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高純石墨在半導體制造中的關鍵作用分析
2025-07-04
高純石墨作為半導體制造工藝中的基礎性功能材料,其技術特性與半導體生產的良率控制存在直接關聯。在晶體生長、晶圓加工等核心環節中,該材料憑借其特定的物理化學穩定性,成為難以替代的工藝耗材。
在單晶硅生長環節,高純石墨構件主要應用于熱場系統。其耐高溫特性可承受1600℃以上的長時工作環境,熱膨脹系數與硅晶體具有適配性,這為單晶硅的穩定生長提供了必要保障。作為坩堝支撐件使用時,石墨材料的純度直接影響硅熔體的污染程度,半導體級產品要求金屬雜質含量控制在ppm級別以下。
擴散工藝中對石墨部件的潔凈度要求更為嚴格。在高溫離子注入過程中,石墨夾具的顆粒釋放量可能改變摻雜濃度分布。經過特殊純化處理的等靜壓石墨,其體密度和孔隙率的優化組合,能夠有效抑制工藝過程中的顆粒污染。部分先進型號還通過表面涂層技術進一步降低材料放氣率。
蝕刻工序中石墨部件的性能直接影響工藝均勻性。在等離子體環境下,高純石墨表現出良好的抗濺射特性,其導電性能有助于維持穩定的電場分布。經過各向同性處理的石墨材料,其結構均勻性可使晶圓邊緣與中心的刻蝕速率差異控制在工藝允許范圍內。
半導體設備制造商對石墨部件的機械加工精度有特定要求。在保持架、導軌等運動部件應用中,石墨的自潤滑特性可減少微粒產生,其摩擦系數與金屬材料形成互補。通過精密數控加工形成的復雜型面,能夠滿足傳送系統對晶圓定位精度的需求。
隨著芯片制程節點的進步,對石墨材料的性能要求持續演進。在極紫外光刻等新興領域,石墨部件需要適應更高能級的輻射環境。材料供應商通過改進原料篩選和石墨化工藝,正在開發具有更低熱解收縮率的新型產品,以應對半導體制造技術發展的需求變化。
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