Ի՞նչ է CVD SiC ծածկույթը:

Սրտանոթային հիվանդությունSiC ծածկույթզարմանալի արագությամբ վերաձևավորում է կիսահաղորդչային արտադրության գործընթացների սահմանները: Այս թվացյալ պարզ ծածկույթի տեխնոլոգիան դարձել է չիպերի արտադրության մեջ մասնիկների աղտոտման, բարձր ջերմաստիճանային կոռոզիայի և պլազմային էրոզիայի երեք հիմնական մարտահրավերների հիմնական լուծումը: Աշխարհի առաջատար կիսահաղորդչային սարքավորումների արտադրողները այն ներառել են նոր սերնդի սարքավորումների ստանդարտ տեխնոլոգիայի մեջ: Այսպիսով, ի՞նչն է այս ծածկույթը դարձնում չիպերի արտադրության «անտեսանելի զրահ»: Այս հոդվածը խորապես կվերլուծի դրա տեխնիկական սկզբունքները, հիմնական կիրառությունները և առաջատար առաջընթացները:

Ⅰ. CVD SiC ծածկույթի սահմանումը

CVD SiC ծածկույթը վերաբերում է սիլիցիումի կարբիդի (SiC) պաշտպանիչ շերտին, որը նստեցվում է հիմքի վրա քիմիական գոլորշու նստեցման (CVD) գործընթացով: Սիլիցիումի կարբիդը սիլիցիումի և ածխածնի միացություն է, որը հայտնի է իր գերազանց կարծրությամբ, բարձր ջերմահաղորդականությամբ, քիմիական իներտությամբ և բարձր ջերմաստիճանային դիմադրողականությամբ: CVD տեխնոլոգիան կարող է ձևավորել բարձր մաքրության, խիտ և միատարր հաստության SiC շերտ և կարող է խիստ համապատասխանել բարդ երկրաչափություններին: Սա CVD SiC ծածկույթները դարձնում է շատ հարմար պահանջկոտ կիրառությունների համար, որոնք չեն կարող բավարարվել ավանդական զանգվածային նյութերով կամ այլ ծածկույթային մեթոդներով:

Ⅱ. Սրտանոթային հիվանդությունների (ՍՎԴ) գործընթացի սկզբունքը

Քիմիական գոլորշու նստեցումը (ՔԳՆ) բազմակողմանի արտադրական մեթոդ է, որն օգտագործվում է բարձրորակ, բարձր արդյունավետությամբ պինդ նյութեր ստանալու համար: ՔԳՆ-ի հիմնական սկզբունքը ներառում է գազային նախորդների ռեակցիան տաքացված հիմքի մակերեսին՝ պինդ ծածկույթ առաջացնելու համար:

Ահա SiC CVD գործընթացի պարզեցված վերլուծությունը.

CVD գործընթացի սկզբունքի դիագրամ

1. Նախորդողի ներածությունԳազային նախորդները, որոնք սովորաբար սիլիցիում պարունակող գազեր են (օրինակ՝ մեթիլտրիքլորսիլան – MTS, կամ սիլան – SiH₄) և ածխածին պարունակող գազեր (օրինակ՝ պրոպան – C₃H₈), ներմուծվում են ռեակցիայի խցիկ։

2. Գազի մատակարարումԱյս նախորդող գազերը հոսում են տաքացված հիմքի վրայով։

3. ԱդսորբցիաՆախորդող մոլեկուլները ադսորբվում են տաք հիմքի մակերեսին։

4. Մակերեսային ռեակցիաԲարձր ջերմաստիճաններում ադսորբված մոլեկուլները ենթարկվում են քիմիական ռեակցիաների, ինչի արդյունքում նախորդ նյութը քայքայվում է և առաջանում է պինդ SiC թաղանթ։ Կողմնակի արգասիքները արտանետվում են գազերի տեսքով։

5. Դեսորբցիա և արտանետումԳազային ենթամթերքները ներծծվում են մակերեսից, ապա արտանետվում խցիկից: Ջերմաստիճանի, ճնշման, գազի հոսքի արագության և նախորդի կոնցենտրացիայի ճշգրիտ կառավարումը կարևոր է ցանկալի թաղանթի հատկություններին, ներառյալ հաստությունը, մաքրությունը, բյուրեղությունը և կպչունությունը հասնելու համար:

Ⅲ. CVD SiC ծածկույթների կիրառումը կիսահաղորդչային գործընթացներում

CVD SiC ծածկույթները անփոխարինելի են կիսահաղորդչային արտադրության մեջ, քանի որ դրանց հատկությունների եզակի համադրությունը անմիջապես համապատասխանում է արտադրական միջավայրի ծայրահեղ պայմաններին և խիստ մաքրության պահանջներին: Դրանք մեծացնում են պլազմային կոռոզիայի, քիմիական հարձակման և մասնիկների առաջացման նկատմամբ դիմադրությունը, որոնք բոլորն էլ կարևոր են թիթեղների արտադրողականության և սարքավորումների աշխատանքային ժամանակի մաքսիմալացման համար:

Ստորև բերված են CVD SiC ծածկույթով որոշ տարածված մասեր և դրանց կիրառման սցենարները.

1. Պլազմային փորագրման խցիկ և ֆոկուսային օղակ

ԱրտադրանքներCVD SiC ծածկույթով միջադիրներ, ցնցուղի գլխիկներ, ընկալիչներ և ֆոկուսի օղակներ։

ԴիմումՊլազմային փորագրման ժամանակ բարձր ակտիվության պլազման օգտագործվում է թիթեղներից նյութերը ընտրողաբար հեռացնելու համար: Չծածկված կամ պակաս դիմացկուն նյութերը արագ քայքայվում են, ինչը հանգեցնում է մասնիկների աղտոտման և հաճախակի անսարքության: CVD SiC ծածկույթները գերազանց դիմադրողականություն ունեն ագրեսիվ պլազմային քիմիական նյութերի նկատմամբ (օրինակ՝ ֆտոր, քլոր, բրոմ պլազմա), երկարացնում են խցիկի հիմնական բաղադրիչների կյանքը և նվազեցնում մասնիկների առաջացումը, ինչը անմիջականորեն մեծացնում է թիթեղների արտադրողականությունը:

2.PECVD և HDPCVD խցիկներ

ԱրտադրանքներCVD SiC ծածկույթով ռեակցիոն խցիկներ և էլեկտրոդներ։

ԴիմումներԲարակ թաղանթների (օրինակ՝ դիէլեկտրիկ շերտեր, պասիվացման շերտեր) նստեցման համար օգտագործվում են պլազմայով ուժեղացված քիմիական գոլորշիների նստեցում (PECVD) և բարձր խտության պլազմային CVD (HDPCVD): Այս գործընթացները ներառում են նաև կոշտ պլազմային միջավայրեր: CVD SiC ծածկույթները պաշտպանում են խցիկի պատերը և էլեկտրոդները էրոզիայից՝ ապահովելով թաղանթի կայուն որակ և նվազագույնի հասցնելով թերությունները:

3. Իոնային իմպլանտացիայի սարքավորումներ

ԱրտադրանքներCVD SiC ծածկույթով ճառագայթային գծի բաղադրիչներ (օրինակ՝ անցք, Ֆարադեյի բաժակներ):

ԴիմումներԻոնային իմպլանտացիան դոպանտ իոններ է ներմուծում կիսահաղորդչային հիմքերի մեջ: Բարձր էներգիայի իոնային փնջերը կարող են առաջացնել բաց բաղադրիչների փոշիացում և էրոզիա: CVD SiC-ի կարծրությունն ու բարձր մաքրությունը նվազեցնում են մասնիկների առաջացումը ճառագայթային գծի բաղադրիչներից՝ կանխելով թիթեղների աղտոտումը դոպինգի այս կարևոր փուլում:

4. Էպիտաքսիալ ռեակտորի բաղադրիչներ

ԱրտադրանքներCVD SiC ծածկույթով ընկալիչներ և գազի բաշխիչներ։

ԴիմումներԷպիտաքսիալ աճը (ԷԱԱ) ենթադրում է բարձր ջերմաստիճաններում հիմքի վրա բարձր կարգավորված բյուրեղային շերտերի աճեցում: CVD SiC ծածկույթով ընկալիչները բարձր ջերմաստիճաններում ապահովում են գերազանց ջերմային կայունություն և քիմիական իներտություն՝ ապահովելով միատարր տաքացում և կանխելով ընկալիչի աղտոտումը, ինչը կարևոր է բարձրորակ էպիտաքսիալ շերտեր ստանալու համար:

Քանի որ չիպերի երկրաչափությունը նեղանում է, իսկ գործընթացային պահանջները ուժեղանում, բարձրորակ CVD SiC ծածկույթների մատակարարների և CVD ծածկույթների արտադրողների պահանջարկը շարունակում է աճել։

IV. Որո՞նք են CVD SiC ծածկույթի գործընթացի մարտահրավերները:

Չնայած CVD SiC ծածկույթի մեծ առավելություններին, դրա արտադրությունն ու կիրառումը դեռևս բախվում են որոշ գործընթացային մարտահրավերների: Այս մարտահրավերների լուծումը կայուն աշխատանքի և ծախսարդյունավետության հասնելու գրավականն է:

Մարտահրավերներ՝

1. Հիմքին կպչունություն

SiC-ի ուժեղ և միատարր կպչունության հասնելը տարբեր հիմքային նյութերի (օրինակ՝ գրաֆիտի, սիլիցիումի, կերամիկայի) հետ կարող է դժվար լինել՝ ջերմային ընդարձակման գործակիցների և մակերևութային էներգիայի տարբերությունների պատճառով: Վատ կպչունությունը կարող է հանգեցնել շերտավորման ջերմային ցիկլի կամ մեխանիկական լարվածության ընթացքում:

Լուծումներ՝

Մակերեսի պատրաստումՀիմքի մանրակրկիտ մաքրում և մակերեսային մշակում (օրինակ՝ փորագրություն, պլազմային մշակում)՝ աղտոտիչները հեռացնելու և կպչունության համար օպտիմալ մակերես ստեղծելու համար։

ՄիջշերտՋերմային ընդարձակման անհամապատասխանությունը մեղմելու և կպչունությունը խթանելու համար տեղադրեք բարակ և անհատականացված միջշերտ կամ բուֆերային շերտ (օրինակ՝ պիրոլիտիկ ածխածին, TaC՝ նման CVD TaC ծածկույթին որոշակի կիրառություններում):

Օպտիմալացնել նստեցման պարամետրերըԶգուշորեն վերահսկեք նստեցման ջերմաստիճանը, ճնշումը և գազի հարաբերակցությունը՝ SiC թաղանթների միջուկագոյացումը և աճը օպտիմալացնելու և միջմակերեսային ամուր կապը խթանելու համար։

2. Ֆիլմի լարվածություն և ճաքեր

Նստեցման կամ հետագա սառեցման ընթացքում SiC թաղանթների վրա կարող են առաջանալ մնացորդային լարումներ, որոնք կարող են առաջացնել ճաքեր կամ ծռվածքներ, հատկապես ավելի մեծ կամ բարդ երկրաչափությունների վրա։

Լուծումներ՝

Ջերմաստիճանի կառավարումՃշգրիտ կառավարել ջեռուցման և սառեցման արագությունը՝ ջերմային ցնցումը և լարվածությունը նվազագույնի հասցնելու համար։

Գրադիենտային ծածկույթՕգտագործեք բազմաշերտ կամ գրադիենտային ծածկույթի մեթոդներ՝ նյութի կազմը կամ կառուցվածքը աստիճանաբար փոխելու համար՝ լարվածությանը հարմարվելու համար։

Հետ-տեղադրման թրծում: Ծածկված մասերը թրծեք՝ մնացորդային լարվածությունը վերացնելու և թաղանթի ամբողջականությունը բարելավելու համար:

3. Կոնֆորմալություն և միատարրություն բարդ երկրաչափությունների վրա

Բարդ ձևեր, բարձր ասպեկտային հարաբերակցություններ կամ ներքին խողովակներ ունեցող մասերի վրա միատարր հաստ և կոնֆորմալ ծածկույթներ նստեցնելը կարող է դժվար լինել նախորդների դիֆուզիայի և ռեակցիայի կինետիկայի սահմանափակումների պատճառով։

Լուծումներ՝

Ռեակտորի նախագծման օպտիմալացումՆախագծել CVD ռեակտորներ՝ գազի հոսքի դինամիկայի և ջերմաստիճանի միատարրության օպտիմալացմամբ՝ նախորդների միատարր բաշխումն ապահովելու համար։

Գործընթացի պարամետրերի ճշգրտումՆուրբ կարգավորում նստեցման ճնշումը, հոսքի արագությունը և նախորդի կոնցենտրացիան՝ բարդ տարրերի մեջ գազային փուլի դիֆուզիան բարելավելու համար։

Բազմաստիճան նստեցումՕգտագործեք անընդհատ նստեցման քայլեր կամ պտտվող հարմարանքներ՝ ապահովելու համար, որ բոլոր մակերեսները բավարար կերպով ծածկված լինեն։

V. Հաճախակի տրվող հարցեր

Հարց 1. Ո՞րն է CVD SiC-ի և PVD SiC-ի միջև հիմնական տարբերությունը կիսահաղորդչային կիրառություններում:

Ա. CVD ծածկույթները սյունաձև բյուրեղային կառուցվածքներ են՝ >99.99% մաքրությամբ, հարմար են պլազմային միջավայրերի համար։ PVD ծածկույթները հիմնականում ամորֆ/նանոբյուրեղային են՝ <99.9% մաքրությամբ, հիմնականում օգտագործվում են դեկորատիվ ծածկույթների համար։

Հարց 2. Որքա՞ն է ծածկույթի դիմակայելու առավելագույն ջերմաստիճանը:

Ա. 1650°C կարճաժամկետ հանդուրժողականությունը (օրինակ՝ թրծման գործընթացում), 1450°C երկարաժամկետ օգտագործման սահմանը, այս ջերմաստիճանի գերազանցումը կհանգեցնի β-SiC-ից α-SiC փուլային անցման:

Հարց 3. Ծածկույթի հաստության տիպիկ միջակայքը՞

Ա. Կիսահաղորդչային բաղադրիչները հիմնականում 80-150 մկմ են, իսկ ինքնաթիռի շարժիչի EBC ծածկույթները կարող են հասնել 300-500 մկմ-ի:

Հարց 4. Որո՞նք են ծախսերի վրա ազդող հիմնական գործոնները։

Ա. Նախորդ նյութերի մաքրությունը (40%), սարքավորումների էներգիայի սպառումը (30%), բերքատվության կորուստը (20%): Բարձրակարգ ծածկույթների միավորի գինը կարող է հասնել 5000 դոլարի/կգ-ի:

Հարց 5. Որո՞նք են հիմնական համաշխարհային մատակարարները:

Ա. Եվրոպա և Միացյալ Նահանգներ՝ CoorsTek, Mersen, Ionbond; Ասիա՝ Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Թայվան), Scientech (Թայվան)