ССЗпакрыццё SiCз неверагоднай хуткасцю змяняе межы працэсаў вытворчасці паўправаднікоў. Гэтая, здавалася б, простая тэхналогія пакрыцця стала ключавым рашэннем трох асноўных праблем: забруджвання часціцамі, высокатэмпературнай карозіі і плазменнай эрозіі ў вытворчасці мікрасхем. Вядучыя сусветныя вытворцы паўправадніковага абсталявання ўключылі яе ў спіс стандартных тэхналогій для абсталявання наступнага пакалення. Дык што ж робіць гэта пакрыццё «нябачнай бранёй» вытворчасці мікрасхем? У гэтым артыкуле будуць падрабязна прааналізаваны яго тэхнічныя прынцыпы, асноўныя сферы прымянення і перадавыя адкрыцці.
Ⅰ. Вызначэнне пакрыцця SiC, атрыманага метадам CVD
Пакрыццё CVD SiC — гэта ахоўны пласт карбіду крэмнію (SiC), нанесены на падкладку метадам хімічнага асаджэння з паравой фазы (CVD). Карбід крэмнію — гэта злучэнне крэмнію і вугляроду, вядомае сваёй выдатнай цвёрдасцю, высокай цеплаправоднасцю, хімічнай інертнасцю і ўстойлівасцю да высокіх тэмператур. Тэхналогія CVD дазваляе ствараць высакаякасны, шчыльны і аднастайнай таўшчыні пласт SiC, які можа добра прыстасоўвацца да складаных геаметрычных структур. Гэта робіць пакрыцці CVD SiC вельмі прыдатнымі для патрабавальных ужыванняў, якія немагчыма задаволіць традыцыйнымі аб'ёмнымі матэрыяламі або іншымі метадамі нанясення пакрыццяў.
Ⅱ. Прынцып працэсу CVD
Хімічнае асаджэнне з паравой фазы (ХАФ) — гэта універсальны метад вытворчасці, які выкарыстоўваецца для атрымання высакаякасных, высокапрадукцыйных цвёрдых матэрыялаў. Асноўны прынцып ХАФ заключаецца ў рэакцыі газападобных папярэднікаў на паверхні нагрэтай падкладкі з утварэннем цвёрдага пакрыцця.
Вось спрошчаная схема працэсу хімічнага осаджвання SiC:
Прынцыповая дыяграма працэсу CVD
1. Увядзенне папярэднікаУ рэакцыйную камеру ўводзяцца газападобныя папярэднікі, звычайна газы, якія змяшчаюць крэмній (напрыклад, метылтрыхлорсілан – MTS або сілан – SiH₄), і газы, якія змяшчаюць вуглярод (напрыклад, прапан – C₃H₈).
2. Пастаўка газуГэтыя газы-папярэднікі цякуць над нагрэтай падкладкай.
3. АдсорбцыяМалекулы-папярэднікі адсарбуюцца на паверхні гарачага субстрата.
4. Павярхоўная рэакцыяПры высокіх тэмпературах адсарбаваныя малекулы падвяргаюцца хімічным рэакцыям, у выніку якіх папярэднік раскладаецца і ўтвараецца цвёрдая плёнка SiC. Пабочныя прадукты вылучаюцца ў выглядзе газаў.
5. Дэсорбцыя і выхлапныя газыГазападобныя пабочныя прадукты дэсарбуюцца з паверхні, а затым выходзяць з камеры. Дакладны кантроль тэмпературы, ціску, хуткасці патоку газу і канцэнтрацыі папярэдніка мае вырашальнае значэнне для дасягнення жаданых уласцівасцей плёнкі, у тым ліку таўшчыні, чысціні, крышталічнасці і адгезіі.
Ⅲ. Выкарыстанне CVD-пакрыццяў SiC у паўправадніковых працэсах
Пакрыцці SiC, атрыманыя метадам CVD, незаменныя ў вытворчасці паўправаднікоў, паколькі іх унікальнае спалучэнне ўласцівасцей непасрэдна адпавядае экстрэмальным умовам і строгім патрабаванням да чысціні вытворчага асяроддзя. Яны павышаюць устойлівасць да плазменнай карозіі, хімічнага ўздзеяння і ўтварэння часціц, што мае вырашальнае значэнне для максімальнага павелічэння выхаду пласцін і часу бесперабойнай працы абсталявання.
Ніжэй прыведзены некаторыя распаўсюджаныя дэталі з пакрыццём SiC, атрыманым метадам CVD, і сцэнарыі іх прымянення:
1. Камера плазменнага травлення і факусавальнае кольца
ПрадуктыУкладышы, душавыя галоўкі, сусцэптары і факусуючыя кольцы з пакрыццём CVD SiC.
ПрыкладаннеПры плазменным травленні для выбарачнага выдалення матэрыялаў з пласцін выкарыстоўваецца высокаактыўная плазма. Непакрытыя або менш трывалыя матэрыялы хутка дэградуюць, што прыводзіць да забруджвання часціцамі і частых прастояў. Пакрыцці з карбіду крэмнію, атрыманыя метадам CVD, маюць выдатную ўстойлівасць да агрэсіўных хімічных рэчываў плазмы (напрыклад, плазмы фтору, хлору, брому), падаўжаюць тэрмін службы ключавых кампанентаў камеры і памяншаюць утварэнне часціц, што непасрэдна павялічвае выхад пласцін.
2. Камеры PECVD і HDPCVD
ПрадуктыРэакцыйныя камеры і электроды з пакрыццём з CVD SiC.
ПрыкладанніДля нанясення тонкіх плёнак (напрыклад, дыэлектрычных слаёў, пасівацыйных слаёў) выкарыстоўваюцца плазменна-ўзмоцненае хімічнае асаджэнне з паравой фазы (PECVD) і плазменна-хімічнае асаджэнне з высокай шчыльнасцю (HDPCVD). Гэтыя працэсы таксама ўключаюць жорсткія плазменныя ўмовы. Пакрыцці CVD SiC абараняюць сценкі камеры і электроды ад эрозіі, забяспечваючы стабільную якасць плёнкі і мінімізуючы дэфекты.
3. Абсталяванне для іённай імплантацыі
ПрадуктыКампаненты лініі прамяня з пакрыццём з CVD SiC (напрыклад, адтуліны, кубкі Фарадэя).
ПрыкладанніІённая імплантацыя ўводзіць іоны прымешак у паўправадніковыя падложкі. Высокаэнергетычныя іённыя пучкі могуць выклікаць распыленне і эрозію адкрытых кампанентаў. Цвёрдасць і высокая чысціня CVD-крэмнію памяншаюць утварэнне часціц з кампанентаў лініі прамяня, прадухіляючы забруджванне пласцін падчас гэтага крытычна важнага этапу легіравання.
4. Кампаненты эпітаксіяльнага рэактара
ПрадуктыСуспензоры і газаразмеркавальнікі з пакрыццём CVD SiC.
ПрыкладанніЭпітаксіяльны рост (ЭПІ) прадугледжвае вырошчванне высокаўпарадкаваных крышталічных слаёў на падкладцы пры высокіх тэмпературах. Сусцэптары з пакрыццём з CVD SiC забяспечваюць выдатную тэрмічную стабільнасць і хімічную інертнасць пры высокіх тэмпературах, забяспечваючы раўнамерны нагрэў і прадухіляючы забруджванне самога сусцэптара, што мае вырашальнае значэнне для атрымання высакаякасных эпітаксіяльных слаёў.
Па меры скарачэння геаметрыі чыпаў і павелічэння патрабаванняў да працэсаў, попыт на пастаўшчыкоў і вытворцаў якасных CVD-пакрыццяў працягвае расці.
IV. Якія праблемы ўзнікаюць пры працэсе нанясення пакрыццяў з карбіду крэмнію CVD?
Нягледзячы на вялікія перавагі CVD-пакрыцця SiC, яго вытворчасць і прымяненне ўсё яшчэ сутыкаюцца з некаторымі тэхналагічнымі праблемамі. Рашэнне гэтых праблем з'яўляецца ключом да дасягнення стабільнай прадукцыйнасці і эканамічнай эфектыўнасці.
Праблемы:
1. Адгезія да падкладкі
Дамагчыся трывалай і аднастайнай адгезіі карбіду крэмнію да розных матэрыялаў-падкладак (напрыклад, графіту, крэмнію, керамікі) можа быць складана з-за розніцы ў каэфіцыентах цеплавога пашырэння і павярхоўнай энергіі. Дрэнная адгезія можа прывесці да расслаення падчас тэрмічных цыклаў або механічных нагрузак.
Рашэнні:
Падрыхтоўка паверхніДбайная ачыстка і апрацоўка паверхні (напрыклад, травленне, плазменная апрацоўка) падкладкі для выдалення забруджванняў і стварэння аптымальнай паверхні для склейвання.
Прамежкавы пластНанясенне тонкага і індывідуальнага прамежкавага або буфернага пласта (напрыклад, піралітычнага вугляроду, TaC - падобнага да пакрыцця TaC, атрыманага метадам CVD, у пэўных выпадках) для памяншэння неадпаведнасці цеплавога пашырэння і паляпшэння адгезіі.
Аптымізацыя параметраў нанясенняСтаранна кантралюйце тэмпературу, ціск і суадносіны газаў, каб аптымізаваць зародкаўтварэнне і рост плёнак SiC і спрыяць моцнай міжфазнай сувязі.
2. Плёнкавае напружанне і расколіны
Падчас нанясення або наступнага астуджэння ў плёнках SiC могуць узнікаць рэшткавыя напружанні, якія выклікаюць расколіны або дэфармацыю, асабліва на больш буйных або складаных геаметрыях.
Рашэнні:
Кантроль тэмпературыДакладна кантралюйце хуткасць нагрэву і астуджэння, каб мінімізаваць цеплавы ўдар і напружанне.
Градыентнае пакрыццёВыкарыстоўвайце шматслаёвыя або градыентныя метады пакрыцця, каб паступова змяняць склад або структуру матэрыялу ў адпаведнасці з напружаннем.
Адпал пасля асаджэнняАдпал пакрытых дэталяў для ліквідацыі рэшткавага напружання і паляпшэння цэласнасці плёнкі.
3. Канфармнасць і аднастайнасць на складаных геаметрыях
Нанясенне аднастайна тоўстых і канформных пакрыццяў на дэталі са складанымі формамі, высокімі суадносінамі бакоў або ўнутранымі каналамі можа быць складаным з-за абмежаванняў у дыфузіі папярэднікаў і кінетыцы рэакцыі.
Рашэнні:
Аптымізацыя канструкцыі рэактараРаспрацаваць CVD-рэактары з аптымізаванай дынамікай патоку газу і аднастайнасцю тэмпературы для забеспячэння раўнамернага размеркавання папярэднікаў.
Рэгуляванне параметраў працэсуДакладная рэгуляванне ціску нанясення, хуткасці патоку і канцэнтрацыі папярэдніка для паляпшэння дыфузіі газавай фазы ў складаныя структуры.
Шматступенчатае нанясеннеВыкарыстоўвайце бесперапынныя этапы нанясення або круцільныя прыстасаванні, каб забяспечыць належнае пакрыццё ўсіх паверхняў.
V. Часта задаваныя пытанні
Пытанне 1: У чым асноўнае адрозненне паміж CVD SiC і PVD SiC у паўправадніковых прымяненнях?
A: CVD-пакрыцці маюць слупчастыя крышталічныя структуры з чысцінёй >99,99%, прыдатныя для плазменных асяроддзяў; PVD-пакрыцці ў асноўным аморфныя/нанакрышталічныя з чысцінёй <99,9%, якія ў асноўным выкарыстоўваюцца для дэкаратыўных пакрыццяў.
Пытанне 2: Якую максімальную тэмпературу можа вытрымліваць пакрыццё?
A: Кароткатэрміновая дапушчальная тэмпература 1650°C (напрыклад, падчас адпалу), працяглая мяжа выкарыстання 1450°C. Перавышэнне гэтай тэмпературы прывядзе да фазавага пераходу ад β-SiC да α-SiC.
Пытанне 3: Тыповы дыяпазон таўшчыні пакрыцця?
A: Паўправадніковыя кампаненты ў асноўным маюць таўшчыню 80-150 мкм, а пакрыцці EBC авіяцыйных рухавікоў могуць дасягаць 300-500 мкм.
Пытанне 4: Якія ключавыя фактары ўплываюць на кошт?
A: Чысціня папярэдніка (40%), спажыванне энергіі абсталяваннем (30%), страта выхаду (20%). Кошт адзінкі высакаякасных пакрыццяў можа дасягаць 5000 долараў ЗША/кг.
Пытанне 5: Якія асноўныя сусветныя пастаўшчыкі?
A: Еўропа і Злучаныя Штаты: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Азія: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Тайвань), Scientech (Тайвань)
Час публікацыі: 09 чэрвеня 2025 г.