半导体制造 · 晶体生长热场

每一颗芯片,都从一根晶棒开始。从拉硅到 SiC PVT 再到外延,现代半导体制造的关键工序都需要在 1500°C 到 2200°C 的高温环境下精确控制热场。在这样的温度下,可选材料范围很窄,而碳基保温材料是其中最关键的一类。我们的工作,是帮助客户构建稳定、洁净、可重复的热场环境。

保温材料决定了热场的均匀性、生长腔体的洁净度,以及整个系统的长期稳定性。客户对热稳定性、洁净度、热导率的要求,是我们打磨每一份配方的标尺。这些要求最终落在具体工艺控制中:12 英寸硅棒在 120 小时生长周期里保持温度稳定;SiC 晶体在 2200°C 腐蚀性蒸气中,需要将金属杂质控制在单位数 ppm 量级。

工艺概览

AYD 在半导体产业链中的方案-以SiC PVT为例。

从粉料合成、晶体生长到外延层沉积,AYD 高纯碳基保温材料覆盖半导体产业链中三类关键热场炉型——粉料合成炉、长晶炉、外延炉。这三类工业炉在 1400°C 到 2200°C 的极端工况下连续运行,对保温材料的纯度、稳定性、热导率都有严苛要求。

粉料合成炉 step 01 · ~1,400 °C 长晶炉 step 02 · 1,420–2,200 °C SiC 外延炉 step 03 · 1,600–1,700 °C SiC 晶圆 step 04 · 切片 / 抛光 功率器件 step 05 · 封装 / 应用 AYD 保温材料工作于 01、02、03 阶段
AYD 保温材料发挥作用的阶段
下游环节
洁净室晶圆检视
关键性能指标
CarboniteX®
< 20 ppm
灰分
± 0.005 g/cm³
密度公差
0.15–0.40 W/m·K
热导率
GDMS + UID
完整可追溯

半导体级纯度,GDMS 验证 · 全批次密度精度 · 真空 2000°C 下的稳定热导 · 每件产品激光蚀刻 UID,全程可追溯。

应用场景
01 — 应用
AYD CarboniteX® rigid insulation set for Si Czochralski hot zone
12 吋硅基半导体热场组件

硅直拉法长晶

大尺寸单晶硅生长
工艺

将多晶硅料放入石墨坩埚,加热到 1420°C 熔化,再从熔体中"拉"出一根完美的单晶硅棒——直拉法(Czochralski, CZ)。一根 12 英寸硅棒的生长周期可达 120 小时。

挑战

长时间运行下,热场必须保持高度稳定。即使是小幅温度漂移,也可能影响整炉晶体质量,这也是客户对保温材料要求最高的环节之一。

保温材料的角色

高密度硬毡构成炉体的结构性保温层,既需要机械强度支撑大尺寸热场,也需要超高纯度避免金属杂质渗入熔体污染晶棒。

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2200°C 下的晶体生长
工艺

SiC 不靠熔融,而是 2200°C 下让 SiC 粉末升华、再凝结到籽晶上,即物理气相输运(PVT)。这是技术门槛很高的晶体生长工艺之一。

挑战

极端温度叠加强腐蚀性 SiC 蒸气,会加速多数材料的分解或失效。可在这种环境下长期工作的材料范围很窄,这也正是热场材料如此关键的原因。

保温材料的角色

高纯沥青基软毡能在 2200°C 下保持化学稳定,灰分低于 20 ppm,从源头消除金属污染。精密成型的硬毡内层用于控制生长腔内的轴向温度梯度。

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外延生长

基于 CVD 的薄膜晶层生长
工艺

在已有晶圆基底上,再生长一层超薄、低缺陷的单晶薄膜,通常采用化学气相沉积(CVD),SiC 外延温度在 1600–1700°C。器件性能很大程度上建立在这一层外延薄膜之上。

挑战

晶圆表面温度均匀性必须达到 ±2°C 量级,反应腔内不能有任何挥发性杂质,哪怕极微量的有机残留都会让外延层失效。

保温材料的角色

纯化级硬毡和软毡共同构成反应腔的保温层,关键要求是低出气率、均匀热导和稳定的抗腐蚀能力。AYD 纯化级产品(灰分 < 20 ppm,总金属杂质 < 10 ppm)正是为这类应用而设计。

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欢迎提供热场几何、生长温度或纯度需求。我们的工程团队将与客户共同开发针对具体应用的保温方案。

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