Che cos'è il rivestimento in SiC?

Carburo di silicioIl carburo di silicio è un composto duro contenente silicio e carbonio, che si trova in natura come il rarissimo minerale moissanite. Le particelle di carburo di silicio possono essere legate tra loro mediante sinterizzazione per formare ceramiche molto dure, ampiamente utilizzate in applicazioni che richiedono elevata durabilità, in particolare nella lavorazione dei semiconduttori.

Struttura fisica del SiC

Che cos'è il rivestimento in SiC?

Il rivestimento in SiC è un rivestimento di carburo di silicio denso e resistente all'usura, con elevata resistenza alla corrosione e al calore ed eccellente conduttività termica. Questo rivestimento in SiC ad elevata purezza è 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 inoltre adatto per forni a vuoto e per il riscaldamento di campioni in ambienti ad alto vuoto, reattivi e in presenza di ossigeno.

Rivestimento superficiale in SiC ad elevata purezza

In cosa consiste il processo di rivestimento al SiC?

Uno strato sottile di carburo di silicio viene depositato sulla superficie del substrato utilizzandoCVD (Deposizione chimica da fase 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 le sollecitazioni termiche.

STRUTTURA CRISTALLINA DEL FILM DI SIC CVD

Struttura cristallina del film di rivestimento CVD SIC

Le proprietà fisiche del rivestimento in SiC si riflettono principalmente nella sua resistenza alle alte temperature, nella durezza, nella resistenza alla corrosione e nella conduttività termica.

I parametri fisici tipici sono generalmente i seguenti:

DurezzaI rivestimenti in SiC presentano in genere una durezza Vickers compresa tra 2000 e 2500 HV, il che conferisce loro un'elevatissima resistenza all'usura e agli urti nelle applicazioni industriali.

DensitàI rivestimenti in SiC hanno tipicamente una densità di 3,1-3,2 g/cm³. L'elevata densità contribuisce alla resistenza meccanica e alla durata del rivestimento.

conducibilità termicaI rivestimenti in SiC presentano 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 fusioneIl carburo di silicio ha un punto di fusione di circa 2730 °C e possiede un'eccellente stabilità termica a temperature estreme.

Coefficiente di dilatazione termicaI rivestimenti in SiC presentano un basso coefficiente di dilatazione termica lineare (CTE), tipicamente compreso tra 4,0 e 4,5 µm/mK (tra 25 e 1000 °C). Ciò significa che la loro stabilità dimensionale è eccellente anche in presenza di ampie variazioni di temperatura.

resistenza alla corrosioneI rivestimenti in SiC sono estremamente resistenti alla corrosione in ambienti fortemente acidi, alcalini e ossidanti, soprattutto se si utilizzano acidi forti (come HF o HCl); la loro resistenza alla corrosione supera di gran lunga quella dei materiali metallici convenzionali.

substrato di applicazione del rivestimento 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 di applicazione più comuni includono i seguenti:

Tipo di substrato	Motivo della richiesta	Uso tipico
Grafite	- Struttura leggera, buona conduttività termica - Ma si corrode facilmente al plasma, richiede una protezione con rivestimento in SiC	Componenti per camere a vuoto, barchette in grafite, vassoi per incisione al plasma, ecc.
Quarzo (Quarzo/SiO₂)	- Elevata purezza ma facilmente soggetto a corrosione - Il rivestimento migliora la resistenza all'erosione da plasma	componenti della camera CVD/PECVD
Ceramiche (come l'allumina Al₂O₃)	- Struttura robusta e stabile - Il rivestimento migliora la resistenza alla corrosione superficiale	Rivestimento della camera, accessori, ecc.
Metalli (come molibdeno, titanio, ecc.)	- Buona conduttività termica ma scarsa resistenza alla corrosione - Il rivestimento migliora la stabilità della superficie	Componenti di reazione del processo speciale
Corpo sinterizzato di carburo di silicio (SiC bulk)	- Per ambienti con elevati requisiti per condizioni di lavoro complesse - Il rivestimento migliora ulteriormente la purezza e la resistenza alla corrosione	Componenti di alta gamma per camere CVD/ALD

I prodotti rivestiti in SiC sono comunemente utilizzati nei seguenti settori dei semiconduttori

I prodotti di rivestimento in SiC sono ampiamente utilizzati nella lavorazione dei semiconduttori, principalmente in ambienti ad alta temperatura, altamente corrosivi e con forte plasma. Di seguito sono riportati alcuni dei principali processi o campi di applicazione con una breve descrizione:

Processo/campo di applicazione	Breve descrizione	Funzione del rivestimento in carburo di silicio
Incisione al plasma (incisione)	Utilizzare gas a base di fluoro o cloro per il trasferimento dei modelli	Resiste all'erosione del plasma e previene la contaminazione da particelle e metalli.
deposizione chimica da fase vapore (CVD/PECVD)	Deposizione di ossidi, nitruri e altri film sottili	Resiste ai gas precursori corrosivi e aumenta la durata dei componenti.
Camera di deposizione fisica da fase vapore (PVD)	Bombardamento di particelle ad alta energia durante il processo di rivestimento	Migliorare la resistenza all'erosione e al calore della camera di reazione.
Processo MOCVD (come la crescita epitassiale del SiC)	Reazione prolungata ad alta temperatura e in 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 sottovuoto/atmosfera	Proteggere le barchette e i vassoi in grafite dall'ossidazione o dalla corrosione.
Porta wafer/mandrino (movimentazione wafer)	Base in grafite per il trasferimento o il supporto di wafer	Ridurre la dispersione di particelle ed evitare la contaminazione da contatto
componenti della camera ALD	Controllo ripetuto e preciso della deposizione di strati atomici	Il rivestimento mantiene la camera pulita e ha un'elevata resistenza alla corrosione da parte dei precursori

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