Carburo di silicioIl carburo di silicio è un composto duro contenente silicio e carbonio, presente in natura sotto forma di un minerale estremamente raro, la moissanite. Le particelle di carburo di silicio possono essere legate tra loro tramite sinterizzazione per formare ceramiche estremamente dure, ampiamente utilizzate in applicazioni che richiedono elevata durabilità, in particolare nella lavorazione dei semiconduttori.
Struttura fisica del SiC
Cos'è il rivestimento in SiC?
Il rivestimento in SiC è un rivestimento in carburo di silicio denso e resistente all'usura, con elevata resistenza alla corrosione e al calore e un'eccellente conduttività termica. Questo rivestimento in SiC ad elevata purezza viene utilizzato principalmente nell'industria dei semiconduttori e dell'elettronica per proteggere i supporti dei wafer, le basi e gli elementi riscaldanti da ambienti corrosivi e reattivi. Il rivestimento in SiC è adatto anche per forni a vuoto e per il riscaldamento di campioni in ambienti ad alto vuoto, reattivi e in presenza di ossigeno.
Superficie di rivestimento in SiC ad alta purezza
In cosa consiste il processo di rivestimento in SiC?
Un sottile strato di carburo di silicio viene depositato sulla superficie del substrato utilizzandoCVD (deposizione chimica da vapore)La deposizione viene solitamente effettuata a temperature comprese tra 1200 e 1300 °C e il comportamento di dilatazione termica del materiale del substrato deve essere compatibile con il rivestimento in SiC per ridurre al minimo lo stress termico.
STRUTTURA CRISTALLINA DEL FILM DI RIVESTIMENTO CVD SIC
Le proprietà fisiche del rivestimento in SiC si riflettono principalmente nella resistenza alle alte temperature, nella durezza, nella resistenza alla corrosione e nella conduttività termica.
I parametri fisici tipici sono solitamente i seguenti:
Durezza:I rivestimenti in SiC hanno in genere una durezza Vickers compresa tra 2000 e 2500 HV, che conferisce loro un'elevatissima resistenza all'usura e agli urti nelle applicazioni industriali.
Densità: I rivestimenti in SiC hanno in genere una densità di 3,1-3,2 g/cm³. L'elevata densità contribuisce alla resistenza meccanica e alla durata del rivestimento.
Conduttività termica: I rivestimenti in SiC hanno un'elevata conduttività termica, tipicamente compresa tra 120 e 200 W/mK (a 20 °C). Ciò conferisce loro una buona conduttività termica in ambienti ad alta temperatura e li rende particolarmente adatti per le apparecchiature di trattamento termico nell'industria dei semiconduttori.
Punto di fusione: il carburo di silicio ha un punto di fusione di circa 2730 °C e presenta un'eccellente stabilità termica a temperature estreme.
Coefficiente di dilatazione termica: I rivestimenti in SiC presentano un basso coefficiente di dilatazione termica lineare (CTE), tipicamente compreso tra 4,0 e 4,5 µm/mK (nell'intervallo 25-1000 °C). Ciò significa che la loro stabilità dimensionale è eccellente anche in presenza di ampie differenze di temperatura.
Resistenza alla corrosione:I rivestimenti in SiC sono estremamente resistenti alla corrosione in ambienti fortemente acidi, alcalini e ossidanti, soprattutto quando si utilizzano acidi forti (come HF o HCl); la loro resistenza alla corrosione supera di gran lunga quella dei materiali metallici convenzionali.
Substrato per l'applicazione del rivestimento in SiC
Il rivestimento in SiC viene spesso utilizzato per migliorare la resistenza alla corrosione, alle alte temperature e all'erosione da plasma del substrato. I substrati più comuni includono:
| Tipo di substrato | Motivo della domanda | Uso tipico |
| Grafite | - Struttura leggera, buona conduttività termica - Ma facilmente corroso dal plasma, richiede la protezione del rivestimento SiC | Parti di camere a vuoto, barchette in grafite, vassoi per incisione al plasma, ecc. |
| Quarzo (Quarzo/SiO₂) | - Elevata purezza ma facilmente corrodibile - Il rivestimento migliora la resistenza all'erosione del plasma | Parti della camera CVD/PECVD |
| Ceramica (come l'allumina Al₂O₃) | - Struttura stabile ed elevata resistenza - Il rivestimento migliora la resistenza alla corrosione superficiale | Rivestimento della camera, infissi, ecc. |
| Metalli (come molibdeno, titanio, ecc.) | - Buona conduttività termica ma scarsa resistenza alla corrosione - Il rivestimento migliora la stabilità della superficie | Componenti di reazione di processo speciali |
| Corpo sinterizzato in carburo di silicio (SiC bulk) | - Per ambienti con elevati requisiti di condizioni di lavoro complesse - Il rivestimento migliora ulteriormente la purezza e la resistenza alla corrosione | Componenti della camera CVD/ALD di fascia alta |
I prodotti rivestiti in SiC sono comunemente utilizzati nelle seguenti aree dei semiconduttori
I prodotti di rivestimento in SiC sono ampiamente utilizzati nella lavorazione dei semiconduttori, principalmente in ambienti ad alta temperatura, elevata corrosione e con plasma intenso. Di seguito sono riportati alcuni dei principali processi o campi di applicazione e una breve descrizione:
| Processo/campo di candidatura | Breve descrizione | Funzione di rivestimento in carburo di silicio |
| Incisione al plasma (incisione) | Utilizzare gas a base di fluoro o cloro per il trasferimento del modello | Resistere all'erosione del plasma e prevenire la contaminazione da particelle e metalli |
| Deposizione chimica da vapore (CVD/PECVD) | Deposizione di ossidi, nitruri e altri film sottili | Resistere ai gas precursori corrosivi e aumentare la durata dei componenti |
| Camera di deposizione fisica da vapore (PVD) | Bombardamento di particelle ad alta energia durante il processo di rivestimento | Migliorare la resistenza all'erosione e la resistenza al calore della camera di reazione |
| Processo MOCVD (come la crescita epitassiale di SiC) | Reazione a lungo termine in condizioni di alta temperatura e atmosfera corrosiva ad alto contenuto di idrogeno | Mantenere la stabilità dell'attrezzatura e prevenire la contaminazione dei cristalli in crescita |
| Processo di trattamento termico (LPCVD, diffusione, ricottura, ecc.) | Solitamente eseguito ad alta temperatura e sotto vuoto/atmosfera | Proteggere le barche e i vassoi in grafite dall'ossidazione o dalla corrosione |
| Supporto/mandrino per wafer (manipolazione wafer) | Base in grafite per trasferimento o supporto wafer | Ridurre la dispersione di particelle ed evitare la contaminazione da contatto |
| Componenti della camera ALD | Controllare ripetutamente e accuratamente la deposizione degli strati atomici | Il rivestimento mantiene la camera pulita e ha un'elevata resistenza alla corrosione dei precursori |
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Data di pubblicazione: 18 ottobre 2024