Што е CVD SiC премаз?

КВБSiC облогаги преобликува границите на процесите на производство на полупроводници со неверојатна брзина. Оваа навидум едноставна технологија на обложување стана клучно решение за трите основни предизвици: контаминација на честички, корозија на висока температура и ерозија на плазма во производството на чипови. Водечките светски производители на опрема за полупроводници ја наведоа како стандардна технологија за опрема од следната генерација. Па, што го прави овој премаз „невидлив оклоп“ на производството на чипови? Оваа статија длабински ќе ги анализира нејзините технички принципи, основни примени и најсовремени откритија.

Ⅰ. Дефиниција на CVD SiC премаз

CVD SiC премазот се однесува на заштитен слој од силициум карбид (SiC) нанесен на подлога со процес на хемиско таложење на пареа (CVD). Силициум карбидот е соединение од силициум и јаглерод, познато по својата одлична тврдост, висока топлинска спроводливост, хемиска инертност и отпорност на високи температури. CVD технологијата може да формира SiC слој со висока чистота, густ и униформна дебелина и може да биде многу конформен на сложени геометрии. Ова ги прави CVD SiC премазите многу погодни за барачки апликации кои не можат да се задоволат со традиционални материјали за масивност или други методи на премачкување.

Ⅱ. Принцип на процес на CVD

Хемиското таложење со пареа (CVD) е разновиден метод на производство што се користи за производство на висококвалитетни, високо-перформансни цврсти материјали. Основниот принцип на CVD вклучува реакција на гасовити прекурсори на површината на загреана подлога за да се формира цврста обвивка.

Еве е поедноставен преглед на процесот на SiC CVD:

Дијаграм на принципот на CVD процесот

1. Вовед во претходникГасовити прекурсори, обично гасови што содржат силициум (на пр., метилтрихлоросилан – MTS, или силан – SiH₄) и гасови што содржат јаглерод (на пр., пропан – C₃H₈), се внесуваат во реакционата комора.

2. Достава на гасОвие прекурсорни гасови течат над загреаната подлога.

3. Адсорпција: Прекурсорните молекули се адсорбираат на површината на жешката подлога.

4. Површинска реакцијаНа високи температури, адсорбираните молекули подлежат на хемиски реакции, што резултира со распаѓање на прекурсорот и формирање на цврст SiC филм. Нуспроизводите се ослободуваат во форма на гасови.

5. Десорпција и испуштањеГасовитите нуспроизводи се десорбираат од површината, а потоа се испуштаат од комората. Прецизната контрола на температурата, притисокот, брзината на проток на гас и концентрацијата на прекурсор е клучна за постигнување на посакуваните својства на филмот, вклучувајќи дебелина, чистота, кристалност и адхезија.

Ⅲ. Употреба на CVD SiC премази во полупроводнички процеси

CVD SiC премазите се неопходни во производството на полупроводници бидејќи нивната единствена комбинација на својства директно ги задоволува екстремните услови и строгите барања за чистота на производствената средина. Тие ја зголемуваат отпорноста на плазма корозија, хемиски напад и генерирање на честички, што сето тоа е од клучно значење за максимизирање на приносот на плочките и времето на работа на опремата.

Следните се некои вообичаени делови обложени со CVD SiC и нивните сценарија за примена:

1. Комора за плазматско гравирање и прстен за фокусирање

Производи: облоги, тушеви, сусцептори и фокусни прстени со CVD SiC облога.

АпликацијаПри плазматско јоргање, се користи високоактивна плазма за селективно отстранување на материјали од плочките. Непремачканите или помалку издржливите материјали брзо се распаѓаат, што резултира со контаминација на честички и чести застои. CVD SiC премазите имаат одлична отпорност на агресивни плазма хемикалии (на пр., флуор, хлор, бром плазма), го продолжуваат животниот век на клучните компоненти на комората и го намалуваат создавањето честички, што директно го зголемува приносот на плочките.

2.PECVD и HDPCVD комори

ПроизводиРеакциони комори и електроди обложени со CVD SiC.

АпликацииЗа нанесување на тенки филмови (на пр., диелектрични слоеви, слоеви на пасивација) се користат хемиско таложење со пареа (PECVD) и CVD со висока густина на плазма (HDPCVD). Овие процеси вклучуваат и груби плазма средини. CVD SiC премазите ги штитат ѕидовите на коморите и електродите од ерозија, обезбедувајќи конзистентен квалитет на филмот и минимизирајќи ги дефектите.

3. Опрема за јонска имплантација

Производи: Компоненти на снопот обложени со CVD SiC (на пр., отвори, Фарадееви чаши).

АпликацииЈонската имплантација внесува допантни јони во полупроводнички подлоги. Јонските зраци со висока енергија можат да предизвикаат распрскување и ерозија на изложените компоненти. Тврдоста и високата чистота на CVD SiC го намалуваат генерирањето на честички од компонентите на зрачната линија, спречувајќи контаминација на плочките за време на овој критичен чекор на допирање.

4. Компоненти на епитаксијален реактор

Производи: Сусцептори и дистрибутери на гас со CVD SiC облога.

АпликацииЕпитаксијалниот раст (EPI) вклучува одгледување високо подредени кристални слоеви на подлога на високи температури. Сусцепторите обложени со CVD SiC нудат одлична термичка стабилност и хемиска инертност на високи температури, обезбедувајќи рамномерно загревање и спречувајќи контаминација на самиот сусцептор, што е клучно за постигнување на висококвалитетни епитаксијални слоеви.

Со намалувањето на геометријата на чиповите и зголемувањето на барањата за процеси, побарувачката за висококвалитетни добавувачи на CVD SiC премази и производители на CVD премази продолжува да расте.

IV. Кои се предизвиците на процесот на обложување со CVD SiC?

И покрај големите предности на CVD SiC премазот, неговото производство и примена сè уште се соочуваат со некои предизвици во процесот. Решавањето на овие предизвици е клучно за постигнување стабилни перформанси и економичност.

Предизвици:

1. Адхезија на подлогата

Силна и униформна адхезија со SiC може да биде предизвик за постигнување на различни материјали на подлогата (на пр. графит, силициум, керамика) поради разлики во коефициентите на термичка експанзија и површинската енергија. Слабата адхезија може да доведе до деламинација за време на термичкиот циклус или механички стрес.

Решенија:

Подготовка на површинатаПрецизно чистење и површинска обработка (на пр., јорганизирање, плазма третман) на подлогата за отстранување на нечистотии и создавање оптимална површина за лепење.

МеѓуслојПоставете тенок и прилагоден меѓуслој или тампон слој (на пр., пиролитички јаглерод, TaC – слично на CVD TaC премазот во специфични апликации) за да се ублажи несовпаѓањето на термичката експанзија и да се поттикне адхезијата.

Оптимизирајте ги параметрите за депонирањеВнимателно контролирајте ја температурата, притисокот и односот на гасовите на таложење за да го оптимизирате создавањето на нуклеација и растот на SiC филмовите и да промовирате силно меѓуфазно поврзување.

2. Напрегање и пукање на филмот

За време на таложењето или последователното ладење, во SiC филмовите може да се појават преостанати напрегања, предизвикувајќи пукање или искривување, особено на поголеми или сложени геометрии.

Решенија:

Контрола на температуратаПрецизно контролирајте ги стапките на греење и ладење за да ги минимизирате термичките шокови и стресот.

Градиентно обложувањеКористете методи на повеќеслојно или градиентно премачкување за постепено менување на составот или структурата на материјалот за да се прилагоди на стресот.

Пост-таложење жарење: Жарете ги обложените делови за да го елиминирате преостанатиот стрес и да го подобрите интегритетот на филмот.

3. Конформност и униформност на комплексни геометрии

Депонирањето на рамномерно дебели и конформни премази на делови со сложени форми, висок сооднос на ширина и должина или внатрешни канали може да биде тешко поради ограничувањата во дифузијата на прекурсорите и кинетиката на реакцијата.

Решенија:

Оптимизација на дизајнот на реакторотДизајнирајте CVD реактори со оптимизирана динамика на проток на гас и униформност на температурата за да се обезбеди униформна распределба на прекурсорите.

Прилагодување на параметрите на процесотФино подесување на притисокот на таложење, брзината на проток и концентрацијата на прекурсор за подобрување на дифузијата во гасна фаза во сложени карактеристики.

Повеќестепено таложењеКористете континуирани чекори за нанесување или ротирачки тела за да се осигурате дека сите површини се соодветно премачкани.

V. Најчесто поставувани прашања

П1: Која е основната разлика помеѓу CVD SiC и PVD SiC во полупроводничките апликации?

A: CVD премазите се столбовидни кристални структури со чистота од >99,99%, погодни за плазма средини; PVD премазите се претежно аморфни/нанокристални со чистота од <99,9%, главно користени за декоративни премази.

П2: Која е максималната температура што премазот може да ја издржи?

A: Краткорочна толеранција од 1650°C (како што е процесот на жарење), ограничување на долготрајна употреба од 1450°C, надминувањето на оваа температура ќе предизвика фазен премин од β-SiC во α-SiC.

П3: Типичен опсег на дебелина на облогата?

A: Полупроводничките компоненти се претежно 80-150μm, а EBC премазите на авионските мотори можат да достигнат 300-500μm.

П4: Кои се клучните фактори што влијаат на цената?

A: Чистота на прекурсорите (40%), потрошувачка на енергија на опремата (30%), губење на принос (20%). Единична цена на врвните премази може да достигне 5.000 долари/кг.

П5: Кои се главните глобални добавувачи?

A: Европа и САД: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Азија: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Тајван), Scientech (Тајван)