સીવીડીSiC કોટિંગસેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓની મર્યાદાઓને આશ્ચર્યજનક રીતે બદલી રહી છે. આ દેખીતી રીતે સરળ કોટિંગ ટેકનોલોજી ચિપ ઉત્પાદનમાં કણ દૂષણ, ઉચ્ચ-તાપમાન કાટ અને પ્લાઝ્મા ધોવાણના ત્રણ મુખ્ય પડકારોનો મુખ્ય ઉકેલ બની ગઈ છે. વિશ્વના ટોચના સેમિકન્ડક્ટર સાધનો ઉત્પાદકોએ તેને આગામી પેઢીના સાધનો માટે પ્રમાણભૂત ટેકનોલોજી તરીકે સૂચિબદ્ધ કર્યું છે. તો, આ કોટિંગ ચિપ ઉત્પાદનનું "અદ્રશ્ય બખ્તર" શું બનાવે છે? આ લેખ તેના તકનીકી સિદ્ધાંતો, મુખ્ય એપ્લિકેશનો અને અદ્યતન સફળતાઓનું ઊંડાણપૂર્વક વિશ્લેષણ કરશે.
Ⅰ. CVD SiC કોટિંગની વ્યાખ્યા
CVD SiC કોટિંગ એ સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) ના રક્ષણાત્મક સ્તરનો ઉલ્લેખ કરે છે જે રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપન (CVD) પ્રક્રિયા દ્વારા સબસ્ટ્રેટ પર જમા થાય છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ એ સિલિકોન અને કાર્બનનું સંયોજન છે, જે તેની ઉત્તમ કઠિનતા, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, રાસાયણિક જડતા અને ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર માટે જાણીતું છે. CVD ટેકનોલોજી ઉચ્ચ-શુદ્ધતા, ગાઢ અને સમાન જાડાઈનું SiC સ્તર બનાવી શકે છે, અને જટિલ ભૂમિતિઓ માટે ખૂબ જ સુસંગત હોઈ શકે છે. આ CVD SiC કોટિંગ્સને પરંપરાગત બલ્ક સામગ્રી અથવા અન્ય કોટિંગ પદ્ધતિઓ દ્વારા પૂરી ન કરી શકાય તેવા માંગણીવાળા એપ્લિકેશનો માટે ખૂબ જ યોગ્ય બનાવે છે.
Ⅱ. સીવીડી પ્રક્રિયા સિદ્ધાંત
રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ (CVD) એ એક બહુમુખી ઉત્પાદન પદ્ધતિ છે જેનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા, ઉચ્ચ-પ્રદર્શનવાળા ઘન પદાર્થોના ઉત્પાદન માટે થાય છે. CVD ના મુખ્ય સિદ્ધાંતમાં ગરમ સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર વાયુયુક્ત પૂર્વગામીઓની પ્રતિક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે જેથી ઘન આવરણ બને.
અહીં SiC CVD પ્રક્રિયાનું સરળ વિભાજન છે:
સીવીડી પ્રક્રિયા સિદ્ધાંત આકૃતિ
1. પુરોગામી પરિચય: વાયુયુક્ત પુરોગામી, સામાન્ય રીતે સિલિકોન ધરાવતા વાયુઓ (દા.ત., મિથાઈલટ્રિક્લોરોસિલેન - MTS, અથવા સિલેન - SiH₄) અને કાર્બન ધરાવતા વાયુઓ (દા.ત., પ્રોપેન - C₃H₈), પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરમાં દાખલ કરવામાં આવે છે.
2. ગેસ ડિલિવરી: આ પૂર્વગામી વાયુઓ ગરમ સબસ્ટ્રેટ ઉપર વહે છે.
3. શોષણ: પૂર્વવર્તી પરમાણુઓ ગરમ સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર શોષાય છે.
4. સપાટી પ્રતિક્રિયા: ઊંચા તાપમાને, શોષિત અણુઓ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે, જેના પરિણામે પૂર્વગામીનું વિઘટન થાય છે અને ઘન SiC ફિલ્મ બને છે. ઉપઉત્પાદનો વાયુઓના સ્વરૂપમાં મુક્ત થાય છે.
5. ડિસોર્પ્શન અને એક્ઝોસ્ટ: વાયુયુક્ત ઉપ-ઉત્પાદનો સપાટી પરથી શોષાય છે અને પછી ચેમ્બરમાંથી બહાર નીકળી જાય છે. ઇચ્છિત ફિલ્મ ગુણધર્મો, જેમાં જાડાઈ, શુદ્ધતા, સ્ફટિકીયતા અને સંલગ્નતાનો સમાવેશ થાય છે, પ્રાપ્ત કરવા માટે તાપમાન, દબાણ, ગેસ પ્રવાહ દર અને પૂર્વગામી સાંદ્રતાનું ચોક્કસ નિયંત્રણ મહત્વપૂર્ણ છે.
Ⅲ. સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયાઓમાં CVD SiC કોટિંગ્સનો ઉપયોગ
સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં CVD SiC કોટિંગ્સ અનિવાર્ય છે કારણ કે તેમના ગુણધર્મોનું અનોખું સંયોજન ઉત્પાદન પર્યાવરણની આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓ અને કડક શુદ્ધતા આવશ્યકતાઓને સીધી રીતે પૂર્ણ કરે છે. તેઓ પ્લાઝ્મા કાટ, રાસાયણિક હુમલો અને કણોના ઉત્પાદન સામે પ્રતિકાર વધારે છે, જે બધા વેફર ઉપજ અને સાધનોના અપટાઇમને મહત્તમ કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
નીચે કેટલાક સામાન્ય CVD SiC કોટેડ ભાગો અને તેમના ઉપયોગના દૃશ્યો છે:
૧. પ્લાઝ્મા એચિંગ ચેમ્બર અને ફોકસ રિંગ
ઉત્પાદનો: CVD SiC કોટેડ લાઇનર્સ, શાવરહેડ્સ, સસેપ્ટર્સ અને ફોકસ રિંગ્સ.
અરજી: પ્લાઝ્મા એચિંગમાં, વેફરમાંથી સામગ્રીને પસંદગીયુક્ત રીતે દૂર કરવા માટે અત્યંત સક્રિય પ્લાઝ્માનો ઉપયોગ થાય છે. કોટેડ ન હોય તેવા અથવા ઓછા ટકાઉ પદાર્થો ઝડપથી બગડે છે, જેના પરિણામે કણોનું દૂષણ થાય છે અને વારંવાર ડાઉનટાઇમ થાય છે. CVD SiC કોટિંગ્સ આક્રમક પ્લાઝ્મા રસાયણો (દા.ત., ફ્લોરિન, ક્લોરિન, બ્રોમિન પ્લાઝ્મા) સામે ઉત્તમ પ્રતિકાર ધરાવે છે, મુખ્ય ચેમ્બર ઘટકોનું જીવન લંબાવે છે અને કણોનું ઉત્પાદન ઘટાડે છે, જે સીધા વેફર ઉપજમાં વધારો કરે છે.
2.PECVD અને HDPCVD ચેમ્બર
ઉત્પાદનો: CVD SiC કોટેડ રિએક્શન ચેમ્બર અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ.
અરજીઓ: પ્લાઝ્મા એન્હાન્સ્ડ કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (PECVD) અને હાઇ ડેન્સિટી પ્લાઝ્મા CVD (HDPCVD) નો ઉપયોગ પાતળા ફિલ્મ (દા.ત., ડાઇલેક્ટ્રિક લેયર્સ, પેસિવેશન લેયર્સ) જમા કરવા માટે થાય છે. આ પ્રક્રિયાઓમાં કઠોર પ્લાઝ્મા વાતાવરણ પણ સામેલ છે. CVD SiC કોટિંગ્સ ચેમ્બરની દિવાલો અને ઇલેક્ટ્રોડને ધોવાણથી સુરક્ષિત કરે છે, સુસંગત ફિલ્મ ગુણવત્તા સુનિશ્ચિત કરે છે અને ખામીઓ ઘટાડે છે.
૩. આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન સાધનો
ઉત્પાદનો: CVD SiC કોટેડ બીમલાઇન ઘટકો (દા.ત., છિદ્રો, ફેરાડે કપ).
અરજીઓ: આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન સેમિકન્ડક્ટર સબસ્ટ્રેટમાં ડોપન્ટ આયન દાખલ કરે છે. ઉચ્ચ-ઊર્જા આયન બીમ ખુલ્લા ઘટકોના સ્પટરિંગ અને ધોવાણનું કારણ બની શકે છે. CVD SiC ની કઠિનતા અને ઉચ્ચ શુદ્ધતા બીમલાઇન ઘટકોમાંથી કણોનું ઉત્પાદન ઘટાડે છે, આ મહત્વપૂર્ણ ડોપિંગ પગલા દરમિયાન વેફર્સના દૂષણને અટકાવે છે.
4. એપિટેક્સિયલ રિએક્ટર ઘટકો
ઉત્પાદનો: CVD SiC કોટેડ સસેપ્ટર્સ અને ગેસ ડિસ્ટ્રિબ્યુટર્સ.
અરજીઓ: એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ (EPI) માં ઉચ્ચ તાપમાને સબસ્ટ્રેટ પર ખૂબ જ ક્રમબદ્ધ સ્ફટિકીય સ્તરો ઉગાડવાનો સમાવેશ થાય છે. CVD SiC કોટેડ સસેપ્ટર્સ ઉચ્ચ તાપમાને ઉત્તમ થર્મલ સ્થિરતા અને રાસાયણિક જડતા પ્રદાન કરે છે, એકસમાન ગરમી સુનિશ્ચિત કરે છે અને સસેપ્ટરના દૂષણને અટકાવે છે, જે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા એપિટેક્સિયલ સ્તરો પ્રાપ્ત કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
જેમ જેમ ચિપ ભૂમિતિઓ સંકોચાય છે અને પ્રક્રિયાની માંગ તીવ્ર બને છે, તેમ તેમ ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા CVD SiC કોટિંગ સપ્લાયર્સ અને CVD કોટિંગ ઉત્પાદકોની માંગ વધતી રહે છે.
IV. CVD SiC કોટિંગ પ્રક્રિયાના પડકારો શું છે?
CVD SiC કોટિંગના મહાન ફાયદા હોવા છતાં, તેના ઉત્પાદન અને ઉપયોગને હજુ પણ કેટલાક પ્રક્રિયા પડકારોનો સામનો કરવો પડે છે. આ પડકારોનો ઉકેલ એ સ્થિર કામગીરી અને ખર્ચ-અસરકારકતા પ્રાપ્ત કરવાની ચાવી છે.
પડકારો:
1. સબસ્ટ્રેટ સાથે સંલગ્નતા
થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક અને સપાટી ઊર્જામાં તફાવતને કારણે, વિવિધ સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી (દા.ત., ગ્રેફાઇટ, સિલિકોન, સિરામિક) સાથે મજબૂત અને એકસમાન સંલગ્નતા પ્રાપ્ત કરવી SiC માટે પડકારજનક બની શકે છે. નબળી સંલગ્નતા થર્મલ સાયકલિંગ અથવા યાંત્રિક તાણ દરમિયાન ડિલેમિનેશન તરફ દોરી શકે છે.
ઉકેલો:
સપાટીની તૈયારી: દૂષકોને દૂર કરવા અને બંધન માટે શ્રેષ્ઠ સપાટી બનાવવા માટે સબસ્ટ્રેટની ઝીણવટભરી સફાઈ અને સપાટીની સારવાર (દા.ત., એચિંગ, પ્લાઝ્મા ટ્રીટમેન્ટ).
ઇન્ટરલેયર: થર્મલ વિસ્તરણ મિસમેચ ઘટાડવા અને સંલગ્નતાને પ્રોત્સાહન આપવા માટે પાતળા અને કસ્ટમાઇઝ્ડ ઇન્ટરલેયર અથવા બફર લેયર (દા.ત., પાયરોલિટીક કાર્બન, TaC - ચોક્કસ એપ્લિકેશનોમાં CVD TaC કોટિંગ જેવું જ) જમા કરો.
ડિપોઝિશન પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો: SiC ફિલ્મોના ન્યુક્લિયેશન અને વૃદ્ધિને શ્રેષ્ઠ બનાવવા અને મજબૂત ઇન્ટરફેસિયલ બોન્ડિંગને પ્રોત્સાહન આપવા માટે ડિપોઝિશન તાપમાન, દબાણ અને ગેસ ગુણોત્તરને કાળજીપૂર્વક નિયંત્રિત કરો.
2. ફિલ્મ સ્ટ્રેસ અને ક્રેકીંગ
ડિપોઝિશન અથવા ત્યારબાદના ઠંડક દરમિયાન, SiC ફિલ્મોમાં શેષ તાણ વિકસી શકે છે, જેના કારણે ક્રેકીંગ અથવા વાર્પિંગ થઈ શકે છે, ખાસ કરીને મોટી અથવા જટિલ ભૂમિતિઓ પર.
ઉકેલો:
તાપમાન નિયંત્રણ: થર્મલ આંચકો અને તાણ ઘટાડવા માટે ગરમી અને ઠંડક દરને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરો.
ગ્રેડિયન્ટ કોટિંગ: તણાવને સમાયોજિત કરવા માટે સામગ્રીની રચના અથવા બંધારણમાં ધીમે ધીમે ફેરફાર કરવા માટે બહુસ્તરીય અથવા ગ્રેડિયન્ટ કોટિંગ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરો.
પોસ્ટ-ડિપોઝિશન એનલીંગ: શેષ તણાવ દૂર કરવા અને ફિલ્મની અખંડિતતા સુધારવા માટે કોટેડ ભાગોને એનિલ કરો.
3. જટિલ ભૂમિતિઓ પર સુસંગતતા અને એકરૂપતા
જટિલ આકારો, ઉચ્ચ પાસા ગુણોત્તર અથવા આંતરિક ચેનલો ધરાવતા ભાગો પર સમાન જાડા અને કન્ફોર્મલ કોટિંગ્સ જમા કરવા એ પૂર્વગામી પ્રસરણ અને પ્રતિક્રિયા ગતિશાસ્ત્રમાં મર્યાદાઓને કારણે મુશ્કેલ બની શકે છે.
ઉકેલો:
રિએક્ટર ડિઝાઇન ઑપ્ટિમાઇઝેશન: પૂર્વગામીઓનું સમાન વિતરણ સુનિશ્ચિત કરવા માટે ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ ગેસ ફ્લો ડાયનેમિક્સ અને તાપમાન એકરૂપતા સાથે CVD રિએક્ટર ડિઝાઇન કરો.
પ્રક્રિયા પરિમાણ ગોઠવણ: ગેસ તબક્કાના પ્રસારને જટિલ લક્ષણોમાં વધારવા માટે ડિપોઝિશન પ્રેશર, ફ્લો રેટ અને પ્રિકર્સર સાંદ્રતાને ફાઇન-ટ્યુન કરો.
મલ્ટી-સ્ટેજ ડિપોઝિશન: બધી સપાટીઓ પર્યાપ્ત રીતે કોટેડ છે તેની ખાતરી કરવા માટે સતત ડિપોઝિશન સ્ટેપ્સ અથવા ફરતા ફિક્સરનો ઉપયોગ કરો.
વી. વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો
પ્રશ્ન ૧: સેમિકન્ડક્ટર એપ્લિકેશન્સમાં CVD SiC અને PVD SiC વચ્ચે મુખ્ય તફાવત શું છે?
A: CVD કોટિંગ્સ એ સ્તંભાકાર સ્ફટિકીય માળખાં છે જેની શુદ્ધતા >99.99% છે, જે પ્લાઝ્મા વાતાવરણ માટે યોગ્ય છે; PVD કોટિંગ્સ મોટે ભાગે આકારહીન/નેનોક્રિસ્ટલાઇન હોય છે જેની શુદ્ધતા <99.9% છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે સુશોભન કોટિંગ્સ માટે થાય છે.
પ્રશ્ન 2: કોટિંગ મહત્તમ કેટલું તાપમાન સહન કરી શકે છે?
A: 1650°C ની ટૂંકા ગાળાની સહિષ્ણુતા (જેમ કે એનેલીંગ પ્રક્રિયા), 1450°C ની લાંબા ગાળાની ઉપયોગ મર્યાદા, આ તાપમાનને ઓળંગવાથી β-SiC થી α-SiC માં તબક્કા સંક્રમણ થશે.
Q3: લાક્ષણિક કોટિંગ જાડાઈ શ્રેણી?
A: સેમિકન્ડક્ટર ઘટકો મોટે ભાગે 80-150μm હોય છે, અને એરક્રાફ્ટ એન્જિન EBC કોટિંગ્સ 300-500μm સુધી પહોંચી શકે છે.
પ્રશ્ન 4: ખર્ચને અસર કરતા મુખ્ય પરિબળો કયા છે?
A: પુરોગામી શુદ્ધતા (40%), સાધનોનો ઉર્જા વપરાશ (30%), ઉપજમાં ઘટાડો (20%). ઉચ્ચ-સ્તરીય કોટિંગ્સની એકમ કિંમત $5,000/કિલો સુધી પહોંચી શકે છે.
પ્રશ્ન 5: મુખ્ય વૈશ્વિક સપ્લાયર્સ કયા છે?
A: યુરોપ અને યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ: કૂર્સટેક, મેર્સન, આયનબોન્ડ; એશિયા: સેમિક્સલેબ, વેટેકસેમિકોન, કેલેક્સ (તાઇવાન), સાયન્ટેક (તાઇવાન)
પોસ્ટ સમય: જૂન-૦૯-૨૦૨૫