CVDSiC жабыныжартылай өткізгіштерді өндіру процестерінің шектерін таңқаларлық жылдамдықпен қайта құруда. Қарапайым болып көрінетін бұл жабын технологиясы чип өндірісіндегі бөлшектердің ластануы, жоғары температуралық коррозия және плазма эрозиясының үш негізгі мәселесінің шешуші шешімі болды. Жартылай өткізгішті әлемнің жетекші өндірушілері оны келесі буын жабдықтарының стандартты технологиясы ретінде көрсетті. Сонымен, бұл жабынды чип өндірісінің «көрінбейтін сауытына» не айналдырады? Бұл мақалада оның техникалық принциптері, негізгі қолданбалары және озық жетістіктері терең талданады.
Ⅰ. CVD SiC жабынының анықтамасы
CVD SiC жабыны химиялық бу тұндыру (CVD) процесі арқылы субстратқа тұндырылған кремний карбидінің (SiC) қорғаныс қабатын білдіреді. Кремний карбиді кремний мен көміртектің қосылысы болып табылады, ол өзінің тамаша қаттылығымен, жоғары жылу өткізгіштігімен, химиялық инерттілігімен және жоғары температураға төзімділігімен танымал. CVD технологиясы жоғары таза, тығыз және біркелкі қалыңдықтағы SiC қабатын құра алады және күрделі геометрияларға өте сәйкес келеді. Бұл CVD SiC жабындарын дәстүрлі сусымалы материалдармен немесе басқа жабын әдістерімен қанағаттандыра алмайтын күрделі қолданбалар үшін өте қолайлы етеді.
Ⅱ. CVD процесінің принципі
Химиялық буларды тұндыру (CVD) - жоғары сапалы, өнімділігі жоғары қатты материалдарды алу үшін қолданылатын әмбебап өндіріс әдісі. CVD негізгі принципі қатты жабынды қалыптастыру үшін қыздырылған субстрат бетіндегі газ тәрізді прекурсорлардың реакциясын қамтиды.
Міне SiC CVD процесінің жеңілдетілген бөлінуі:
CVD процесінің принциптік диаграммасы
1. Прекурсормен таныстыру: Газ тәрізді прекурсорлар, әдетте кремнийі бар газдар (мысалы, метилрихлоросилан – МТС немесе силан – SiH₄) және құрамында көміртегі бар газдар (мысалы, пропан – C₃H₈) реакция камерасына енгізіледі.
2. Газ жеткізу: Бұл прекурсорлық газдар қыздырылған субстраттың үстінен ағады.
3. Адсорбция: Прекурсорлардың молекулалары ыстық субстраттың бетіне адсорбцияланады.
4. Беттік реакция: Жоғары температурада адсорбцияланған молекулалар химиялық реакцияларға түседі, нәтижесінде прекурсордың ыдырауы және қатты SiC қабықшасы пайда болады. Жанама өнімдер газ түрінде шығарылады.
5. Десорбция және шығару: Газ тәрізді жанама өнімдер бетінен десорбцияланады, содан кейін камерадан шығады. Температураны, қысымды, газ ағынының жылдамдығын және прекурсор концентрациясын дәл бақылау қалыңдықты, тазалықты, кристалдылықты және адгезияны қоса алғанда, пленканың қажетті қасиеттеріне қол жеткізу үшін өте маңызды.
Ⅲ. Жартылай өткізгіштік процестерде CVD SiC жабындарын қолдану
CVD SiC жабындары жартылай өткізгіштер өндірісінде таптырмас болып табылады, өйткені олардың бірегей қасиеттері комбинациясы төтенше жағдайларға және өндірістік ортаның қатаң тазалық талаптарына тікелей жауап береді. Олар плазмалық коррозияға, химиялық шабуылға және бөлшектердің пайда болуына төзімділікті арттырады, олардың барлығы пластинаның шығымдылығын және жабдықтың жұмыс уақытын арттыру үшін маңызды.
Төменде кейбір жалпы CVD SiC жабыны бар бөлшектер және оларды қолдану сценарийлері берілген:
1. Плазмалық сызу камерасы және фокус сақинасы
Өнімдер: CVD SiC қапталған төсемдер, душ бастиектері, қабылдағыштар және фокус сақиналары.
Қолданба: Плазмалық оюлау кезінде пластиналардан материалдарды таңдап алу үшін жоғары белсенді плазма қолданылады. Қапталмаған немесе төзімділігі төмен материалдар тез бұзылады, бұл бөлшектердің ластануына және жиі тоқтап қалуға әкеледі. CVD SiC жабындары агрессивті плазмалық химиялық заттарға (мысалы, фтор, хлор, бром плазмалары) тамаша төзімділікке ие, камераның негізгі компоненттерінің қызмет ету мерзімін ұзартады және пластинаның шығымын тікелей арттыратын бөлшектердің пайда болуын азайтады.
2.PECVD және HDPCVD камералары
Өнімдер: CVD SiC қапталған реакциялық камералар мен электродтар.
Қолданбалар: Плазмалық күшейтілген химиялық бу тұндыру (PECVD) және жоғары тығыздықтағы плазмалық CVD (HDPCVD) жұқа қабықшаларды (мысалы, диэлектрлік қабаттар, пассивация қабаттары) тұндыру үшін қолданылады. Бұл процестер қатал плазмалық ортаны да қамтиды. CVD SiC жабындары камера қабырғалары мен электродтарды эрозиядан қорғайды, пленканың тұрақты сапасын қамтамасыз етеді және ақауларды азайтады.
3. Ионды имплантациялау жабдықтары
Өнімдер: CVD SiC қапталған сәуле сызығының құрамдас бөліктері (мысалы, саңылаулар, Фарадей шыныаяқтары).
Қолданбалар: Иондық имплантация жартылай өткізгіш субстраттарға қоспа иондарын енгізеді. Жоғары энергиялы иондық сәулелер шашырауды және ашық компоненттердің эрозиясын тудыруы мүмкін. CVD SiC қаттылығы мен жоғары тазалығы сәуле сызығының құрамдас бөліктерінен бөлшектердің пайда болуын азайтады, бұл маңызды қоспалау қадамы кезінде пластинаның ластануын болдырмайды.
4. Эпитаксиалды реактордың құрамдас бөліктері
Өнімдер: CVD SiC қапталған сенсорлар және газ таратқыштар.
Қолданбалар: Эпитаксиалды өсу (EPI) жоғары температурада субстратта жоғары реттелген кристалдық қабаттарды өсіруді қамтиды. CVD SiC жабынымен қапталған сенсорлар жоғары температурада тамаша термиялық тұрақтылық пен химиялық инерттілікті ұсынады, біркелкі қыздыруды қамтамасыз етеді және сезгіштің ластануын болдырмайды, бұл жоғары сапалы эпитаксиалды қабаттарға қол жеткізу үшін маңызды.
Чиптердің геометриялары кішірейіп, технологиялық талаптар күшейген сайын, жоғары сапалы CVD SiC жабын жеткізушілеріне және CVD жабындарын өндірушілерге сұраныс өсуде.
IV. CVD SiC жабу процесінің қиындықтары қандай?
CVD SiC жабынының үлкен артықшылықтарына қарамастан, оны өндіру және қолдану әлі де кейбір технологиялық қиындықтарға тап болады. Осы міндеттерді шешу тұрақты өнімділік пен үнемділікке қол жеткізудің кілті болып табылады.
Қиындықтар:
1. Субстратқа адгезия
SiC әр түрлі субстрат материалдарына (мысалы, графит, кремний, керамика) берік және біркелкі адгезияға жету үшін термиялық кеңею коэффициенттері мен беттік энергияның айырмашылығына байланысты қиын болуы мүмкін. Нашар адгезия термиялық цикл немесе механикалық кернеу кезінде деламинацияға әкелуі мүмкін.
Шешімдер:
Бетті дайындау: Ластаушы заттарды кетіру және жабыстыру үшін оңтайлы бетті жасау үшін субстратты мұқият тазалау және бетін өңдеу (мысалы, ою, плазмалық өңдеу).
Қабатаралық: Термиялық кеңею сәйкессіздігін жеңілдету және адгезияны жақсарту үшін жұқа және теңшелген қабат аралық немесе буферлік қабатты салыңыз (мысалы, пиролитикалық көміртекті, TaC – арнайы қолданбалардағы CVD TaC жабынына ұқсас).
Тұндыру параметрлерін оңтайландыру: SiC қабықшаларының ядролануын және өсуін оңтайландыру және күшті фазааралық байланыстыру үшін тұндыру температурасын, қысымды және газ қатынасын мұқият бақылаңыз.
2. Фильмнің кернеуі және крекинг
Тұндыру немесе кейінгі салқындату кезінде SiC қабықшаларында қалдық кернеулер пайда болуы мүмкін, бұл әсіресе үлкенірек немесе күрделі геометрияларда крекингті немесе деформацияны тудыруы мүмкін.
Шешімдер:
Температураны бақылау: Термиялық соққы мен кернеуді азайту үшін қыздыру және салқындату жылдамдығын дәл басқарыңыз.
Градиент жабыны: Стресске бейімделу үшін материал құрамын немесе құрылымын біртіндеп өзгерту үшін көп қабатты немесе градиентті жабу әдістерін пайдаланыңыз.
Тұндырудан кейінгі күйдіру: Қалдық кернеуді жою және пленка тұтастығын жақсарту үшін қапталған бөліктерді жылтыратыңыз.
3. Күрделі геометриялардағы сәйкестік және біртектілік
Күрделі пішіндері, жоғары арақатынастары немесе ішкі арналары бар бөліктерге біркелкі қалың және конформды жабындарды қою прекурсорлардың диффузиясы мен реакция кинетикасындағы шектеулерге байланысты қиын болуы мүмкін.
Шешімдер:
Реактор дизайнын оңтайландыру: Прекурсорлардың біркелкі таралуын қамтамасыз ету үшін оңтайландырылған газ ағынының динамикасы және температураның біркелкілігі бар CVD реакторларын жобалаңыз.
Процесс параметрін реттеу: Күрделі мүмкіндіктерге газ фазасының диффузиясын жақсарту үшін тұндыру қысымын, ағын жылдамдығын және прекурсор концентрациясын дәл баптаңыз.
Көп сатылы тұндыру: Барлық беттердің тиісті түрде қапталғанын қамтамасыз ету үшін үздіксіз тұндыру қадамдарын немесе айналмалы құрылғыларды пайдаланыңыз.
V. Жиі қойылатын сұрақтар
1-сұрақ: Жартылай өткізгіш қолданбалардағы CVD SiC және PVD SiC арасындағы негізгі айырмашылық неде?
A: CVD жабындары плазмалық орталар үшін жарамды, тазалығы >99,99% бағаналы кристалды құрылымдар болып табылады; PVD жабындары негізінен аморфты/нанокристалды, тазалығы <99,9%, негізінен сәндік жабындар үшін қолданылады.
2-сұрақ: жабын шыдай алатын ең жоғары температура қандай?
A: 1650°C қысқа мерзімді төзімділік (мысалы, жасыту процесі), ұзақ мерзімді пайдалану шегі 1450°C, бұл температурадан асып кету β-SiC-тен α-SiC-ке фазалық ауысуды тудырады.
3-сұрақ: Типтік жабын қалыңдығы диапазоны?
A: Жартылай өткізгішті құрамдас бөліктер негізінен 80-150μm, ал ұшақ қозғалтқышының EBC жабындары 300-500μm жетуі мүмкін.
4-сұрақ: Құнға әсер ететін негізгі факторлар қандай?
A: Прекурсордың тазалығы (40%), жабдықтың энергия шығыны (30%), өнімділік жоғалуы (20%). Жоғары сапалы жабындардың бірлігінің бағасы 5000 доллар/кг жетуі мүмкін.
5-сұрақ: Негізгі жаһандық жеткізушілер қандай?
A: Еуропа және Америка Құрама Штаттары: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Азия: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Тайвань), Scientech (Тайвань)
Жіберу уақыты: 09 маусым 2025 ж