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高纯石墨在半导体制造中的关键作用分析

2025-07-04


  高纯石墨作为半导体制造工艺中的基础性功能材料,其技术特性与半导体生产的良率控制存在直接关联。在晶体生长、晶圆加工等核心环节中,该材料凭借其特定的物理化学稳定性,成为难以替代的工艺耗材。

  在单晶硅生长环节,高纯石墨构件主要应用于热场系统。其耐高温特性可承受1600℃以上的长时工作环境,热膨胀系数与硅晶体具有适配性,这为单晶硅的稳定生长提供了必要保障。作为坩埚支撑件使用时,石墨材料的纯度直接影响硅熔体的污染程度,半导体级产品要求金属杂质含量控制在ppm级别以下。

  扩散工艺中对石墨部件的洁净度要求更为严格。在高温离子注入过程中,石墨夹具的颗粒释放量可能改变掺杂浓度分布。经过特殊纯化处理的等静压石墨,其体密度和孔隙率的优化组合,能够有效抑制工艺过程中的颗粒污染。部分先进型号还通过表面涂层技术进一步降低材料放气率。

  蚀刻工序中石墨部件的性能直接影响工艺均匀性。在等离子体环境下,高纯石墨表现出良好的抗溅射特性,其导电性能有助于维持稳定的电场分布。经过各向同性处理的石墨材料,其结构均匀性可使晶圆边缘与中心的刻蚀速率差异控制在工艺允许范围内。

  半导体设备制造商对石墨部件的机械加工精度有特定要求。在保持架、导轨等运动部件应用中,石墨的自润滑特性可减少微粒产生,其摩擦系数与金属材料形成互补。通过精密数控加工形成的复杂型面,能够满足传送系统对晶圆定位精度的需求。

  随着芯片制程节点的进步,对石墨材料的性能要求持续演进。在极紫外光刻等新兴领域,石墨部件需要适应更高能级的辐射环境。材料供应商通过改进原料筛选和石墨化工艺,正在开发具有更低热解收缩率的新型产品,以应对半导体制造技术发展的需求变化。