Sirds un asinsvadu slimības (SAS)SiC pārklājumspārsteidzošā ātrumā pārveido pusvadītāju ražošanas procesu robežas. Šī šķietami vienkāršā pārklājuma tehnoloģija ir kļuvusi par galveno risinājumu trim galvenajām problēmām — daļiņu piesārņojumam, augstas temperatūras korozijai un plazmas erozijai — mikroshēmu ražošanā. Pasaules vadošie pusvadītāju iekārtu ražotāji to ir noteikuši par standarta tehnoloģiju nākamās paaudzes iekārtām. Tātad, kas padara šo pārklājumu par mikroshēmu ražošanas “neredzamo bruņu”? Šajā rakstā tiks padziļināti analizēti tā tehniskie principi, galvenie pielietojumi un jaunākie sasniegumi.
II. CVD SiC pārklājuma definīcija
CVD SiC pārklājums ir silīcija karbīda (SiC) aizsargslānis, kas uzklāts uz substrāta, izmantojot ķīmiskās tvaiku uzklāšanas (CVD) procesu. Silīcija karbīds ir silīcija un oglekļa savienojums, kas pazīstams ar savu izcilo cietību, augsto siltumvadītspēju, ķīmisko inerci un izturību pret augstu temperatūru. CVD tehnoloģija var veidot augstas tīrības pakāpes, blīvu un vienmērīga biezuma SiC slāni, un tas var ļoti labi pielāgoties sarežģītām ģeometrijām. Tas padara CVD SiC pārklājumus ļoti piemērotus sarežģītiem pielietojumiem, kurus nevar apmierināt ar tradicionālajiem beramkravu materiāliem vai citām pārklāšanas metodēm.
II. CVD procesa princips
Ķīmiskā tvaiku uzklāšana (CVD) ir daudzpusīga ražošanas metode, ko izmanto augstas kvalitātes, augstas veiktspējas cietu materiālu ražošanai. CVD pamatprincips ietver gāzveida prekursoru reakciju uz sakarsēta substrāta virsmas, veidojot cietu pārklājumu.
Šeit ir vienkāršots SiC CVD procesa sadalījums:
CVD procesa principa diagramma
1. Prekursora ieviešanaReakcijas kamerā ievada gāzveida prekursorus, parasti silīciju saturošas gāzes (piemēram, metiltrihlorsilānu – MTS vai silānu – SiH₄) un oglekli saturošas gāzes (piemēram, propānu – C₃H₈).
2. Gāzes piegādeŠīs prekursoru gāzes plūst pāri sakarsētajam substrātam.
3. AdsorbcijaPrekursoru molekulas adsorbējas uz karstā substrāta virsmas.
4. Virsmas reakcijaAugstās temperatūrās adsorbētās molekulas pakļaujas ķīmiskām reakcijām, kā rezultātā prekursors sadalās un veidojas cieta SiC plēve. Blakusprodukti izdalās gāzu veidā.
5. Desorbcija un izplūdeGāzveida blakusprodukti desorbējas no virsmas un pēc tam tiek izvadīti no kameras. Precīza temperatūras, spiediena, gāzes plūsmas ātruma un prekursora koncentrācijas kontrole ir ļoti svarīga, lai sasniegtu vēlamās plēves īpašības, tostarp biezumu, tīrību, kristāliskumu un adhēziju.
III. CVD SiC pārklājumu izmantošana pusvadītāju procesos
CVD SiC pārklājumi ir neaizstājami pusvadītāju ražošanā, jo to unikālā īpašību kombinācija tieši atbilst ražošanas vides ekstremālajiem apstākļiem un stingrajām tīrības prasībām. Tie uzlabo izturību pret plazmas koroziju, ķīmisku iedarbību un daļiņu veidošanos, kas viss ir ļoti svarīgi, lai palielinātu vafeļu ražu un iekārtu darbības laiku.
Tālāk ir norādītas dažas izplatītas CVD SiC pārklājuma detaļas un to pielietojuma scenāriji:
1. Plazmas kodināšanas kamera un fokusa gredzens
ProduktiAr CVD SiC pārklāti oderējumi, dušas galviņas, susceptori un fokusa gredzeni.
PieteikumsPlazmas kodināšanā materiālu selektīvai noņemšanai no plāksnēm tiek izmantota ļoti aktīva plazma. Nepārklāti vai mazāk izturīgi materiāli ātri noārdās, kā rezultātā rodas daļiņu piesārņojums un biežas dīkstāves. CVD SiC pārklājumiem ir lieliska izturība pret agresīvām plazmas ķimikālijām (piemēram, fluora, hlora, broma plazma), tie pagarina galveno kameras komponentu kalpošanas laiku un samazina daļiņu veidošanos, kas tieši palielina plāksnīšu ražu.
2.PECVD un HDPCVD kameras
ProduktiCVD SiC pārklājuma reakcijas kameras un elektrodi.
PieteikumiPlazmas pastiprināta ķīmiskā tvaiku pārklāšana (PECVD) un augsta blīvuma plazmas CVD (HDPCVD) tiek izmantotas plānu kārtiņu (piemēram, dielektrisko slāņu, pasivācijas slāņu) uzklāšanai. Šie procesi ietver arī skarbu plazmas vidi. CVD SiC pārklājumi aizsargā kameras sienas un elektrodus no erozijas, nodrošinot nemainīgu plēves kvalitāti un samazinot defektus.
3. Jonu implantācijas iekārtas
ProduktiAr CVD SiC pārklāti staru līniju komponenti (piemēram, atveres, Faradeja kausiņi).
PieteikumiJonu implantācija ievada piemaisījumu jonus pusvadītāju substrātos. Augstas enerģijas jonu stari var izraisīt atklāto komponentu izsmidzināšanu un eroziju. CVD SiC cietība un augstā tīrība samazina daļiņu veidošanos no staru līnijas komponentiem, novēršot plākšņu piesārņojumu šajā kritiskajā piemaisījumu posmā.
4. Epitaksiālā reaktora komponenti
ProduktiAr CVD SiC pārklāti susceptori un gāzes sadalītāji.
PieteikumiEpitaksiālā augšana (EPI) ietver ļoti sakārtotu kristālisku slāņu audzēšanu uz substrāta augstās temperatūrās. Ar CVD SiC pārklātie susceptori piedāvā izcilu termisko stabilitāti un ķīmisko inerci augstās temperatūrās, nodrošinot vienmērīgu sildīšanu un novēršot paša susceptora piesārņojumu, kas ir ļoti svarīgi augstas kvalitātes epitaksiālo slāņu iegūšanai.
Samazinoties mikroshēmu ģeometrijām un palielinoties procesu prasībām, pieprasījums pēc augstas kvalitātes CVD SiC pārklājumu piegādātājiem un CVD pārklājumu ražotājiem turpina pieaugt.
IV. Kādas ir CVD SiC pārklāšanas procesa problēmas?
Neskatoties uz CVD SiC pārklājuma lielajām priekšrocībām, tā ražošanā un pielietošanā joprojām ir dažas procesa problēmas. Šo problēmu risināšana ir atslēga uz stabilu veiktspēju un izmaksu efektivitāti.
Izaicinājumi:
1. Saķere ar pamatni
SiC var būt grūti panākt spēcīgu un vienmērīgu saķeri ar dažādiem substrātu materiāliem (piemēram, grafītu, silīciju, keramiku) atšķirīgo termiskās izplešanās koeficientu un virsmas enerģijas dēļ. Slikta saķere var izraisīt delamināciju termiskās cikla vai mehāniskās spriedzes laikā.
Risinājumi:
Virsmas sagatavošanaRūpīga substrāta tīrīšana un virsmas apstrāde (piemēram, kodināšana, plazmas apstrāde), lai noņemtu piesārņotājus un izveidotu optimālu virsmu savienošanai.
StarpslānisUzklāt plānu un pielāgotu starpslāni vai bufera slāni (piemēram, pirolītisko ogli, TaC — līdzīgi kā CVD TaC pārklājums konkrētos pielietojumos), lai mazinātu termiskās izplešanās neatbilstību un veicinātu adhēziju.
Optimizēt nogulsnēšanās parametrusRūpīgi kontrolējiet nogulsnēšanas temperatūru, spiedienu un gāzes attiecību, lai optimizētu SiC plēvju veidošanos un augšanu, kā arī veicinātu spēcīgu starpfāžu saiti.
2. Plēves spriegums un plaisāšana
Nogulsnēšanas vai sekojošas atdzesēšanas laikā SiC plēvēs var veidoties atlikušie spriegumi, kas izraisa plaisāšanu vai deformāciju, īpaši lielākās vai sarežģītākās ģeometrijās.
Risinājumi:
Temperatūras kontrolePrecīzi kontrolējiet sildīšanas un dzesēšanas ātrumu, lai samazinātu termisko šoku un stresu.
Gradienta pārklājumsIzmantojiet daudzslāņu vai gradientu pārklāšanas metodes, lai pakāpeniski mainītu materiāla sastāvu vai struktūru, lai pielāgotos slodzei.
Pēcnogulsnēšanas atkvēlināšanaAtkvēliniet pārklātās detaļas, lai novērstu atlikušo spriegumu un uzlabotu plēves integritāti.
3. Konformalitāte un vienmērīgums sarežģītās ģeometrijās
Vienmērīgi biezu un konformisku pārklājumu uzklāšana uz detaļām ar sarežģītām formām, augstu malu attiecību vai iekšējiem kanāliem var būt sarežģīta prekursoru difūzijas un reakcijas kinētikas ierobežojumu dēļ.
Risinājumi:
Reaktora konstrukcijas optimizācijaIzstrādāt CVD reaktorus ar optimizētu gāzes plūsmas dinamiku un temperatūras vienmērīgumu, lai nodrošinātu vienmērīgu prekursoru sadalījumu.
Procesa parametru pielāgošanaPrecīzi noregulējiet nogulsnēšanas spiedienu, plūsmas ātrumu un prekursora koncentrāciju, lai uzlabotu gāzes fāzes difūziju sarežģītos elementos.
Daudzpakāpju nogulsnēšanāsLai nodrošinātu visu virsmu pienācīgu pārklājumu, izmantojiet nepārtrauktas uzklāšanas pakāpes vai rotējošus stiprinājumus.
V. Bieži uzdotie jautājumi
1. jautājums: Kāda ir galvenā atšķirība starp CVD SiC un PVD SiC pusvadītāju lietojumos?
A: CVD pārklājumi ir kolonnveida kristāla struktūras ar tīrību >99,99%, kas piemērotas plazmas videi; PVD pārklājumi pārsvarā ir amorfi/nanokristāliski ar tīrību <99,9%, galvenokārt tiek izmantoti dekoratīviem pārklājumiem.
2. jautājums: Kāda ir maksimālā temperatūra, ko pārklājums var izturēt?
A: Īstermiņa tolerance 1650°C (piemēram, atkvēlināšanas procesā), ilgtermiņa lietošanas ierobežojums 1450°C, šīs temperatūras pārsniegšana izraisīs fāžu pāreju no β-SiC uz α-SiC.
3. jautājums: Tipisks pārklājuma biezuma diapazons?
A: Pusvadītāju komponentu biezums pārsvarā ir 80–150 μm, un lidmašīnu dzinēju EBC pārklājumi var sasniegt 300–500 μm.
4. jautājums: Kādi ir galvenie faktori, kas ietekmē izmaksas?
A: Prekursora tīrība (40%), iekārtu enerģijas patēriņš (30%), ražas zudums (20%). Augstas klases pārklājumu vienības cena var sasniegt 5000 USD/kg.
5. jautājums: Kādi ir galvenie globālie piegādātāji?
A: Eiropa un Amerikas Savienotās Valstis: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Āzija: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Taivāna), Scientech (Taivāna)
Publicēšanas laiks: 2025. gada 9. jūnijs