電子半導(dǎo)體石墨是一種高純度、高性能的碳基功能材料,廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其核心特性包括優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高溫穩(wěn)定性(熔點(diǎn)超3000℃)、化學(xué)惰性及低熱膨脹系數(shù),使其成為晶圓加工、單晶生長和高溫工藝中不可少的基礎(chǔ)材料。
在半導(dǎo)體工業(yè)中,高純石墨(純度通常達(dá)99.99%以上,部分產(chǎn)品可達(dá)99.99995%)主要用于制造熱場系統(tǒng)組件,如單晶硅或碳化硅(SiC)生長爐中的坩堝、加熱器、保溫筒和基座。這些部件需在2000℃以上的極d環(huán)境中長期穩(wěn)定運(yùn)行,而石墨憑借均勻的熱傳導(dǎo)性能和抗熱震能力,可有效減少晶體缺陷,提升良品率。此外,在外延工藝中,石墨托盤作為承載基板,因其尺寸穩(wěn)定性好,能避免晶圓因熱應(yīng)力產(chǎn)生裂紋。
1、晶體生長(長晶)熱場部件
這是石墨用量最大、要求最嚴(yán)苛的環(huán)節(jié),主要用于硅(Si)、碳化硅(SiC)等晶錠的拉制:
石墨坩堝:直接接觸高溫熔體(硅約1420℃,碳化硅約2500℃+),盛裝并熔化原料,要求高的純度和致密度以防污染。
加熱與熱場結(jié)構(gòu):包括石墨加熱器(發(fā)熱體)、保溫筒/罩(隔熱)、導(dǎo)流筒(引導(dǎo)氣流)、坩堝托(承重)等,用于構(gòu)建精確的溫度梯度和熱場環(huán)境。
2、外延與薄膜沉積(CVD/MOCVD)承載件
在硅外延、GaN(LED/射頻)、SiC外延等工藝中:
石墨基座(托盤/盤):用于承載晶圓(Wafer)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或靜止加熱。為保證外延層均勻性和避免污染,高d基座通常表面涂覆致密碳化硅(SiC涂層)。常見形狀有煎餅式、桶式及行星式(用于LED MOCVD)。
反應(yīng)室內(nèi)部件:如襯里、導(dǎo)流板等,需耐受反應(yīng)氣體腐蝕。
3、離子注入機(jī)部件
離子注入是將硼、磷等雜質(zhì)離子加速轟擊晶圓以改變電學(xué)性能的關(guān)鍵工序:
高純石墨部件:用于制造飛行管(引導(dǎo)離子束路徑)、各種狹縫、電極、電極罩、導(dǎo)管、束終止器、屏蔽罩等。石墨的低原子序數(shù)使其抗離子轟擊能力強(qiáng),且不易產(chǎn)生金屬污染。
4、等離子蝕刻(刻蝕)設(shè)備部件
在晶圓上進(jìn)行微細(xì)圖形轉(zhuǎn)移時(shí),反應(yīng)室部件會(huì)暴露于高能離子轟擊和強(qiáng)腐蝕性氣體中:
石墨電極與內(nèi)襯:用作上/下電極、側(cè)壁襯里、聚焦環(huán)等。石墨在等離子環(huán)境下不易受腐蝕,且不會(huì)像某些金屬那樣產(chǎn)生有害污染物,保障了刻蝕的精確度和潔凈度。
5、熱處理與擴(kuò)散工藝部件
晶圓加熱器/載具:用于高溫退火(RTA)、氧化、擴(kuò)散爐中的晶圓承載盤、推板、晶舟(Boat)等,利用其優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性和熱穩(wěn)定性保證工藝溫度均勻。
爐管部件:某些高溫爐的內(nèi)襯或結(jié)構(gòu)件。
6、其他輔助與電子應(yīng)用
多晶硅生產(chǎn):西門子法中用于通電加熱硅芯的石墨電極。
電子封裝與散熱:石墨散熱膜/片(常含石墨烯材料)用于芯片或電子設(shè)備散熱;石墨模具用于封裝;高純石墨還可用于EDM(電火花加工)電極制作精密模具。
真空鍍膜:電子束蒸發(fā)鍍膜(E-gun)用的石墨坩堝。
