Was ist eine SiC-Beschichtung?

Siliziumkarbidist eine harte Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff und kommt in der Natur als extrem seltenes Mineral Moissanit vor. Siliziumkarbidpartikel können durch Sintern zu sehr harten Keramiken verbunden werden, die häufig in Anwendungen eingesetzt werden, die eine hohe Haltbarkeit erfordern, insbesondere in der Halbleiterverarbeitung.

Physikalische Struktur von SiC

Was ist eine SiC-Beschichtung?

Die SiC-Beschichtung ist eine dichte, verschleißfeste Siliziumkarbidbeschichtung mit hoher Korrosions- und Hitzebeständigkeit sowie ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit. Diese hochreine SiC-Beschichtung wird hauptsächlich in der Halbleiter- und Elektronikindustrie zum Schutz von Waferträgern, Sockeln und Heizelementen vor korrosiven und reaktiven Umgebungen eingesetzt. Die SiC-Beschichtung eignet sich auch für Vakuumöfen und die Probenerwärmung in Hochvakuum-, reaktiven und Sauerstoffumgebungen.

Hochreine SiC-Beschichtungsoberfläche

Was ist das SiC-Beschichtungsverfahren?

Eine dünne Schicht aus Siliziumkarbid wird auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden durchCVD (Chemische Gasphasenabscheidung)Die Abscheidung erfolgt üblicherweise bei Temperaturen von 1200–1300 °C und das Wärmeausdehnungsverhalten des Substratmaterials sollte mit der SiC-Beschichtung kompatibel sein, um die thermische Spannung zu minimieren.

CVD-SIC-Film-Kristallstruktur

CVD SIC-Beschichtung FILM KRISTALLSTRUKTUR

Die physikalischen Eigenschaften der SiC-Beschichtung spiegeln sich hauptsächlich in ihrer hohen Temperaturbeständigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit wider.

Typische physikalische Parameter sind in der Regel folgende:

Härte: SiC-Beschichtungen weisen typischerweise eine Vickershärte im Bereich von 2000–2500 HV auf, was ihnen bei industriellen Anwendungen eine extrem hohe Verschleiß- und Schlagfestigkeit verleiht.

DichteSiC-Beschichtungen haben typischerweise eine Dichte von 3,1–3,2 g/cm³. Die hohe Dichte trägt zur mechanischen Festigkeit und Haltbarkeit der Beschichtung bei.

WärmeleitfähigkeitSiC-Beschichtungen weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, typischerweise im Bereich von 120–200 W/mK (bei 20 °C). Dies verleiht ihnen eine gute Wärmeleitfähigkeit in Hochtemperaturumgebungen und macht sie besonders geeignet für Wärmebehandlungsanlagen in der Halbleiterindustrie.

Schmelzpunkt: Siliziumkarbid hat einen Schmelzpunkt von etwa 2730 °C und verfügt über eine ausgezeichnete thermische Stabilität bei extremen Temperaturen.

WärmeausdehnungskoeffizientSiC-Beschichtungen haben einen niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE), typischerweise im Bereich von 4,0–4,5 µm/mK (zwischen 25 und 1000 °C). Dies bedeutet, dass ihre Dimensionsstabilität auch bei großen Temperaturunterschieden ausgezeichnet ist.

Korrosionsbeständigkeit: SiC-Beschichtungen sind in stark sauren, alkalischen und oxidierenden Umgebungen äußerst korrosionsbeständig, insbesondere bei der Verwendung starker Säuren (wie HF oder HCl). Ihre Korrosionsbeständigkeit übertrifft die von herkömmlichen Metallmaterialien bei weitem.

Substrat für die SiC-Beschichtung

SiC-Beschichtungen werden häufig eingesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit, die Hochtemperaturbeständigkeit und die Plasmaerosionsbeständigkeit des Substrats zu verbessern. Zu den gängigen Anwendungssubstraten gehören:

Substrattyp	Bewerbungsgrund	Typische Verwendung
Graphit	- Leichte Struktur, gute Wärmeleitfähigkeit - Wird jedoch durch Plasma leicht korrodiert und erfordert einen Schutz durch eine SiC-Beschichtung	Vakuumkammerteile, Graphitschiffchen, Plasmaätzschalen usw.
Quarz (Quarz/SiO₂)	- Hohe Reinheit, aber leicht korrodierend - Beschichtung verbessert Plasmaerosionsbeständigkeit	CVD/PECVD-Kammerteile
Keramik (z. B. Aluminiumoxid Al₂O₃)	- Hohe Festigkeit und stabile Struktur - Beschichtung verbessert die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche	Kammerauskleidung, Einbauten etc.
Metalle (wie Molybdän, Titan usw.)	- Gute Wärmeleitfähigkeit, aber schlechte Korrosionsbeständigkeit - Beschichtung verbessert die Oberflächenstabilität	Spezielle Prozessreaktionskomponenten
Siliziumkarbid-Sinterkörper (SiC-Bulk)	- Für Umgebungen mit hohen Anforderungen an komplexe Arbeitsbedingungen - Beschichtung verbessert Reinheit und Korrosionsbeständigkeit zusätzlich	Hochwertige CVD/ALD-Kammerkomponenten

SiC-beschichtete Produkte werden üblicherweise in den folgenden Halbleiterbereichen verwendet

SiC-Beschichtungsprodukte werden häufig in der Halbleiterverarbeitung eingesetzt, vor allem in Umgebungen mit hohen Temperaturen, hoher Korrosion und starkem Plasma. Im Folgenden sind einige wichtige Anwendungsprozesse bzw. -bereiche mit Kurzbeschreibungen aufgeführt:

Bewerbungsprozess/-bereich	Kurzbeschreibung	Siliziumkarbid-Beschichtungsfunktion
Plasmaätzen (Ätzen)	Verwenden Sie fluor- oder chlorbasierte Gase zur Musterübertragung	Widersteht Plasmaerosion und verhindert Partikel- und Metallkontamination
Chemische Gasphasenabscheidung (CVD/PECVD)	Abscheidung von Oxid-, Nitrid- und anderen Dünnschichten	Widersteht korrosiven Vorläufergasen und erhöht die Lebensdauer der Komponenten
Physikalische Gasphasenabscheidungskammer (PVD)	Hochenergetischer Partikelbeschuss während des Beschichtungsprozesses	Verbessern Sie die Erosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit der Reaktionskammer
MOCVD-Prozess (z. B. epitaktisches SiC-Wachstum)	Langzeitreaktion unter hoher Temperatur und stark wasserstoffkorrosiver Atmosphäre	Erhalten Sie die Stabilität der Ausrüstung und verhindern Sie die Kontamination wachsender Kristalle
Wärmebehandlungsprozess (LPCVD, Diffusion, Glühen usw.)	Normalerweise bei hohen Temperaturen und Vakuum/Atmosphäre durchgeführt	Schützen Sie Graphitschiffchen und -schalen vor Oxidation oder Korrosion
Waferträger/Chuck (Waferhandling)	Graphitbasis für Wafertransfer oder -unterstützung	Reduzieren Sie die Partikelabgabe und vermeiden Sie Kontaktkontamination
ALD-Kammerkomponenten	Atomlagenabscheidung wiederholt und präzise steuern	Die Beschichtung hält die Kammer sauber und weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Vorläufern auf

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