რა არის CVD SiC საფარი?

გულ-სისხლძარღვთა დაავადებებიSiC საფარიგასაოცარი სისწრაფით ცვლის ნახევარგამტარული წარმოების პროცესების საზღვრებს. ეს ერთი შეხედვით მარტივი საფარის ტექნოლოგია ჩიპების წარმოებაში ნაწილაკების დაბინძურების, მაღალტემპერატურული კოროზიისა და პლაზმური ეროზიის სამი ძირითადი გამოწვევის მთავარ გადაწყვეტად იქცა. მსოფლიოს წამყვანმა ნახევარგამტარული აღჭურვილობის მწარმოებლებმა ის ახალი თაობის აღჭურვილობის სტანდარტულ ტექნოლოგიად დაასახელეს. მაშ, რა ხდის ამ საფარს ჩიპების წარმოების „უხილავ ჯავშანად“? ეს სტატია ღრმად გააანალიზებს მის ტექნიკურ პრინციპებს, ძირითად გამოყენებას და უახლეს მიღწევებს.

Ⅰ. CVD SiC საფარის განმარტება

CVD SiC საფარი ეხება სილიციუმის კარბიდის (SiC) დამცავ ფენას, რომელიც დალექილია სუბსტრატზე ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD) პროცესით. სილიციუმის კარბიდი არის სილიციუმის და ნახშირბადის ნაერთი, რომელიც ცნობილია თავისი შესანიშნავი სიმტკიცით, მაღალი თბოგამტარობით, ქიმიური ინერტულობით და მაღალი ტემპერატურისადმი გამძლეობით. CVD ტექნოლოგიას შეუძლია შექმნას მაღალი სისუფთავის, მკვრივი და ერთგვაროვანი სისქის SiC ფენა და შეიძლება იყოს მაღალი კონფორმულობის მქონე რთული გეომეტრიის მიმართ. ეს CVD SiC საფარებს ძალიან შესაფერისს ხდის მომთხოვნი აპლიკაციებისთვის, რომელთა დაკმაყოფილება შეუძლებელია ტრადიციული ნაყარი მასალებით ან სხვა საფარის მეთოდებით.

Ⅱ. გულ-სისხლძარღვთა დაავადებების პროცესის პრინციპი

ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD) მრავალმხრივი წარმოების მეთოდია, რომელიც გამოიყენება მაღალი ხარისხის, მაღალი ხარისხის მყარი მასალების წარმოებისთვის. CVD-ის ძირითადი პრინციპი გულისხმობს აირისებრი პრეკურსორების რეაქციას გაცხელებული სუბსტრატის ზედაპირზე მყარი საფარის წარმოსაქმნელად.

აქ მოცემულია SiC CVD პროცესის გამარტივებული ანალიზი:

CVD პროცესის პრინციპის დიაგრამა

1. წინამორბედის შესავალირეაქციის კამერაში შეჰყავთ აირადი პრეკურსორები, როგორც წესი, სილიციუმის შემცველი აირები (მაგ., მეთილტრიქლოროსილანი – MTS, ან სილანი – SiH₄) და ნახშირბადის შემცველი აირები (მაგ., პროპანი – C₃H₈).

2. გაზის მიწოდებაეს წინამორბედი აირები გაცხელებულ სუბსტრატზე მიედინება.

3. ადსორბციაპრეკურსორი მოლეკულები ცხელი სუბსტრატის ზედაპირზე ადსორბირდება.

4. ზედაპირული რეაქციამაღალ ტემპერატურაზე ადსორბირებული მოლეკულები ქიმიურ რეაქციებს განიცდიან, რაც იწვევს წინამორბედის დაშლას და მყარი SiC აპკის წარმოქმნას. ქვეპროდუქტები გამოიყოფა აირების სახით.

5. დეზორბცია და გამონაბოლქვიაირადი ქვეპროდუქტები ზედაპირიდან გამოიყოფა და შემდეგ კამერიდან გამოიყოფა. სასურველი აპკის თვისებების მისაღწევად, მათ შორის სისქის, სისუფთავის, კრისტალურობისა და ადჰეზიის, ტემპერატურის, წნევის, გაზის ნაკადის სიჩქარისა და პრეკურსორების კონცენტრაციის ზუსტი კონტროლი კრიტიკულად მნიშვნელოვანია.

Ⅲ. CVD SiC საფარის გამოყენება ნახევარგამტარულ პროცესებში

CVD SiC საფარი შეუცვლელია ნახევარგამტარების წარმოებაში, რადგან მათი თვისებების უნიკალური კომბინაცია პირდაპირ აკმაყოფილებს წარმოების გარემოს ექსტრემალურ პირობებსა და მკაცრ სისუფთავის მოთხოვნებს. ისინი აძლიერებენ პლაზმური კოროზიის, ქიმიური ზემოქმედებისა და ნაწილაკების წარმოქმნისადმი მდგრადობას, რაც კრიტიკულად მნიშვნელოვანია ვაფლის მოსავლიანობისა და აღჭურვილობის მუშაობის ხანგრძლივობის მაქსიმიზაციისთვის.

ქვემოთ მოცემულია რამდენიმე გავრცელებული CVD SiC დაფარული ნაწილი და მათი გამოყენების სცენარები:

1. პლაზმური გრავირების კამერა და ფოკუსირების რგოლი

პროდუქტები: CVD SiC დაფარული ლაინერები, შხაპის თავები, სუსცეპტორები და ფოკუსის რგოლები.

აპლიკაციაპლაზმური გრავირებისას, ვაფლებიდან მასალების შერჩევით მოსაშორებლად გამოიყენება მაღალაქტიური პლაზმა. დაუფარავი ან ნაკლებად გამძლე მასალები სწრაფად იშლება, რაც იწვევს ნაწილაკების დაბინძურებას და ხშირ შეფერხებას. CVD SiC საფარებს აქვთ შესანიშნავი მდგრადობა აგრესიული პლაზმური ქიმიკატების (მაგ., ფტორის, ქლორის, ბრომის პლაზმა) მიმართ, ახანგრძლივებენ კამერის ძირითადი კომპონენტების სიცოცხლის ხანგრძლივობას და ამცირებენ ნაწილაკების წარმოქმნას, რაც პირდაპირ ზრდის ვაფლის მოსავლიანობას.

2.PECVD და HDPCVD კამერები

პროდუქტებიCVD SiC დაფარული რეაქციის კამერები და ელექტროდები.

აპლიკაციებითხელი ფენების (მაგ., დიელექტრიკული ფენები, პასივაციის ფენები) დასაფენად გამოიყენება პლაზმურად გაძლიერებული ქიმიური ორთქლის დეპონირება (PECVD) და მაღალი სიმკვრივის პლაზმური CVD (HDPCVD). ეს პროცესები ასევე მოიცავს მკაცრ პლაზმურ გარემოს. CVD SiC საფარი იცავს კამერის კედლებსა და ელექტროდებს ეროზიისგან, უზრუნველყოფს ფენის თანმიმდევრულ ხარისხს და მინიმუმამდე ამცირებს დეფექტებს.

3. იონური იმპლანტაციის აღჭურვილობა

პროდუქტებიCVD SiC დაფარული სხივური ხაზის კომპონენტები (მაგ., აპერტურები, ფარადეის ჭიქები).

აპლიკაციებიიონური იმპლანტაცია ნახევარგამტარულ სუბსტრატებში დოპანტური იონების შეყვანას იწვევს. მაღალი ენერგიის იონურმა სხივებმა შეიძლება გამოიწვიოს გამოვლენილი კომპონენტების გაფრქვევა და ეროზია. CVD SiC-ის სიმტკიცე და მაღალი სისუფთავე ამცირებს ნაწილაკების წარმოქმნას სხივის ხაზის კომპონენტებიდან, რაც ხელს უშლის ვაფლების დაბინძურებას დოპირების ამ კრიტიკულ ეტაპზე.

4. ეპიტაქსიური რეაქტორის კომპონენტები

პროდუქტები: CVD SiC დაფარული სუსცეპტორები და გაზის დისტრიბუტორები.

აპლიკაციებიეპიტაქსიური ზრდა (EPI) გულისხმობს მაღალ ტემპერატურაზე სუბსტრატზე მაღალმოწესრიგებული კრისტალური ფენების გაზრდას. CVD SiC დაფარული სუსპეცტორები მაღალ ტემპერატურაზე შესანიშნავ თერმულ სტაბილურობას და ქიმიურ ინერტულობას უზრუნველყოფენ, რაც უზრუნველყოფს ერთგვაროვან გათბობას და ხელს უშლის თავად სუსპექტორის დაბინძურებას, რაც კრიტიკულად მნიშვნელოვანია მაღალი ხარისხის ეპიტაქსიური ფენების მისაღწევად.

ჩიპების გეომეტრიის შემცირებასთან და დამუშავების მოთხოვნების გაძლიერებასთან ერთად, მაღალი ხარისხის CVD SiC საფარის მომწოდებლებზე და CVD საფარის მწარმოებლებზე მოთხოვნა კვლავ იზრდება.

IV. რა გამოწვევები არსებობს CVD SiC საფარის პროცესის დროს?

CVD SiC საფარის დიდი უპირატესობების მიუხედავად, მისი წარმოება და გამოყენება კვლავ აწყდება გარკვეულ ტექნოლოგიურ სირთულეებს. ამ პრობლემების გადაჭრა სტაბილური მუშაობისა და ეკონომიურობის მიღწევის გასაღებია.

გამოწვევები:

1. სუბსტრატთან ადჰეზია

SiC-თან სხვადასხვა საბაზისო მასალებთან (მაგ., გრაფიტი, სილიციუმი, კერამიკა) ძლიერი და ერთგვაროვანი ადჰეზიის მიღწევა შეიძლება რთული იყოს თერმული გაფართოების კოეფიციენტებისა და ზედაპირის ენერგიის განსხვავებების გამო. ცუდმა ადჰეზიამ შეიძლება გამოიწვიოს დელამინაცია თერმული ციკლის ან მექანიკური სტრესის დროს.

გადაწყვეტილებები:

ზედაპირის მომზადებასუბსტრატის საფუძვლიანი გაწმენდა და ზედაპირის დამუშავება (მაგ., გრავირება, პლაზმური დამუშავება) დამაბინძურებლების მოსაშორებლად და შეწებებისთვის ოპტიმალური ზედაპირის შესაქმნელად.

შუალედური ფენათერმული გაფართოების შეუსაბამობის შესამცირებლად და ადჰეზიის ხელშესაწყობად, დააფინეთ თხელი და მორგებული შუალედური ფენა ან ბუფერული ფენა (მაგ., პიროლიზური ნახშირბადი, TaC - სპეციფიკურ აპლიკაციებში CVD TaC საფარის მსგავსი).

დეპონირების პარამეტრების ოპტიმიზაციაSiC ფენების ბირთვის წარმოქმნისა და ზრდის ოპტიმიზაციისა და ზედაპირული შეკავშირების ხელშესაწყობად, ფრთხილად აკონტროლეთ დალექვის ტემპერატურა, წნევა და გაზის თანაფარდობა.

2. ფირის დაძაბულობა და ბზარები

დალექვის ან შემდგომი გაგრილების დროს, SiC ფენებში შეიძლება წარმოიქმნას ნარჩენი დაძაბულობა, რაც იწვევს ბზარებს ან დეფორმაციას, განსაკუთრებით უფრო დიდ ან რთულ გეომეტრიულ ფორმებზე.

გადაწყვეტილებები:

ტემპერატურის კონტროლიგათბობისა და გაგრილების სიჩქარის ზუსტი კონტროლი თერმული შოკისა და სტრესის მინიმიზაციის მიზნით.

გრადიენტული საფარიდაძაბულობის გასათანაბრებლად, მასალის შემადგენლობის ან სტრუქტურის თანდათანობით შესაცვლელად გამოიყენეთ მრავალშრიანი ან გრადიენტული საფარის მეთოდები.

დალექვის შემდგომი გახურებანარჩენი დაძაბულობის აღმოსაფხვრელად და აპკის მთლიანობის გასაუმჯობესებლად დაფარულ ნაწილებს გახურეთ.

3. კონფორმულობა და ერთგვაროვნება რთულ გეომეტრიებზე

რთული ფორმების, მაღალი ასპექტის თანაფარდობის ან შიდა არხების მქონე ნაწილებზე ერთგვაროვანი სქელი და კონფორმული საფარის დატანა შეიძლება რთული იყოს პრეკურსორების დიფუზიისა და რეაქციის კინეტიკის შეზღუდვების გამო.

გადაწყვეტილებები:

რეაქტორის დიზაინის ოპტიმიზაციაპრეკურსორების ერთგვაროვანი განაწილების უზრუნველსაყოფად, დააპროექტეთ CVD რეაქტორები ოპტიმიზებული გაზის ნაკადის დინამიკითა და ტემპერატურის ერთგვაროვნებით.

პროცესის პარამეტრის კორექტირებართულ მახასიათებლებში აირადი ფაზის დიფუზიის გასაძლიერებლად, დეპონირების წნევის, ნაკადის სიჩქარისა და პრეკურსორების კონცენტრაციის დახვეწა.

მრავალსაფეხურიანი დეპონირებაგამოიყენეთ უწყვეტი დაფენის საფეხურები ან მბრუნავი მოწყობილობები, რათა უზრუნველყოთ, რომ ყველა ზედაპირი სათანადოდ იყოს დაფარული.

V. ხშირად დასმული კითხვები

კითხვა 1: რა არის ძირითადი განსხვავება CVD SiC-სა და PVD SiC-ს შორის ნახევარგამტარული აპლიკაციების გამოყენებისას?

A: CVD საფარები წარმოადგენს სვეტისებრ კრისტალურ სტრუქტურებს, რომელთა სისუფთავე 99.99%-ზე მეტია და შესაფერისია პლაზმური გარემოსთვის; PVD საფარები ძირითადად ამორფული/ნანოკრისტალურია, რომელთა სისუფთავე 99.9%-ზე ნაკლებია და ძირითადად გამოიყენება დეკორატიული საფარებისთვის.

კითხვა 2: რა არის მაქსიმალური ტემპერატურა, რომლის გაძლებაც საფარს შეუძლია?

A: 1650°C-ის მოკლევადიანი ტოლერანტობა (მაგალითად, გახურების პროცესი), 1450°C-ის ხანგრძლივი გამოყენების ლიმიტი, ამ ტემპერატურის გადაჭარბება გამოიწვევს β-SiC-დან α-SiC-ზე ფაზურ გადასვლას.

კითხვა 3: საფარის სისქის ტიპიური დიაპაზონი?

A: ნახევარგამტარული კომპონენტები ძირითადად 80-150 μm-ია, ხოლო თვითმფრინავის ძრავის EBC საფარის სისქემ შეიძლება 300-500 μm-ს მიაღწიოს.

კითხვა 4: რა არის ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ხარჯებზე?

A: წინამორბედის სისუფთავე (40%), აღჭურვილობის ენერგომოხმარება (30%), მოსავლიანობის დანაკარგი (20%). მაღალი კლასის საფარის ერთეულის ფასმა შეიძლება 5000 აშშ დოლარს/კგ-ს მიაღწიოს.

კითხვა 5: რომელია ძირითადი გლობალური მომწოდებლები?

A: ევროპა და ამერიკის შეერთებული შტატები: CoorsTek, Mersen, Ionbond; აზია: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (ტაივანი), Scientech (ტაივანი)