V polprevodniški industriji se grafit z visoko čistočo uporablja predvsem za izdelavo enokristalnih peči grafitnih ogrevalnih sistemov, elektronskih kalupov naprave, kalupov za sintranje izolatorja in tiristorskih kalupov.
Grafitni izdelki za enojne kristalne peči
1. Grafitni grelniki
Zahteve za enokristalni ogrevalni sistemi peči so zagotoviti zadostno toploto za hitro taljenje silicija, germanija in drugih materialov, hkrati pa omogočajo natančno in priročno nastavitev temperature. Zato se ogrevanje običajno doseže z uporabo odpornega ogrevanja in visokofrekvenčnega ogrevanja.
Skupne metode ogrevanja odpornosti so v glavnem sestavljene iz transformatorja in grafitnega grelnika. Skupne oblike grelnika grafita vključujejo skodelico, ravno in spiralo.
Velikost, oblika in višina grelnika so predvsem določeni s tokom taline in učinkovitostjo vlečenja kristalov. Njegov odpor se mora ujemati s transformatorji. Notranji premer in višina grelnika sta izbrana tako, da je vrh pladnja grafita znotraj visokotemperaturnega območja grelnika med taljenjem silicija, dno pladnja pa je znotraj visokotemperaturnega območja grelnika med vlečenjem kristala. Dolžina visokotemperaturnega območja grelnika je povezana z dolžino reže grelnika. Ko se določi notranji premer grelnika, se debelina grelnih rezil določi na podlagi izhodne moči transformatorja.
2. grafitne elektrode, grafitni stebri in drugi grafitni deli
V enokristalnih pečh se grafit z visoko čistoči uporablja ne samo za grelnike, ampak tudi za grafitne elektrode, stebre, izolacijske pokrove, držala za kristalne semene, pladnje žlindre in pladnje.
Načelo, oprema (pri uporabi posameznega vlečenja kristalov) in procesa delovanja nemških enojnih kristalov po metodi Czochralski so v osnovi enaki kot pri vlečenju zgoraj omenjenih silicijevih enojnih kristalov. Razlika je v tem, da se grafit lahko uporablja pri vlečenju enojnih kristalov Germanium, medtem ko je treba kremenčevo ojačitev namestiti na podporo grafita, ko vlečete silicijeve enojne kristale, ker silicij in grafit reagirajo pri visokih temperaturah.
3. Grafitni izolacijski sod
Pri talinju cone se za zmanjšanje gostote dislokacije pogosto uporabljajo grafitni izolacijski sodi.
Grafitni sod je vpet na spodnjo števsko tuljavo in segreva na rdečo z visokofrekvenčno elektromagnetno indukcijo. Sivalna toplota iz sode zmanjšuje izgubo toplote v proizvedenem kristalu, ohranja razmeroma enakomerno temperaturno polje in doseže želeno izolacijo.
Zgornji konec grafitnega sode mora biti raven z ali nekoliko višji od spodnjega vmesnika območja taline; To je ključnega pomena za zmanjšanje gostote dislokacije. Če je 2-3 mm pod kristalizacijskim vmesnikom, se bo gostota dislokacije dvignila na več deset tisoč na kvadratni centimeter. Če je približno 10 mm pod vmesnikom za kristalizacijo, bo en sam kristal razvil številne napake in se približal polikristalnemu stanju. Relativni položaj grafitnega sode in vmesnika kristalizacije je določena predvsem z razdaljo med spodnjo števcem in glavno tuljavo. Zgornji konec grafitnega sode mora biti raven z ali 0,5-1 mm višji od spodnje pulta.
Temperatura grafitnega soda mora biti primerna, niti preveč temna niti preveč svetla. Prekomerna temperatura lahko topi enokristalno površino ali proizvede drsne črte. Vroča cona grafitnega valja ima določeno dolžino in gradient od zgoraj navzdol. Zato je večja tuljava nameščena ustrezno pod spodnjo pult za pomožno ogrevanje. Rdenica grafitnega valja je odvisna od njegovega relativnega položaja do spodnjega pulta: višja je, ko postane rdeče, ko postane nižji, temnejši postane. Kontaktno območje med grafitnim valjem in tuljavo lahko zatemni zaradi hladilne vode znotraj tuljave, zato mora tuljava kontaktirati le na grafitu na nekaj točkah. Na ovinkih tuljave, kjer je gostota magnetnega toka visoka, bo grafit videti še posebej svetel. Na teh lokacijah je treba narediti reze žage za odpravo svetlih točk.
Čeprav je uporaba grafitnega valja za ohranjanje toplote primerna za stabilno proizvodnjo posameznih kristalov, ki cepijo cone z nizko gostoto dislokacije in nima zaznavnega učinka na upornost posameznega kristala, je treba skrbno pozornost nameniti namestitvi grafitnega valja, pa tudi njenemu strogemu ravnanju in pravilni uporabi.
Grafitni plesen za sintranje
Ker ima grafit z visoko čistostjo značilnosti visoke temperaturne odpornosti, visoke čistosti, dimenzijske stabilnosti pri visokih temperaturah in dobro odpornost na toplotni udar, se v polprevodniški industriji pogosto uporablja za izdelavo različnih sintranih kalupov.
1. plesni za sintranje elektronskih naprav.
Grafitni sintralni kalupi so primerni za sintranje jeder različnih vrst diod, triod, tiristorjev in drugih naprav. Slika 4 prikazuje nekaj primerov sintranskih kalupov. Grafitni čolni se uporabljajo tudi pri vlečenju posameznih kristalov z visokofrekvenčno metodo taljenja peči.
2. Različni kalupi za sintranje izolatorja.
Grafitne kalupe se uporabljajo predvsem za sintranje različnih vrst triodnih silicijevih usmernikov, tiristorskih vtičnic, sintranja izolatorja kondenzatorja, debelega filma in tankega filma integriranega vezja izolatorskega sintranja, ultra-majhnih relejev, priključkov in drugih sestavkov insulatorskih sinternih kalupov itd.
Izbira grafitnih materialov za industrijo polprevodnikov
Podvoja industrija zahteva najvišjo možno čistost svojih grafitnih materialov, zlasti za grafitne komponente, ki pridejo v neposreden stik s polprevodniškimi materiali, kot so lončki in sintranje. Ker so ravni nečistoč visoke, je treba čistost surovega grafita strogo nadzorovati in vsebnost pepela je treba zmanjšati z visokotemperaturno grafitizacijo.
Podvokuntorna industrija zahteva tudi drobnozrnat grafit. Finozrnat grafit ne samo olajša natančnost obdelave, ampak ponuja tudi visoko visoko temperaturno moč in minimalno obrabo. Zlasti za sintranje zahtevajo izjemno visoko natančnost obdelave.
Ker morajo grafitne komponente, ki se uporabljajo v polprevodniški industriji (vključno z grelniki in sintranimi kalupi), prenesti ponavljajoče se ogrevanje in hladilno cikle, njihova življenjska doba zahteva odlično dimenzijsko stabilnost in toplotno odpornost na visoke temperature pri visokih temperaturah. Za izpolnitev teh zahtev moja država trenutno proizvaja vrsto grafitnih materialov, primernih za polprevodniško industrijo. Za ocene in informacije o uspešnosti glejte JB/T 2750.
Graphit, narejen iz neobčutljivega naftnega koksa, je drobnozrnat konstrukcijski material z visoko mehansko trdnostjo. Uporablja se lahko za izdelavo elektronskih izdelkov, kot so steklo, tanke plošče, diski, grelniki za vakuumske in visokofrekvenčne peči, toplotni ščitniki, grafitne jedi za taljenje čistih kovin, prijemalcev (chucks) za visokotemperaturno eksperimentalno opremo, matrike za vroče stiskanje in filtre. Ta material lahko deluje pri temperaturah pod 2500 stopinj v inertni ali zaščitni atmosferi in lahko v vakuumu deluje daljše obdobje pod 2000 stopinj (10-4 do 10-5 mmHg). Navedene so lastnosti MIIT-8 grafita. Ta material je mogoče izdelati v izdelke v posebni obliki.
Grafit z visoko čistočo se uporablja v različnih komponentah polprevodniške tehnologije. Nastaja s čiščenjem navadnega strukturnega grafita z reaktivnimi plini med postopkom grafizacije. Prečiščeni grafit mora biti obdelan pod pogoji, ki preprečujejo kontaminacijo končnega izdelka. Vsebnost pepela tega grafita (po čiščenju) ne sme presegati 1 × 10-3%, vsebnost železa, aluminija in magnezija ne sme presegati 3 × 10-5%, vsebina bakra, bora in mangana pa ne sme presegati 1 × 10-3%. Te omejitve nečistoč ustrezajo oceni čistosti. Vsebnost silicija in kalcija tega grafita ne smeta presegati 3 × 10-4 (masa%). Prikazana je vsebina nečistočev in ultra-visoke čistosti grafita (v ug/g).
Na voljo je tudi industrijsko na voljo, na voljo je tudi čistejši strukturni grafit. Izdelki, narejeni iz te vrste grafita, se po obdelavi dodatno čistijo za zmanjšanje površinske kontaminacije. Omejitve nečistoč vključujejo: železo, aluminij, magnezij, boro, baker in mangan, ne smejo presegati 1 × 10-3%, silicij ne sme presegati 3 × 10-3%, titanov, nikelj, krom, krom in drugi elementi pa morajo biti manjši od 1 × 10-5%. Vsebnost pepela teh grafitov se giblje od 0 do 10-4%.
Ultra-pure, visoko trden grafit z zaščitnim slojem je narejen iz navadnega fino strukturiranega grafita, ki je bil očiščen in razdeljen v vakuumu, čemur sledi površinska zgoščevanje s pirolitičnim ogljikom. Izdelke iz tega materiala (grelniki, diski, grafitne jedi itd.) Se lahko uporabijo za gojenje silicijevih tankih filmov z uporabo metode rasti epitaksialnega plina. Nečistoče v teh izdelkih so: železo, ki ne presega 5 × 10-4%, aluminij, ki ne presega 2 × 10-4%, magnezij in baker, ki ne presega 5 × 10-5%, titan, ki ne presega 1 × 10-4%, in nikelj in kobalt ne presega 1 × 10-5%.
Debelina zgoščene zaščitne plasti, ki jo tvori pirolitični ogljik, ni večja od 2 mm. Na površini zgoščenega izdelka je mogoče odložiti tudi tanek sloj pirolitičnega grafita, debeline več kot 0,1 mm. Grafitni izdelki, denificirani s pirolitičnim ogljikom, znatno zmanjšajo njihovo prepustnost in sproščanje plina (stopnja desorpcije plina).
Obdelava grafitnih materialov za industrijo polprevodnikov
Neuporabljeni grafitni ogrevalni elementi, izolacijske pokrove, nosilce, držala za kristal semen in druge grafitne komponente je treba pred uporabo predhodno obdelati za preprečevanje kontaminacije polprevodniških materialov. To je zato, ker se grafitni prah lahko oprime površine komponent ali prodre po pore grafita med obdelavo, v grafitne pore pa se lahko vnesejo tudi druge nečistoče.
Eden od načinov predhodne obdelave je, da komponente v ogljikovem tetrakloridu namočite več ur, nato pa sperite z deionizirano vodo in jih posušite. Vakuumsko segrejte pri obratovalni temperaturi 3-4 ure in jih shranite za kasnejšo uporabo.
Druga metoda predhodne obdelave je, da komponente namočite v omrežni vodi 24 ur, jih odstranite in kuhate večkrat z deionizirano vodo, dokler raztopina ni nevtralna. Po sušenju komponente postavite v peč in jih 1 uro segrejte v vakuumu (običajno nad 10-1 mmHg). Temperatura mora biti nekoliko višja od delovne temperature. Po ohlajanju jih odstranite in postavite v steklenico za ospredje za kasnejšo uporabo.
Uporabljene grafitne komponente morajo biti pravilno shranjene. Pred ponovno uporabo najprej odstranite površinsko plast brez . 0 metalografskega brusnega papirja, nato očistite z deionizirano vodo in brezvodnim alkoholom, nato pa posušite.
Vir: Nacionalni abrazivni pregled kakovosti (NAQ)
Izjava o omejitvi odgovornosti: Zgornji članki so izvirni s platforme ali ponatisnjeni z interneta. Če vključujejo avtorske pravice ali jih lastnik avtorskih pravic ne želi objaviti na tej platformi, nas kontaktirajte in izbrisali jih bomo takoj, ko bomo prejeli informacije.