CVD SiC örtük nədir?

CVDSiC örtüyüyarımkeçiricilərin istehsal proseslərinin sərhədlərini heyrətamiz sürətlə yenidən formalaşdırır. Bu sadə görünən örtük texnologiyası çip istehsalında hissəciklərin çirklənməsi, yüksək temperaturda korroziya və plazma eroziyası kimi üç əsas problemin həlli üçün əsas həll yolu olmuşdur. Dünyanın ən yaxşı yarımkeçirici avadanlıq istehsalçıları onu gələcək nəsil avadanlıqlar üçün standart texnologiya kimi siyahıya alıblar. Bəs, bu örtüyü çip istehsalının "görünməz zirehinə" çevirən nədir? Bu məqalə onun texniki prinsiplərini, əsas tətbiqlərini və qabaqcıl nailiyyətlərini dərindən təhlil edəcəkdir.

Ⅰ. CVD SiC örtüyünün tərifi

CVD SiC örtüyü kimyəvi buxar çökdürmə (CVD) prosesi ilə substratda çökdürülmüş silikon karbidin (SiC) qoruyucu təbəqəsinə aiddir. Silikon karbid əla sərtliyi, yüksək istilik keçiriciliyi, kimyəvi təsirsizliyi və yüksək temperatur müqaviməti ilə tanınan silisium və karbon birləşməsidir. CVD texnologiyası yüksək saflıqda, sıx və vahid qalınlıqda SiC təbəqəsi yarada bilər və mürəkkəb həndəsələrə yüksək dərəcədə uyğun ola bilər. Bu, CVD SiC örtüklərini ənənəvi toplu materiallar və ya digər örtük üsulları ilə qarşılana bilməyən tələbkar tətbiqlər üçün çox uyğun edir.

Ⅱ. CVD proses prinsipi

Kimyəvi buxar çökdürmə (CVD) yüksək keyfiyyətli, yüksək performanslı bərk materialların istehsalı üçün istifadə edilən çox yönlü istehsal üsuludur. CVD-nin əsas prinsipi bərk örtük yaratmaq üçün qızdırılan substratın səthində qaz prekursorlarının reaksiyasını əhatə edir.

Budur SiC CVD prosesinin sadələşdirilmiş təfsiri:

CVD prosesinin prinsip diaqramı

1. Prekursorun təqdimatı: Qaz prekursorları, adətən silikon tərkibli qazlar (məsələn, metiltriklorosilan – MTS və ya silan – SiH₄) və karbon tərkibli qazlar (məsələn, propan – C₃H₈) reaksiya kamerasına daxil edilir.

2. Qaz çatdırılması: Bu prekursor qazlar qızdırılan substrat üzərində axır.

3. Adsorbsiya: Prekursor molekulları isti substratın səthinə adsorbsiya olunur.

4. Səth reaksiyası: Yüksək temperaturda adsorbsiya olunmuş molekullar kimyəvi reaksiyalara məruz qalır, nəticədə prekursor parçalanır və bərk SiC filmi əmələ gəlir. Yan məhsullar qazlar şəklində buraxılır.

5. Desorbsiya və egzoz: Qazlı əlavə məhsullar səthdən desorbsiya edilir və sonra kameradan xaric olur. Temperatur, təzyiq, qaz axını sürəti və prekursor konsentrasiyasına dəqiq nəzarət qalınlıq, təmizlik, kristallıq və yapışma da daxil olmaqla istənilən film xüsusiyyətlərinə nail olmaq üçün vacibdir.

Ⅲ. Yarımkeçirici Proseslərdə CVD SiC örtüklərinin istifadəsi

CVD SiC örtükləri yarımkeçiricilər istehsalında əvəzolunmazdır, çünki onların unikal xassələri kombinasiyası istehsal mühitinin ekstremal şərtlərinə və ciddi təmizlik tələblərinə birbaşa cavab verir. Onlar plazma korroziyasına, kimyəvi hücuma və hissəciklərin yaranmasına qarşı müqaviməti artırır, bunların hamısı vafli məhsuldarlığını və avadanlığın işləmə müddətini artırmaq üçün vacibdir.

Aşağıda bəzi ümumi CVD SiC örtüklü hissələri və onların tətbiqi ssenariləri verilmişdir:

1. Plazma aşındırma kamerası və fokus halqası

Məhsullar: CVD SiC ilə örtülmüş laynerlər, duş başlıqları, qəbuledicilər və fokus halqaları.

Ərizə: Plazma aşılamada materialları vaflilərdən selektiv şəkildə çıxarmaq üçün yüksək aktiv plazma istifadə olunur. Örtülməmiş və ya daha az dayanıqlı materiallar sürətlə xarab olur, nəticədə hissəciklərin çirklənməsi və tez-tez dayanma vaxtı yaranır. CVD SiC örtükləri aqressiv plazma kimyəvi maddələrinə (məsələn, flüor, xlor, brom plazmalarına) əla müqavimət göstərir, kameranın əsas komponentlərinin ömrünü uzadır və hissəciklərin əmələ gəlməsini azaldır ki, bu da vafli məhsuldarlığını birbaşa artırır.

2.PECVD və HDPCVD kameraları

Məhsullar: CVD SiC ilə örtülmüş reaksiya kameraları və elektrodlar.

Proqramlar: Plazma gücləndirilmiş kimyəvi buxar çökmə (PECVD) və yüksək sıxlıqlı plazma CVD (HDPCVD) nazik təbəqələri (məsələn, dielektrik təbəqələr, passivasiya təbəqələri) yerləşdirmək üçün istifadə olunur. Bu proseslər həmçinin sərt plazma mühitini də əhatə edir. CVD SiC örtükləri kameranın divarlarını və elektrodları eroziyadan qoruyur, davamlı film keyfiyyətini təmin edir və qüsurları minimuma endirir.

3. İon implantasiyası avadanlığı

Məhsullar: CVD SiC ilə örtülmüş şüa xətti komponentləri (məsələn, apertures, Faraday fincanları).

Proqramlar: İon implantasiyası dopant ionlarını yarımkeçirici substratlara təqdim edir. Yüksək enerjili ion şüaları məruz qalan komponentlərin püskürməsinə və aşınmasına səbəb ola bilər. CVD SiC-nin sərtliyi və yüksək təmizliyi şüa xətti komponentlərindən hissəciklərin əmələ gəlməsini azaldır və bu kritik dopinq addımı zamanı vaflilərin çirklənməsinin qarşısını alır.

4. Epitaksial reaktor komponentləri

Məhsullar: CVD SiC örtüklü qəbuledicilər və qaz paylayıcıları.

Proqramlar: Epitaksial böyümə (EPİ) yüksək temperaturda substratda yüksək nizamlı kristal təbəqələrin böyüməsini əhatə edir. CVD SiC ilə örtülmüş susseptorlar yüksək temperaturda əla istilik dayanıqlığı və kimyəvi təsirsizliyi təklif edir, vahid qızdırmanı təmin edir və yüksək keyfiyyətli epitaksial təbəqələrə nail olmaq üçün vacib olan həssaslığın özünün çirklənməsinin qarşısını alır.

Çip həndəsələri kiçildikcə və proses tələbləri gücləndikcə yüksək keyfiyyətli CVD SiC örtük təchizatçılarına və CVD örtük istehsalçılarına tələbat artmaqda davam edir.

IV. CVD SiC örtük prosesinin çətinlikləri hansılardır?

CVD SiC örtüyünün böyük üstünlüklərinə baxmayaraq, onun istehsalı və tətbiqi hələ də bəzi proses problemləri ilə üzləşir. Bu problemlərin həlli sabit performansa və qənaətcilliyə nail olmaq üçün açardır.

Çətinliklər:

1. Substrata yapışma

SiC, istilik genişlənmə əmsalları və səth enerjisindəki fərqlərə görə müxtəlif substrat materiallarına (məsələn, qrafit, silikon, keramika) güclü və vahid yapışmaya nail olmaq üçün çətin ola bilər. Zəif yapışma termal dövriyyə və ya mexaniki stress zamanı delaminasiyaya səbəb ola bilər.

Həll yolları:

Səthin hazırlanması: Çirkləndiriciləri çıxarmaq və yapışdırmaq üçün optimal səth yaratmaq üçün substratın diqqətlə təmizlənməsi və səthinin təmizlənməsi (məsələn, aşındırma, plazma ilə müalicə).

Interlayer: Termal genişlənmə uyğunsuzluğunu azaltmaq və yapışmanı təşviq etmək üçün nazik və fərdiləşdirilmiş interlayer və ya tampon təbəqəsi (məsələn, pirolitik karbon, TaC – xüsusi tətbiqlərdə CVD TaC örtüyünə bənzər) qoyun.

Depozit parametrlərini optimallaşdırın: SiC filmlərinin nüvələşməsini və böyüməsini optimallaşdırmaq və güclü fazalararası birləşməni təşviq etmək üçün çökmə temperaturunu, təzyiqi və qaz nisbətini diqqətlə idarə edin.

2. Film Stressi və Krekinq

Çökmə və ya sonrakı soyutma zamanı SiC filmlərində qalıq gərginliklər yarana bilər ki, bu da xüsusilə daha böyük və ya mürəkkəb həndəsələrdə krekinq və ya əyilmələrə səbəb olur.

Həll yolları:

Temperatur nəzarəti: Termal şok və gərginliyi minimuma endirmək üçün isitmə və soyutma dərəcələrini dəqiq idarə edin.

Gradient örtük: Stressə uyğunlaşmaq üçün materialın tərkibini və ya strukturunu tədricən dəyişmək üçün çox qatlı və ya gradient örtük üsullarından istifadə edin.

Çöküntüdən sonrakı tavlama: Qalıq gərginliyi aradan qaldırmaq və filmin bütövlüyünü yaxşılaşdırmaq üçün örtülmüş hissələri yuyun.

3. Kompleks həndəsələrdə uyğunluq və vahidlik

Mürəkkəb formalı, yüksək aspekt nisbətləri və ya daxili kanalları olan hissələrə vahid qalın və uyğun örtüklərin qoyulması prekursorun yayılması və reaksiya kinetikasındakı məhdudiyyətlərə görə çətin ola bilər.

Həll yolları:

Reaktor dizaynının optimallaşdırılması: Prekursorların vahid paylanmasını təmin etmək üçün optimallaşdırılmış qaz axını dinamikası və temperatur vahidliyi ilə CVD reaktorlarını layihələndirin.

Proses Parametrlərinin Tənzimlənməsi: Kompleks xüsusiyyətlərə qaz fazasının yayılmasını artırmaq üçün çökmə təzyiqini, axın sürətini və prekursor konsentrasiyasını dəqiq tənzimləyin.

Çox mərhələli çökmə: Bütün səthlərin adekvat şəkildə örtülməsini təmin etmək üçün davamlı çökmə pillələri və ya fırlanan qurğulardan istifadə edin.

V. Tez-tez verilən suallar

S1: Yarımkeçirici tətbiqlərdə CVD SiC və PVD SiC arasındakı əsas fərq nədir?

A: CVD örtükləri plazma mühiti üçün uyğun olan təmizliyi >99,99% olan sütunvari kristal strukturlardır; PVD örtükləri əsasən amorf/nanokristaldır, təmizliyi <99,9% təşkil edir, əsasən dekorativ örtüklər üçün istifadə olunur.

2-ci sual: Kaplamanın dözə biləcəyi maksimum temperatur nədir?

A: 1650°C qısamüddətli dözümlülük (məsələn, yumşalma prosesi), uzunmüddətli istifadə həddi 1450°C, bu temperaturun aşılması β-SiC-dən α-SiC-yə faza keçidinə səbəb olacaq.

Q3: Tipik örtük qalınlığı diapazonu?

A: Yarımkeçirici komponentlər əsasən 80-150μm-dir və təyyarə mühərrikinin EBC örtükləri 300-500μm-ə çata bilər.

4-cü sual: Xərclərə təsir edən əsas amillər hansılardır?

A: Prekursorun təmizliyi (40%), avadanlığın enerji istehlakı (30%), məhsul itkisi (20%). Yüksək səviyyəli örtüklərin vahid qiyməti 5000 dollar/kq-a çata bilər.

S5: Əsas qlobal təchizatçılar hansılardır?

A: Avropa və ABŞ: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Asiya: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Tayvan), Scientech (Tayvan)