Tehnologija čiščenja grafita v SiC polprevodniku

Uporaba grafita v polprevodnikih SiC in pomen čistosti

Grafitje ključnega pomena pri proizvodnji polprevodnikov iz silicijevega karbida (SiC), ki so znani po svojih izjemnih termičnih in električnih lastnostih. Zaradi tega je SiC idealen za aplikacije z visoko močjo, visoko temperaturo in visoko frekvenco. V proizvodnji polprevodnikov SiC,grafitse pogosto uporablja zalončke, grelnike in druge komponente za visokotemperaturno obdelavozaradi odlične toplotne prevodnosti, kemične stabilnosti in odpornosti na toplotni šok. Vendar pa je učinkovitost grafita v teh vlogah močno odvisna od njegove čistosti. Nečistoče v grafitu lahko povzročijo neželene napake v kristalih SiC, poslabšajo delovanje polprevodniških naprav in zmanjšajo celoten izkoristek proizvodnega procesa. Z naraščajočim povpraševanjem po polprevodnikih SiC v industrijah, kot so električna vozila, obnovljivi viri energije in telekomunikacije, je potreba po ultra čistem grafitu postala bolj kritična. Grafit visoke čistosti zagotavlja, da so izpolnjene stroge zahteve glede kakovosti SiC polprevodnikov, kar proizvajalcem omogoča izdelavo naprav z vrhunsko zmogljivostjo in zanesljivostjo. Zato je razvoj naprednih metod čiščenja za doseganje ultra visoke čistosti vgrafitje bistvenega pomena za podporo naslednje generacije polprevodniških tehnologij SiC.

Fizikalno-kemijsko čiščenje

Nenehen napredek tehnologije čiščenja in hiter razvoj polprevodniške tehnologije tretje generacije sta privedla do pojava nove metode čiščenja grafita, znane kot fizikalno-kemijsko čiščenje. Ta metoda vključuje namestitevizdelki iz grafitav vakuumski peči za ogrevanje. S povečanjem vakuuma v peči bodo nečistoče v grafitnih izdelkih izhlapele, ko bodo dosegle nasičen parni tlak. Poleg tega se halogenski plin uporablja za pretvorbo oksidov z visokim tališčem in vreliščem v grafitnih nečistočah v halogenide z nizkim tališčem in vreliščem, s čimer se doseže želeni učinek čiščenja.

Izdelki iz grafita visoke čistostiza tretjo generacijo polprevodnikov silicijev karbid je običajno podvržen čiščenju s fizikalnimi in kemičnimi metodami, z zahtevano čistostjo ≥99,9995 %. Poleg čistosti obstajajo posebne zahteve za vsebnost nekaterih elementov nečistoč, kot je vsebnost nečistoč B ≤0,05 × 10^-6 in vsebnost nečistoč Al ≤0,05 ×10^-6.

Zvišanje temperature peči in nivoja vakuuma vodi do samodejnega izhlapevanja nekaterih nečistoč v grafitnih izdelkih, s čimer se doseže odstranitev nečistoč. Za elemente nečistoč, ki zahtevajo višje temperature za odstranitev, se uporabi halogen plin za pretvorbo v halogenide z nižjimi tališčem in vreliščem. S kombinacijo teh metod se nečistoče v grafitu učinkovito odstranijo.

Med postopkom čiščenja se na primer uvede plin klor iz skupine halogenov, da pretvori okside v grafitnih nečistočah v kloride. Zaradi bistveno nižjega tališča in vrelišča kloridov v primerjavi z njihovimi oksidi je mogoče nečistoče v grafitu odstraniti brez potrebe po zelo visokih temperaturah.

Postopek čiščenja

Pred čiščenjem grafitnih izdelkov visoke čistosti, ki se uporabljajo v polprevodnikih SiC tretje generacije, je nujno določiti ustrezen načrt postopka na podlagi želene končne čistosti, ravni specifičnih nečistoč in začetne čistosti grafitnih izdelkov. Postopek se mora osredotočiti na selektivno odstranjevanje kritičnih elementov, kot sta bor (B) in aluminij (Al). Načrt čiščenja je oblikovan z oceno začetne in ciljne stopnje čistosti ter zahtev za posebne elemente. To vključuje izbiro optimalnega in stroškovno najučinkovitejšega postopka čiščenja, ki vključuje določanje parametrov halogenskega plina, tlaka v peči in temperaturnih parametrov. Ti procesni podatki se nato vnesejo v čistilno opremo za izvedbo postopka. Po čiščenju se izvede testiranje tretje osebe, da se preveri skladnost z zahtevanimi standardi, kvalificirani izdelki pa se dostavijo končnemu uporabniku.