Les pièces en graphite à implantation ionique de haute qualité sont des consommables essentiels dans le processus d'implantation ionique de la fabrication de semi-conducteurs. Ils doivent répondre à des exigences strictes telles que l’ultra-pureté, la résistance au bombardement par faisceaux d’ions et une faible contamination par les particules, ce qui a un impact direct sur la précision et le rendement du dopage des puces.
1. Différenciation des types : conception de précision axée sur la fonction
Par fonction de composant
Composants de guidage du faisceau ionique : tels que les grilles d'accélération et les grilles de décélération, qui contrôlent l'énergie et la direction du faisceau ionique à travers un réseau de trous de précision. La précision du diamètre du trou doit atteindre ±0,001 mm.
Composants de la chambre de traitement : y compris les revêtements de faisceau et les chambres d'électrodes, qui doivent résister aux environnements à vide poussé (<10⁻⁶ Torr) et à haute température (>200℃).
Composants de protection et d'isolation : tels que les balayeurs de particules et les boucliers, empêchant les impuretés métalliques de contaminer la tranche. Rugosité de surface Ra≤0,05 μm.
Par compatibilité de processus
Composants à usage général : adaptés à l'implantation d'ions de moyenne et basse énergie (<100 keV), tels que les électrodes de graphite isostatiques standard.
Composants spécifiques à haute énergie : conçus pour une implantation à haute énergie (> 1 MeV), nécessitant l'utilisation de graphite renforcé de carbure de silicium (SiC) ou de matériaux SiC pur pour résister aux dommages du réseau causés par les faisceaux d'ions.
2. Caractéristiques d'apparence : combinaison d'usinage de précision et de traitement de surface
Formulaire de base
Le corps principal est une structure cylindrique ou en plaque plate à paroi mince. Par exemple, l'épaisseur de la grille d'accélération n'est que de 0,5 à 2 mm, le diamètre du trou est de 0,1 à 1 mm et l'uniformité de l'espacement des trous est <0,01 mm.
Les bords des composants sont conçus avec des chanfreins (C0,1-C0,5) pour éviter les fissures causées par la concentration des contraintes.
Traitement de surface
Polissage ultra-précis : rugosité de la surface intérieure Ra≤0,03 μm, surface extérieure Ra≤0,1 μm, réduisant la diffusion du faisceau ionique et l'adhésion des particules.
Revêtement anti-contamination : tel que l'imprégnation de carbone vitreux, scellant les pores du graphite et réduisant le taux de dégazage à <10⁻⁹ Torr·L/(s·cm²). Couche résistante à l'érosion : un revêtement en carbure de titane (TiC) ou en nitrure de bore (BN) est déposé dans la zone de bombardement par faisceau ionique, avec une épaisseur de 2 à 5 μm, prolongeant la durée de vie du composant à >100 000 cycles d'injection.
3. Composition des matériaux : percées en matière de haute pureté et de renforcement composite
Matériaux de base
Graphite isostatique : Teneur en carbone >99,995 %, teneur en cendres <5 ppm, granulométrie <5 μm, assurant l'uniformité du matériau et la résistance mécanique.
Carbure de silicium (SiC) : utilisé pour les composants à haute énergie, avec une conductivité thermique (120-200 W/(m·K)) 2 à 3 fois supérieure à celle du graphite et une excellente résistance aux chocs thermiques.
Phase de renforcement
Particules de carbure de silicium à l'échelle nanométrique : uniformément dispersées dans la matrice de graphite, améliorant la résistance à l'usure et à l'érosion ionique, adaptées à l'implantation à haute dose (>1×10¹⁷ ions/cm²).
Molybdène métallique (Mo) ou tungstène (W) : ajouté au graphite pour former un matériau composite, améliorant la stabilité à haute température (>500 ℃), adapté aux exigences de processus spéciaux.
Matériaux de revêtement
Revêtement par dépôt physique en phase vapeur (PVD) : tel que TiC ou BN, offrant une inertie chimique et un faible coefficient de frottement, réduisant ainsi l'écaillage du matériau causé par les faisceaux d'ions.
Revêtement par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) : tel que SiC pur ou Si₃N₄, avec une épaisseur allant jusqu'à 10 μm, adapté aux environnements de processus extrêmes.
4. Options de personnalisation : répondre de manière flexible aux exigences du processus de semi-conducteurs
Personnalisation de la taille et de la forme
Les pièces en graphite personnalisées prennent en charge l'ajustement des dimensions des composants en fonction des modèles d'implanteurs ioniques (par exemple, Axcelis GSD, série Nissin NH), comme la personnalisation de grilles d'ouverture non standard ou de chambres de forme irrégulière pour des modèles spécifiques.
Personnalisation de la formulation des matériaux
Ajustement de la pureté du graphite et du taux de renforcement en fonction du type d'ions implantés (par exemple, bore (B⁺), phosphore (P⁺), arsenic (As⁺)), par exemple, augmentation de la teneur en SiC pour l'implantation d'arsenic à haute énergie afin de résister aux dommages causés par des ions de grande masse. Personnalisation du traitement de surface
Offre une variété d'options de revêtement (telles que TiC, BN, SiC) et de niveaux de précision de polissage (Ra 0,01-0,1 μm) pour répondre aux différentes exigences de propreté des processus ; prend en charge les revêtements localisés (par exemple, revêtement uniquement de la zone du trajet du faisceau d'ions) pour réduire les coûts.
Options d'amélioration des performances
Services de prétraitement : tels que la purification sous vide à haute température (> 2 000 ℃) pour réduire le dégazage, ou le traitement avant bombardement par faisceau d'ions pour stabiliser la structure de la surface du matériau.
Intégration de la surveillance à vie : intégration de capteurs dans le composant pour surveiller la température, la contrainte ou le flux du faisceau d'ions en temps réel pour une maintenance prédictive.
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