süreçlerinde neden yetersiz kalıyor?

Grafit, iyi termal iletkenliği, düşük ağırlığı ve aşırı yüksek sıcaklıklara dayanma yeteneği sayesinde uzun süredir yarı iletken termal sistemler için en çok kullanılan malzeme olmuştur. Ancak çıplak grafit tek başına günümüzün ileri süreçlerinin çoğu için artık yeterli değildir.

Örneğin SiC PVT kristal büyümesini, MOCVD epitaksisini, CVD biriktirmeyi, difüzyon ve oksidasyon adımlarını veya yüksek sıcaklıkta tavlamayı ele alalım. Bunların her birinde, grafit bileşenleri rutin olarak 1500°C'nin üzerindeki sıcaklıklar, hidrojen, amonyak, klor içeren gazlar ve sık sık termal yukarı-aşağı döngüleri içeren koşullara maruz kalır. Zamanla, işlenmemiş grafit yüzey erozyonu, parçacık dökülmesi, kimyasal saldırı, bozulmuş termal homojenlik ve fark edilir derecede daha kısa hizmet ömrü göstermeye başlar. İşleme sırasında oluşan en küçük parçacıklar bile levhaların üzerine düşebilir ve verimi olumsuz etkileyebilir.

Gelişmiş yüzey korumasının modern yarı iletken üretiminin tartışılmaz bir parçası haline gelmesinin nedeni tam olarak budur.

Pirolitik Karbon kaplama aslında nedir?

Pirolitik Karbon kaplama, yoğun, oldukça düzenli bir karbon katmanının yüksek saflıkta bir grafit alt katman üzerine biriktirildiği özel bir Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) yöntemi kullanılarak üretilir. PyC'yi geleneksel karbon kaplamalardan ayıran şey, olağanüstü termal, mekanik ve kimyasal performansa dönüşen iyi düzenlenmiş mikro yapısıdır.

Vetek Semiconductor'da Pirolitik Karbon kaplamalarımız çeşitli pratik faydalar sağlayacak şekilde tasarlanmıştır:

• Yüksek saflık – toplam yabancı maddeler 20 ppm'nin altında tutulur ve mükemmel gaz geçirmezliği sayesinde kaplama ultra temiz yarı iletken ortamlar için uygun hale gelir.
• Olağanüstü termal stabilite – kaplama ultra yüksek sıcaklıklarda stabil kalır; aslında, sıcaklık arttıkça mekanik mukavemeti de artar; en yüksek performansı 2750°C civarındadır ve süblimleşme noktası 3600°C'ye kadar çıkar.
• Mükemmel termal şok direnci – düşük termal genleşme katsayısı, yüksek termal iletkenlik ve düşük elastik modül sayesinde PyC hızlı sıcaklık değişimlerine karşı çok iyi dayanır.
• Geniş kimyasal stabilite – asitlere, alkalilere, tuzlara, organik reaktiflere ve hatta erimiş metallere karşı dayanıklıdır.
• Ultra düşük gaz çıkışı – yaklaşık 1800°C'de PyC, önemli miktarda gaz salınımı olmadan kabaca 10⁻⁷ mmHg'lik bir vakum seviyesini koruyabilir.

Tüm bu özellikler, PyC kaplı grafiti en zorlu yarı iletken uygulamalar için güvenilir bir seçim haline getirir.

Pirolitik Karbon kaplı halkalar en çok nerede kullanılıyor?

1. PVT ile SiC kristal büyümesi

Fiziksel Buhar Taşıma, 2300-2500°C aralığındaki tipik çalışma sıcaklıklarıyla yarı iletken dünyasında tartışmasız en zorlu süreçlerden biridir. PyC kaplı grafit halkalar genellikle termal alan sistemlerinde, tutucularda, potalarda, ısı kalkanlarında ve yapısal desteklerde kullanılır. Kullanıcılar daha düşük kirlenme riski, daha tutarlı termal alanlar, daha uzun bileşen ömrü ve daha kararlı kristal büyüme koşulları bildirmektedir. Bazı durumlarda üreticiler %15-20 daha yüksek büyüme verimliliği ve %90'ın üzerinde levha verimi gördüler.

2. Yarı iletken epitaksi (SiC ve GaN)

Epitaksiyel büyüme için, levha boyunca sıcaklık eşitliği film kalitesi açısından kesinlikle kritik öneme sahiptir. PyC kaplı grafit parçalar, eşit ısı dağılımı sağlayarak ve parçacık oluşumunu azaltarak daha istikrarlı bir büyüme ortamı yaratılmasına yardımcı olur. Bunun getirisi ise daha iyi süreç tutarlılığı, 0,05 hata/cm² kadar düşük kusur yoğunlukları ve levhadan levhaya iyileştirilmiş homojenliktir; bunların tümü doğrudan daha yüksek üretim verimine dönüşür.

3. Yüksek sıcaklıkta difüzyon ve oksidasyon

Bu kaplanmış halkalar aynı zamanda difüzyon fırınlarında, oksidasyon fırınlarında ve tavlama sistemlerinde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Termal şoka karşı güçlü dirençleri, tekrarlanan ısıtma ve soğutma döngülerinde minimum bozulmayla hayatta kalmalarını sağlar. Uygulamada bakım aralıkları genellikle üç aydan altı aya kadar uzatılabilir, bu da ekipmanın kullanılabilirliğini artırır ve arıza süresini azaltır.

Pirolitik Karbon ile diğer yarı iletken kaplama teknolojileri karşılaştırıldığında

Farklı prosesler farklı kaplama çözümleri gerektirir; bu nedenle Vetek Semiconductor, belirli çalışma ortamlarına uyum sağlayacak bir dizi ileri teknoloji sunar.

CVD SiC kaplama %99,99999'a varan saflık, mükemmel kimyasal direnç, düşük parçacık üretimi ve uzun hizmet ömrü sunar. SiC ve GaN epitaksi, MOCVD reaktörleri ve PECVD sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.

CVD TaC kaplama üstün oksidasyon direnci, mükemmel yüksek sıcaklık stabilitesi ve olağanüstü aşınma direnci sağlayarak SiC tek kristal büyümesi ve üçüncü nesil yarı iletken üretimi için tercih edilir.

Çoklu kaplama seçenekleri sunarak müşterilerimizin proses akışlarındaki her spesifik adım için en uygun malzemeyi seçmelerine olanak sağlıyoruz.

Vetek Semiconductor üretim açısından masaya neler getiriyor?

Güvenilir yarı iletken bileşenler üretmek yalnızca gelişmiş malzemelerle ilgili değildir; aynı zamanda hassas işleme ve sıkı kalite kontrolüne de bağlıdır. Vetek Semiconductor, malzeme saflaştırma, CNC hassas işleme, Pirolitik Karbon kaplama, CVD SiC kaplama, CVD TaC kaplama ve kapsamlı denetimi kapsayan entegre bir üretim platformu işletmektedir.

Hassas işlememiz boyut toleranslarını ±3μm'ye kadar tutar ve karmaşık geometrileri işleyebiliriz. Ayrıca büyük boyutlu işleme kapasitemiz var: 2000 mm çapa ve 2000 mm yüksekliğe kadar bileşenler kapasitemiz dahilindedir. Tüm üretim, yarı iletken sınıfı saflık protokolleri takip edilerek sıkı kirlilik yönetimi altında gerçekleştirilir.

Bileşenlerimiz, Applied Materials, Lam Research, Veeco, Aixtron, ASM, TEL ve LPE'ninkiler de dahil olmak üzere büyük ekipman platformları için anında değiştirilebilecek şekilde tasarlanmıştır; böylece müşteriler önemli ekipman değişiklikleri yapmadan yükseltme yapabilir.

Gelişmiş kaplamaların uzun vadeli değeri

Toplam sahip olma maliyetinin azaltılması sektör genelinde bir önceliktir ve gelişmiş kaplama teknolojileri ölçülebilir getiriler sağlar. Kullanıcılar genellikle %40'a kadar daha düşük sarf malzemesi maliyetleri, %15-20 daha yüksek kristal büyüme verimliliği, daha uzun bakım aralıkları, daha az ekipman arıza süresi, daha iyi levha verimi ve daha uzun bileşen servis ömrü elde eder.

Yarı iletken üretimi daha büyük SiC levhalara, daha yüksek güçlü cihazlara ve giderek daha zorlu termal ortamlara doğru ilerledikçe, yüzey mühendisliğinin önemi daha da artacaktır. Pirolitik Karbon kaplı grafit halkalar, CVD SiC ve CVD TaC teknolojileriyle birlikte daha verimli, güvenilir ve ölçeklenebilir üretim sistemleri oluşturmada giderek daha merkezi bir rol oynuyor.

Vetek Semiconductor Hakkında

Vetek Semiconductor, yüksek sıcaklıkta yarı iletken üretimi için gelişmiş malzeme ve kaplama teknolojilerinde uzmanlaşmıştır. Ürün portföyümüz Pirolitik Karbon (PyC) kaplama, CVD Silisyum Karbür (SiC) kaplama, CVD Tantal Karbür (TaC) kaplama, yüksek saflıkta grafit bileşenler, katı CVD SiC bileşenler ve eksiksiz termal alan çözümlerini içerir. Malzeme bilimi uzmanlığını, hassas üretimi ve derin proses bilgisini birleştirerek yeni nesil yarı iletken üretimi için güvenilir çözümler sunuyoruz.