KVBSiC premaznevjerovatnom brzinom mijenja granice procesa proizvodnje poluprovodnika. Ova naizgled jednostavna tehnologija premazivanja postala je ključno rješenje za tri osnovna izazova: kontaminaciju česticama, koroziju na visokim temperaturama i eroziju plazmom u proizvodnji čipova. Vodeći svjetski proizvođači poluprovodničke opreme naveli su je kao standardnu tehnologiju za opremu sljedeće generacije. Dakle, šta ovaj premaz čini „nevidljivim oklopom“ u proizvodnji čipova? Ovaj članak će detaljno analizirati njegove tehničke principe, osnovne primjene i vrhunska otkrića.
Ⅰ. Definicija CVD SiC premaza
CVD SiC premaz odnosi se na zaštitni sloj silicijum karbida (SiC) nanesen na podlogu postupkom hemijskog taloženja iz pare (CVD). Silicijum karbid je spoj silicijuma i ugljika, poznat po svojoj odličnoj tvrdoći, visokoj toplinskoj provodljivosti, hemijskoj inertnosti i otpornosti na visoke temperature. CVD tehnologija može formirati sloj SiC visoke čistoće, gustine i ujednačene debljine, te se može u velikoj mjeri prilagoditi složenim geometrijama. Zbog toga su CVD SiC premazi vrlo pogodni za zahtjevne primjene koje se ne mogu zadovoljiti tradicionalnim materijalima u rasutom stanju ili drugim metodama premazivanja.
Ⅱ. Princip CVD procesa
Hemijsko taloženje iz parne faze (CVD) je svestrana proizvodna metoda koja se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih, visokoperformansnih čvrstih materijala. Osnovni princip CVD-a uključuje reakciju gasovitih prekursora na površini zagrijane podloge kako bi se formirao čvrsti premaz.
Evo pojednostavljenog prikaza SiC CVD procesa:
Dijagram principa CVD procesa
1. Uvod u prekursoreGasoviti prekursori, obično gasovi koji sadrže silicijum (npr. metiltrihlorosilan – MTS ili silan – SiH₄) i gasovi koji sadrže ugljik (npr. propan – C₃H₈), unose se u reakcijsku komoru.
2. Isporuka plinaOvi prekursorski plinovi teku preko zagrijane podloge.
3. AdsorpcijaMolekule prekursora se adsorbiraju na površinu vrućeg supstrata.
4. Površinska reakcijaNa visokim temperaturama, adsorbovani molekuli podležu hemijskim reakcijama, što rezultira razgradnjom prekursora i formiranjem čvrstog SiC filma. Nusprodukti se oslobađaju u obliku gasova.
5. Desorpcija i ispuhPlinoviti nusproizvodi desorbiraju se s površine, a zatim izlaze iz komore. Precizna kontrola temperature, pritiska, brzine protoka plina i koncentracije prekursora ključna je za postizanje željenih svojstava filma, uključujući debljinu, čistoću, kristalnost i prianjanje.
Ⅲ. Upotreba CVD SiC premaza u poluprovodničkim procesima
CVD SiC premazi su nezamjenjivi u proizvodnji poluprovodnika jer njihova jedinstvena kombinacija svojstava direktno zadovoljava ekstremne uslove i stroge zahtjeve čistoće proizvodnog okruženja. Oni poboljšavaju otpornost na koroziju plazmom, hemijske napade i stvaranje čestica, a sve to je ključno za maksimiziranje prinosa pločica i vremena rada opreme.
U nastavku su navedeni neki uobičajeni CVD SiC obloženi dijelovi i njihovi scenariji primjene:
1. Komora za plazma nagrizanje i prsten za fokusiranje
ProizvodiCVD SiC obložene obloge, tuševi, susceptori i fokusni prstenovi.
PrimjenaKod plazma nagrizanja, visoko aktivna plazma se koristi za selektivno uklanjanje materijala sa pločica. Nepremazani ili manje izdržljivi materijali se brzo degradiraju, što rezultira kontaminacijom česticama i čestim zastojima. CVD SiC premazi imaju odličnu otpornost na agresivne plazma hemikalije (npr. plazmu fluora, hlora, broma), produžuju vijek trajanja ključnih komponenti komore i smanjuju stvaranje čestica, što direktno povećava prinos pločica.
2. PECVD i HDPCVD komore
ProizvodiReakcijske komore i elektrode obložene CVD SiC-om.
AplikacijeZa taloženje tankih filmova (npr. dielektričnih slojeva, pasivizacijskih slojeva) koriste se plazma pojačano hemijsko taloženje iz pare (PECVD) i CVD plazma visoke gustoće (HDPCVD). Ovi procesi također uključuju oštre plazma okruženja. CVD SiC premazi štite zidove komore i elektrode od erozije, osiguravajući konzistentan kvalitet filma i minimizirajući defekte.
3. Oprema za implantaciju iona
ProizvodiCVD SiC obložene komponente snopa (npr. otvori, Faradejeve čašice).
AplikacijeIonska implantacija uvodi dopantne ione u poluprovodničke podloge. Visokoenergetski ionski snopovi mogu uzrokovati raspršivanje i eroziju izloženih komponenti. Tvrdoća i visoka čistoća CVD SiC smanjuju stvaranje čestica iz komponenti snopa, sprječavajući kontaminaciju pločica tokom ovog kritičnog koraka dopiranja.
4. Komponente epitaksijalnog reaktora
ProizvodiCVD SiC obloženi susceptori i distributeri plina.
AplikacijeEpitaksijalni rast (EPI) uključuje rast visoko uređenih kristalnih slojeva na podlozi na visokim temperaturama. CVD SiC obloženi susceptori nude odličnu termičku stabilnost i hemijsku inertnost na visokim temperaturama, osiguravajući ravnomjerno zagrijavanje i sprječavajući kontaminaciju samog susceptora, što je ključno za postizanje visokokvalitetnih epitaksijalnih slojeva.
Kako se geometrije čipova smanjuju, a zahtjevi procesa se povećavaju, potražnja za visokokvalitetnim dobavljačima i proizvođačima CVD SiC premaza nastavlja rasti.
IV. Koji su izazovi CVD procesa prevlačenja SiC-a?
Uprkos velikim prednostima CVD SiC premaza, njegova proizvodnja i primjena se i dalje suočavaju s nekim procesnim izazovima. Rješavanje ovih izazova je ključno za postizanje stabilnih performansi i isplativosti.
Izazovi:
1. Prianjanje na podlogu
SiC može biti izazovan za postizanje jake i ujednačene adhezije na različite materijale podloge (npr. grafit, silicijum, keramiku) zbog razlika u koeficijentima termičkog širenja i površinskoj energiji. Loša adhezija može dovesti do delaminacije tokom termičkog cikliranja ili mehaničkog naprezanja.
Rješenja:
Priprema površinePažljivo čišćenje i površinska obrada (npr. nagrizanje, plazma obrada) podloge radi uklanjanja nečistoća i stvaranja optimalne površine za lijepljenje.
MeđuslojNanesite tanki i prilagođeni međusloj ili tampon sloj (npr. pirolitičkog ugljika, TaC – slično CVD TaC premazu u specifičnim primjenama) kako biste ublažili neusklađenost toplinskog širenja i poboljšali prianjanje.
Optimizirajte parametre taloženjaPažljivo kontrolišite temperaturu taloženja, pritisak i odnos gasova kako biste optimizovali nukleaciju i rast SiC filmova i podstakli snažno međufazno vezivanje.
2. Naprezanje i pucanje filma
Tokom taloženja ili naknadnog hlađenja, unutar SiC filmova mogu se razviti zaostala naprezanja, uzrokujući pucanje ili savijanje, posebno na većim ili složenim geometrijama.
Rješenja:
Kontrola temperaturePrecizno kontrolišite brzinu zagrijavanja i hlađenja kako biste smanjili termalni šok i naprezanje.
Gradijentni premazKoristite metode višeslojnog ili gradijentnog premazivanja kako biste postepeno mijenjali sastav ili strukturu materijala kako biste se prilagodili naprezanju.
Žarenje nakon taloženjaŽarite premazane dijelove kako biste uklonili zaostala naprezanja i poboljšali integritet filma.
3. Konformnost i uniformnost na kompleksnim geometrijama
Nanošenje jednoliko debelih i konformnih premaza na dijelove složenih oblika, visokih omjera stranica ili unutrašnjih kanala može biti teško zbog ograničenja u difuziji prekursora i kinetici reakcije.
Rješenja:
Optimizacija dizajna reaktoraDizajnirati CVD reaktore s optimiziranom dinamikom protoka plina i ujednačenošću temperature kako bi se osigurala ujednačena raspodjela prekursora.
Podešavanje parametara procesaFino podešavanje pritiska taloženja, brzine protoka i koncentracije prekursora radi poboljšanja difuzije gasne faze u složene objekte.
Višestepeno taloženjeKoristite kontinuirane korake nanošenja ili rotirajuće uređaje kako biste osigurali da su sve površine adekvatno premazane.
V. Često postavljana pitanja
P1: Koja je osnovna razlika između CVD SiC i PVD SiC u poluprovodničkim primjenama?
A: CVD premazi su stupčaste kristalne strukture s čistoćom >99,99%, pogodne za plazma okruženja; PVD premazi su uglavnom amorfni/nanokristalni s čistoćom <99,9%, uglavnom se koriste za dekorativne premaze.
P2: Koja je maksimalna temperatura koju premaz može izdržati?
A: Kratkoročna tolerancija od 1650°C (kao što je proces žarenja), dugoročno ograničenje upotrebe od 1450°C, prekoračenje ove temperature će uzrokovati fazni prelaz iz β-SiC u α-SiC.
P3: Tipičan raspon debljine premaza?
A: Poluprovodničke komponente su uglavnom debljine 80-150μm, a EBC premazi avionskih motora mogu doseći 300-500μm.
P4: Koji su ključni faktori koji utiču na cijenu?
A: Čistoća prekursora (40%), potrošnja energije opreme (30%), gubitak prinosa (20%). Jedinična cijena vrhunskih premaza može doseći 5.000 USD/kg.
P5: Koji su glavni globalni dobavljači?
A: Evropa i Sjedinjene Američke Države: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Azija: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Tajvan), Scientech (Tajvan)
Vrijeme objave: 09. juni 2025.