SiC半導体におけるグラファイトの精製技術

SiC半導体におけるグラファイトの応用と純度の重要性

黒鉛は、優れた熱特性と電気特性で知られる炭化ケイ素 (SiC) 半導体の製造に不可欠です。このため、SiC は高出力、高温、高周​​波のアプリケーションに最適です。 SiC半導体製造では、黒鉛一般的に使用されるのはるつぼ、ヒーター、その他の高温処理コンポーネント優れた熱伝導率、化学的安定性、および熱衝撃耐性によるものです。ただし、これらの役割におけるグラファイトの有効性は、その純度に大きく依存します。グラファイト中の不純物は、SiC 結晶に望ましくない欠陥を導入し、半導体デバイスの性能を低下させ、全体的な製造プロセスの歩留まりを低下させる可能性があります。電気自動車、再生可能エネルギー、電気通信などの業界における SiC 半導体の需要の増加に伴い、超高純度グラファイトの必要性がより重要になっています。高純度グラファイトにより、SiC 半導体の厳しい品質要件が確実に満たされ、メーカーは優れた性能と信頼性を備えたデバイスを製造できるようになります。したがって、超高純度を達成するための高度な精製方法の開発が必要です。黒鉛次世代のSiC半導体技術を支えるために不可欠です。

物理化学的精製

精製技術の継続的な進歩と第 3 世代半導体技術の急速な発展により、物理化学的精製として知られる新しいグラファイト精製方法が出現しました。この方法では、グラファイト製品真空炉で加熱します。炉内の真空度を高めると、グラファイト製品中の不純物が飽和蒸気圧に達すると揮発します。さらに、ハロゲンガスを使用して、黒鉛不純物中の高融点および沸点の酸化物を低融点および低沸点のハロゲン化物に変換し、望ましい浄化効果を実現します。

高純度黒鉛製品第 3 世代半導体の場合、炭化ケイ素は通常、物理的および化学的方法を使用して精製され、純度要件は 99.9995% 以上です。純度に加えて、B 不純物含有量 ≤0.05 × 10^-6 や Al 不純物含有量 ≤0.05 × 10^-6 など、特定の不純物元素の含有量にも特別な要件があります。

炉の温度と真空レベルを高めると、黒鉛製品内の一部の不純物が自動的に揮発し、不純物の除去が達成されます。除去に高温が必要な不純物元素については、ハロゲンガスを使用して融点や沸点の低いハロゲン化物に変換します。これらの方法を組み合わせることで、黒鉛中の不純物を効果的に除去します。

例えば、精製プロセス中にハロゲン系の塩素ガスを導入して、黒鉛不純物中の酸化物を塩化物に変換します。塩化物は酸化物に比べて融点と沸点が大幅に低いため、非常に高い温度を必要とせずにグラファイト中の不純物を除去できます。

精製プロセス

第 3 世代 SiC 半導体に使用される高純度グラファイト製品を精製する前に、望ましい最終純度、特定の不純物のレベル、グラファイト製品の初期純度に基づいて適切なプロセス計画を決定することが不可欠です。このプロセスでは、ホウ素 (B) やアルミニウム (Al) などの重要な元素を選択的に除去することに重点を置く必要があります。精製計画は、初期純度レベルと目標純度レベル、および特定の元素の要件を評価することによって策定されます。これには、ハロゲンガス、炉圧力、およびプロセス温度パラメーターの決定を含む、最適で最もコスト効率の高い精製プロセスの選択が含まれます。これらのプロセスデータは精製装置に入力され、手順が実行されます。精製後、第三者機関による試験が実施され、必要な規格への準拠が確認され、認定された製品がエンドユーザーに届けられます。