Hjarta- og æðasjúkdómurSiC húðuner að endurmóta mörk framleiðsluferla hálfleiðara á ótrúlegum hraða. Þessi að því er virðist einfalda húðunartækni hefur orðið lykillausn á þremur megináskorunum: agnamengun, háhitatæringu og plasmaeyðingu í örgjörvaframleiðslu. Helstu framleiðendur hálfleiðarabúnaðar heims hafa skráð hana sem staðlaða tækni fyrir næstu kynslóð búnaðar. Svo, hvað gerir þessa húðun að „ósýnilegri brynju“ örgjörvaframleiðslu? Þessi grein mun greina ítarlega tæknilegar meginreglur hennar, kjarnaforrit og byltingarkenndar nýjungar.
Ⅰ. Skilgreining á CVD SiC húðun
CVD SiC húðun vísar til verndarlags úr kísilkarbíði (SiC) sem er sett á undirlag með efnafræðilegri gufuútfellingu (CVD). Kísilkarbíð er efnasamband kísils og kolefnis, þekkt fyrir framúrskarandi hörku, mikla varmaleiðni, efnaóvirkni og háan hitaþol. CVD tækni getur myndað mjög hreint, þétt og einsleitt SiC lag og getur aðlagað sig mjög vel að flóknum rúmfræði. Þetta gerir CVD SiC húðanir mjög hentuga fyrir krefjandi notkun sem ekki er hægt að uppfylla með hefðbundnum lausuefnum eða öðrum húðunaraðferðum.
Ⅱ. Meginregla CVD ferlisins
Efnafræðileg gufuútfelling (e. Chemical Vapour Deposition (CVD)) er fjölhæf framleiðsluaðferð sem notuð er til að framleiða hágæða og afkastamikil föst efni. Meginreglan í CVD felur í sér að loftkennd forverar hvarfast á yfirborði hitaðs undirlags til að mynda fasta húð.
Hér er einfölduð sundurliðun á SiC CVD ferlinu:
Meginregla CVD ferlisins
1. Kynning á forveraLofttegundarforverar, yfirleitt kísillinnihaldandi lofttegundir (t.d. metýltríklórsílan – MTS, eða sílan – SiH₄) og kolefnisinnihaldandi lofttegundir (t.d. própan – C₃H₈), eru settar inn í hvarfklefann.
2. GasafhendingÞessir forveralofttegundir flæða yfir upphitaða undirlagið.
3. AðsogForverasameindir aðsogast við yfirborð heits undirlags.
4. YfirborðsviðbrögðVið hátt hitastig gangast sameindirnar undir efnahvörf sem leiða til niðurbrots forverans og myndunar á föstu SiC-filmu. Aukaafurðir losna í formi lofttegunda.
5. Afsog og útblásturLoftkenndar aukaafurðir sogast frá yfirborðinu og blása síðan út úr hólfinu. Nákvæm stjórnun á hitastigi, þrýstingi, gasflæði og forveraþéttni er mikilvæg til að ná fram tilætluðum eiginleikum filmunnar, þar á meðal þykkt, hreinleika, kristöllun og viðloðun.
Ⅲ. Notkun CVD SiC húðunar í hálfleiðaraferlum
CVD SiC húðanir eru ómissandi í framleiðslu hálfleiðara vegna þess að einstök samsetning eiginleika þeirra uppfyllir beint erfiðustu aðstæður og strangar hreinleikakröfur framleiðsluumhverfisins. Þær auka viðnám gegn plasmatæringu, efnaárásum og agnamyndun, sem allt er mikilvægt til að hámarka afköst skífa og spenntíma búnaðar.
Eftirfarandi eru nokkrir algengir CVD SiC húðaðir hlutar og notkunarsvið þeirra:
1. Plasmaetsunarklefi og fókushringur
VörurCVD SiC húðaðar fóðringar, sturtuhausar, ljósnemar og fókushringir.
UmsóknÍ plasmaetsun er mjög virkt plasma notað til að fjarlægja efni úr skífum sérstaklega. Óhúðað eða minna endingargott efni brotna hratt niður, sem leiðir til agnamenunar og tíðra niðurtíma. CVD SiC húðanir hafa framúrskarandi mótstöðu gegn árásargjarnum plasmaefnum (t.d. flúor, klór, bróm plasma), lengja líftíma lykilhluta hólfsins og draga úr agnamyndun, sem eykur beint afköst skífunnar.
2. PECVD og HDPCVD hólf
VörurCVD SiC húðaðar hvarfklefar og rafskaut.
UmsóknirPlasma-enhanced chemical gufudeposition (PECVD) og háþéttni plasma CVD (HDPCVD) eru notuð til að setja þunnar filmur (t.d. rafsegullög, óvirkjunarlög). Þessi ferli fela einnig í sér erfiðar plasmaumhverfi. CVD SiC húðanir vernda veggi hólfsins og rafskautin gegn rofi, tryggja stöðuga filmugæði og lágmarka galla.
3. Búnaður til jónaígræðslu
VörurGeislalínuíhlutir húðaðir með CVD SiC (t.d. ljósop, Faraday-bollar).
UmsóknirJónaígræðsla setur efnisjónir inn í hálfleiðaraundirlag. Orkuríkar jónageislar geta valdið sprungumyndun og rofi á útsettum íhlutum. Hörku og mikill hreinleiki CVD SiC dregur úr myndun agna frá geislalínuíhlutum og kemur í veg fyrir mengun á skífum á þessu mikilvæga íblöndunarskrefi.
4. Íhlutir epitaxial hvarfefnis
VörurCVD SiC húðaðir skynjarar og gasdreifarar.
UmsóknirEpitaxial vöxtur (EPI) felur í sér ræktun mjög skipulögðra kristallalaga á undirlagi við hátt hitastig. CVD SiC húðaðir móttakarar bjóða upp á framúrskarandi hitastöðugleika og efnafræðilega óvirkni við hátt hitastig, sem tryggir jafna upphitun og kemur í veg fyrir mengun móttakarans sjálfs, sem er mikilvægt til að ná hágæða epitaxial lögum.
Þar sem rúmfræði flísanna minnkar og kröfur um framleiðslu aukast, heldur eftirspurnin eftir hágæða CVD SiC húðunarbirgjum og framleiðendum CVD húðunar áfram að aukast.
IV. Hverjar eru áskoranirnar við CVD SiC húðunarferlið?
Þrátt fyrir mikla kosti CVD SiC húðunar standa framleiðsla og notkun hennar enn frammi fyrir nokkrum áskorunum í framleiðsluferlinu. Að leysa þessar áskoranir er lykillinn að því að ná stöðugri afköstum og hagkvæmni.
Áskoranir:
1. Viðloðun við undirlag
Það getur verið erfitt að ná sterkri og jafnri viðloðun SiC við ýmis undirlagsefni (t.d. grafít, sílikon, keramik) vegna mismunandi varmaþenslustuðla og yfirborðsorku. Léleg viðloðun getur leitt til skemmda á yfirborði við varmaþenslu eða vélræna álagi.
Lausnir:
Undirbúningur yfirborðsNákvæm hreinsun og yfirborðsmeðhöndlun (t.d. etsun, plasmameðferð) undirlagsins til að fjarlægja óhreinindi og skapa besta yfirborðið fyrir límingu.
MillilagSetjið þunnt og sérsniðið millilag eða stuðpúðalag (t.d. brennandi kolefni, TaC – svipað og CVD TaC húðun í tilteknum forritum) til að draga úr ósamræmi í varmaþenslu og stuðla að viðloðun.
Fínstilltu útfellingarbreyturStjórnið vandlega útfellingarhita, þrýstingi og gashlutfalli til að hámarka kjarnamyndun og vöxt SiC-filma og stuðla að sterkri tengifleti.
2. Spenna og sprungur í filmu
Við útfellingu eða síðari kælingu geta myndast leifarspennur innan SiC-filmanna, sem veldur sprungum eða aflögun, sérstaklega á stærri eða flóknum rúmfræðitegundum.
Lausnir:
HitastýringStjórnaðu nákvæmlega hitunar- og kælingarhraða til að lágmarka hitaáfall og álagi.
StigullshúðunNotið fjöllaga eða stigulshúðunaraðferðir til að breyta efnissamsetningu eða uppbyggingu smám saman til að mæta spennu.
Glæðing eftir útfellinguGlóðið húðuðu hlutana til að útrýma leifarálagi og bæta heilleika filmunnar.
3. Samræmi og einsleitni í flóknum rúmfræðim
Það getur verið erfitt að bera jafnþykka og samsíða húðun á hluti með flóknum lögun, háum hlutföllum eða innri rásum vegna takmarkana í dreifingu forvera og hvarfhraða.
Lausnir:
Hagræðing á hönnun kjarnaofnaHönnun CVD hvarfefna með bjartsýni varðandi gasflæði og hitajafnvægi til að tryggja jafna dreifingu forvera.
Aðlögun ferlisbreytaFínstilla útfellingarþrýsting, rennslishraða og styrk forvera til að auka dreifingu gasfasa í flókin efni.
Fjölþrepa útfellingNotið samfelldar útfellingarskref eða snúningsfestingar til að tryggja að allar fletir séu nægilega húðaðar.
V. Algengar spurningar
Spurning 1: Hver er aðalmunurinn á CVD SiC og PVD SiC í hálfleiðaraforritum?
A: CVD húðun er súlulaga kristallabygging með hreinleika >99,99%, hentug fyrir plasmaumhverfi; PVD húðun er að mestu leyti amorf/nanókristallað með hreinleika <99,9%, aðallega notuð til skreytingarhúðunar.
Spurning 2: Hver er hámarkshitastigið sem húðunin þolir?
A: Skammtímaþol upp á 1650°C (eins og glæðingarferli), langtíma notkunarmörk upp á 1450°C, ef farið er yfir þetta hitastig veldur það fasabreytingum frá β-SiC í α-SiC.
Q3: Dæmigert þykktarsvið húðunar?
A: Hálfleiðaraíhlutir eru að mestu leyti 80-150μm og EBC-húðun flugvélahreyfla getur náð 300-500μm.
Spurning 4: Hvaða lykilþættir hafa áhrif á kostnað?
A: Hreinleiki forvera (40%), orkunotkun búnaðar (30%), tap á afköstum (20%). Einingarverð á hágæða húðun getur náð $5.000/kg.
Q5: Hverjir eru helstu birgjar um allan heim?
A: Evrópa og Bandaríkin: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Asía: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Taívan), Scientech (Taívan)
Birtingartími: 9. júní 2025