반도체 생산에서 흑연에 대해 알아보기

호황을 누리고 있는 반도체 산업에서는 모든 종류의 재료가 중요합니다. 흑연은 평범해 보이지만 특성부터 응용 분야까지 독특한 특성으로 반도체 생산에 없어서는 안 될 필수 요소로 기술 발전을 촉진합니다.

흑연은 반도체인가요?

아니요, 그렇지 않습니다. 반도체의 전도도는 도체와 절연체 사이에 있으며, 전기적 특성은 온도와 불순물에 의해 크게 영향을 받습니다. 또한 독특한 밴드 구조를 가지고 있어 도핑을 통해 전도성을 크게 변화시킬 수 있습니다. 흑연은 전기를 잘 전도하지만, 결정이 육각형 층으로 배열되어 있고 큰 π 결합이 비편위화되어 전기를 전도합니다. 정밀하게 조절할 수 있는 밴드 구조가 없고, 기존의 도핑으로는 전기적 특성을 크게 변화시킬 수 없습니다. 따라서 반도체가 아닌 특수 탄소 소재라고 할 수 있습니다.

흑연의 기본 속성

물리적 속성

결정 구조

흑연은 전형적인 층상 결정 구조를 가지고 있습니다. 탄소 원자의 각 층은 육각형의 조밀한 2차원 평면 네트워크로 배열되어 있습니다. 그리고 평면의 탄소는 공유 결합으로 연결되어 있으며, 결합 길이는 약 0.142nm, 결합 각도는 120°입니다. 그리고 이 층은 약한 반데르발스 힘에 의해 작용하여 흑연에 독특한 물리적 특성을 부여합니다.

밀도 및 경도

밀도는 약 2.09~2.23g/cm³로 무게가 필요한 시나리오에서 유리합니다. 모스 경도는 1-2에 불과하고 질감이 부드럽습니다. 그리고 레이어는 외부 힘의 작용에 의해 상대적으로 미끄러지기 쉽습니다.

화학적 특성

화학적 안정성

상온 및 상압에서 화학적 안정성이 우수합니다. 일반적인 시약과 반응하기 쉽지 않으며 열악한 화학 환경에서도 안정적인 구조와 성능을 유지할 수 있습니다. 이는 탄소 원자 사이의 공유 결합 구조로 인해 대부분의 일반적인 화학적 공격에 저항할 수 있기 때문입니다.

일반적인 반도체 생산 시약과의 반응 특성

반도체 생산에는 불산, 질산과 같은 강한 산화성 또는 부식성 시약이 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 불산은 거의 영향을 미치지 않는 등 이러한 시약과 크게 반응하지 않습니다. 또한 생산 장비의 구조적 무결성과 기능을 유지할 수 있습니다.

반도체 생산의 모든 측면에 흑연 적용

웨이퍼 제작

웨이퍼 제조 공정에서는 주로 가열 및 지지 시스템에 사용할 수 있습니다. 웨이퍼 성장에는 정밀한 온도 제어와 전기 및 열 전도성이 우수한 흑연 히터가 필요합니다. 전기 에너지를 빠르고 균일하게 열로 변환하여 웨이퍼 성장을 위한 안정적인 고온 환경을 제공할 수 있습니다. 흑연으로 만들어진 지지 부품은 고온을 견딜 수 있어 성장 과정에서 웨이퍼의 안정성을 보장합니다. 또한 웨이퍼의 품질과 생산 효율성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

포토리소그래피

포토리소그래피는 반도체 제조의 중요한 단계로 고정밀 포지셔닝과 안정적인 작업 환경이 필요합니다. 흑연 소재를 사용하여 베어링 플랫폼과 리소그래피 장비의 일부 핵심 부품을 제조할 수 있습니다. 기계적 안정성이 우수하고 열팽창 계수가 낮기 때문입니다. 리소그래피 과정에서 리소그래피 마스크와 웨이퍼 사이의 상대적 위치 정확도를 보장할 수 있습니다. 또한 열팽창 및 냉수축으로 인한 리소그래피 오류를 줄여 리소그래피의 해상도와 정확도를 향상시킵니다.

에칭 및 증착

에칭 및 증착 공정에서도 흑연은 중요한 역할을 합니다. 에칭 공정에서는 고순도 흑연 전극이 에칭 기계에 사용됩니다. 전기장의 작용으로 안정적인 플라즈마를 생성하여 반도체 소재를 정밀하게 식각할 수 있습니다. 증착 공정에서 흑연 베이스는 화학 기상 증착(CVD) 및 기타 공정에 사용됩니다. 필름의 성장을 위한 안정적인 지지체와 반응 환경을 제공합니다. 고온 안정성과 화학적 불활성 덕분에 이러한 고온, 고에너지 공정에서 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다. 또한 에칭 및 증착의 품질과 균일성을 보장합니다.

반도체 제조의 흑연 부품

흑연 히터

흑연 히터는 일반적으로 반도체 제조 발열체에 사용됩니다. 저항이 낮고 가열 속도가 빠르며 단시간에 고온에 도달할 수 있고 온도 분포가 균일합니다. 웨이퍼 어닐링, 에피택셜 성장 및 기타 빠른 가열과 정밀한 온도 제어가 필요한 공정에서 가혹한 온도 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 또한 반도체 재료 특성의 최적화를 보장합니다.

흑연 도가니(단결정 실리콘)

흑연 도가니 는 단결정 실리콘 생산에 널리 사용됩니다. 단결정 실리콘 성장에는 고온의 순수한 환경이 필요하며, 고온 저항성과 우수한 화학적 안정성을 가지고 있습니다. 단결정 실리콘을 오염시키지 않습니다. 또한 열전도가 우수하고 열 전달이 균일하여 안정적인 성장에 도움이됩니다. 단결정 실리콘 품질과 수율을 개선합니다.

흑연 베이스(CVD)

화학 기상 증착(CVD) 공정의 핵심입니다. 기체상 반응을 위한 안정적인 표면을 제공하고 기체 반응물이 필름으로 반응하는 것을 용이하게 합니다. 표면 평탄도와 열 안정성은 필름의 품질 및 균일성과 관련이 있습니다. 또한 열전도율이 좋으면 베이스의 표면 온도가 균일하고 필름의 품질이 일정하게 유지됩니다.

고순도 흑연 전극(에칭 머신)

에칭 기계에서 이를 사용하여 플라즈마를 생성하여 반도체 소재를 정밀하게 에칭할 수 있습니다. 전기 전도성과 내식성이 우수하고 고전압, 강한 전기장 및 부식성 가스 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있습니다. 순도가 높아 에칭 중 불순물의 유입을 방지하여 에칭 정확도와 디바이스 성능을 보장할 수 있습니다.

소결용 흑연 주형(전자 기기)

많은 수의 흑연 몰드 는 전자기기 소결에 사용됩니다. 가공 성능이 우수하고 다양한 전자 장치 모양에 따라 사용자 정의 할 수 있습니다. 고온에서 높은 강도와 안정성으로 소결 중 고온 및 고압을 견딜 수 있습니다. 소결시 전자 장치의 모양과 크기 정확도를 보장하고 내부 재료의 긴밀한 결합을 촉진합니다. 또한 디바이스의 성능과 신뢰성을 향상시킵니다.

흑연 소재의 장점

뛰어난 고온 내성

흑연의 녹는점은 3652-3697℃에 달해 반도체 생산 고온 공정의 극한 온도를 견딜 수 있습니다. 구조 안정성을 유지하고 고온 처리에 대한 안정적인 보증을 제공할 수 있습니다.

우수한 전기 및 열 전도성

전기 전도성이 우수하고 전류를 빠르게 전도하고 플라즈마를 생성할 수 있습니다. 열전도율이 우수하고 열 전달이 빠르며 반도체 생산 공정 온도 제어의 정밀도와 효율성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

기계적 안정성 및 처리 성능

질감이 부드럽지만 고온에서 기계적 안정성이 우수하여 정상적으로 사용할 수 있습니다. 가공 성능이 좋으며 생산 요구에 맞게 절단 및 기타 공정을 통해 다양한 부품으로 만들 수 있습니다.

반도체 흑연 소재 시장 현황

반도체 산업의 활발한 발전과 함께 반도체 흑연 소재에 대한 수요는 계속 증가하고 있습니다. 그리고 세계 시장도 꾸준히 상승하고 있습니다. 기술 및 생산 능력 우위를 가진 국제적으로 유명한 소재 기업이 큰 점유율을 차지하고 있습니다. 국내 기업들도 연구 개발 투자를 늘리고 경쟁력을 강화하고 있습니다. 반도체 기술은 고정밀, 대형 웨이퍼로 발전하고 있으며, 이에 따라 더 높은 성능의 흑연 소재가 요구되고 있습니다. 그리고 공급업체들이 지속적으로 제품을 혁신하고 업그레이드하도록 유도하고 있습니다.

결론

흑연은 반도체는 아니지만 독특한 물리적, 화학적 특성으로 인해 반도체 생산의 모든 측면에서 큰 역할을 합니다. 고온 저항성, 우수한 전기 및 열 전도성, 기계적 안정성 및 우수한 가공 성능은 생산에 없어서는 안 될 재료입니다.