सीव्हीडी एसआयसी कोटिंग म्हणजे काय?

सीव्हीडीSiC कोटिंगअर्धवाहक उत्पादन प्रक्रियेच्या मर्यादा आश्चर्यकारक वेगाने बदलत आहेत. हे वरवर सोपे दिसणारे कोटिंग तंत्रज्ञान चिप उत्पादनातील कण दूषित होणे, उच्च-तापमानाचे गंज आणि प्लाझ्मा इरोशन या तीन मुख्य आव्हानांवर एक प्रमुख उपाय बनले आहे. जगातील अव्वल अर्धवाहक उपकरणे उत्पादकांनी ते पुढील पिढीच्या उपकरणांसाठी एक मानक तंत्रज्ञान म्हणून सूचीबद्ध केले आहे. तर, हे कोटिंग चिप उत्पादनाचे "अदृश्य कवच" का बनते? हा लेख त्याच्या तांत्रिक तत्त्वांचे, मुख्य अनुप्रयोगांचे आणि अत्याधुनिक प्रगतीचे सखोल विश्लेषण करेल.

Ⅰ. CVD SiC कोटिंगची व्याख्या

CVD SiC कोटिंग म्हणजे रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) प्रक्रियेद्वारे सब्सट्रेटवर जमा होणारा सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) चा संरक्षक थर. सिलिकॉन कार्बाइड हे सिलिकॉन आणि कार्बनचे संयुग आहे, जे त्याच्या उत्कृष्ट कडकपणा, उच्च थर्मल चालकता, रासायनिक जडत्व आणि उच्च तापमान प्रतिकार यासाठी ओळखले जाते. CVD तंत्रज्ञान उच्च-शुद्धता, दाट आणि एकसमान जाडीचा SiC थर तयार करू शकते आणि जटिल भूमितींना अत्यंत अनुकूल असू शकते. यामुळे CVD SiC कोटिंग्ज अशा मागणी असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी अतिशय योग्य बनतात जे पारंपारिक बल्क मटेरियल किंवा इतर कोटिंग पद्धतींनी पूर्ण केले जाऊ शकत नाहीत.

Ⅱ. सीव्हीडी प्रक्रियेचे तत्व

रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) ही एक बहुमुखी उत्पादन पद्धत आहे जी उच्च-गुणवत्तेची, उच्च-कार्यक्षमता असलेली घन सामग्री तयार करण्यासाठी वापरली जाते. CVD च्या मुख्य तत्त्वामध्ये गरम केलेल्या सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर वायू पूर्वसूचकांची प्रतिक्रिया असते ज्यामुळे घन आवरण तयार होते.

SiC CVD प्रक्रियेचे सरलीकृत विश्लेषण येथे आहे:

सीव्हीडी प्रक्रिया तत्त्व आकृती

1. पूर्वसूचक परिचय: वायूयुक्त पूर्वसूचक, सामान्यत: सिलिकॉनयुक्त वायू (उदा. मिथाइलट्रायक्लोरोसिलेन - एमटीएस, किंवा सिलेन - सिएच₄) आणि कार्बनयुक्त वायू (उदा. प्रोपेन - सी₃एच₈), अभिक्रिया कक्षात आणले जातात.

2. गॅस वितरण: हे पूर्वसूचक वायू तापलेल्या थरावरून वाहतात.

3. शोषण: पूर्वसूचक रेणू गरम थराच्या पृष्ठभागावर शोषले जातात.

4. पृष्ठभागावरील प्रतिक्रिया: उच्च तापमानात, शोषलेले रेणू रासायनिक अभिक्रियांमधून जातात, ज्यामुळे पूर्वसूचकांचे विघटन होते आणि एक घन SiC फिल्म तयार होते. उपउत्पादने वायूंच्या स्वरूपात सोडली जातात.

5. डिसॉर्प्शन आणि एक्झॉस्ट: वायूजन्य उपउत्पादने पृष्ठभागावरून शोषली जातात आणि नंतर चेंबरमधून बाहेर पडतात. जाडी, शुद्धता, स्फटिकता आणि आसंजन यासह इच्छित फिल्म गुणधर्म साध्य करण्यासाठी तापमान, दाब, वायू प्रवाह दर आणि पूर्वगामी एकाग्रतेचे अचूक नियंत्रण अत्यंत महत्त्वाचे आहे.

Ⅲ. सेमीकंडक्टर प्रक्रियांमध्ये CVD SiC कोटिंग्जचा वापर

सेमीकंडक्टर उत्पादनात CVD SiC कोटिंग्ज अपरिहार्य आहेत कारण त्यांच्या गुणधर्मांचे अद्वितीय संयोजन उत्पादन वातावरणाच्या अत्यंत परिस्थिती आणि कठोर शुद्धता आवश्यकता थेट पूर्ण करते. ते प्लाझ्मा गंज, रासायनिक हल्ला आणि कण निर्मितीला प्रतिकार वाढवतात, जे सर्व वेफर उत्पन्न आणि उपकरणांचा वापर जास्तीत जास्त करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहेत.

खालील काही सामान्य CVD SiC लेपित भाग आणि त्यांच्या वापराचे परिदृश्य आहेत:

१. प्लाझ्मा एचिंग चेंबर आणि फोकस रिंग

उत्पादने: CVD SiC लेपित लाइनर्स, शॉवरहेड्स, ससेप्टर्स आणि फोकस रिंग्ज.

अर्ज: प्लाझ्मा एचिंगमध्ये, वेफर्समधून निवडकपणे पदार्थ काढून टाकण्यासाठी अत्यंत सक्रिय प्लाझ्मा वापरला जातो. कोटिंग नसलेले किंवा कमी टिकाऊ पदार्थ वेगाने खराब होतात, ज्यामुळे कण दूषित होतात आणि वारंवार डाउनटाइम होतो. CVD SiC कोटिंग्जमध्ये आक्रमक प्लाझ्मा रसायनांना (उदा. फ्लोरिन, क्लोरीन, ब्रोमिन प्लाझ्मा) उत्कृष्ट प्रतिकार असतो, ते की चेंबर घटकांचे आयुष्य वाढवतात आणि कण निर्मिती कमी करतात, ज्यामुळे वेफरचे उत्पन्न थेट वाढते.

२.PECVD आणि HDPCVD चेंबर्स

उत्पादने: CVD SiC लेपित अभिक्रिया कक्ष आणि इलेक्ट्रोड.

अर्ज: पातळ फिल्म्स (उदा. डायलेक्ट्रिक लेयर्स, पॅसिव्हेशन लेयर्स) जमा करण्यासाठी प्लाझ्मा एन्हांस्ड केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (PECVD) आणि हाय डेन्सिटी प्लाझ्मा CVD (HDPCVD) वापरले जातात. या प्रक्रियांमध्ये कठोर प्लाझ्मा वातावरण देखील समाविष्ट असते. CVD SiC कोटिंग्ज चेंबरच्या भिंती आणि इलेक्ट्रोड्सना क्षरणापासून वाचवतात, ज्यामुळे फिल्मची गुणवत्ता सुसंगत राहते आणि दोष कमी होतात.

३. आयन रोपण उपकरणे

उत्पादने: CVD SiC लेपित बीमलाइन घटक (उदा., छिद्रे, फॅराडे कप).

अर्ज: आयन इम्प्लांटेशनमुळे सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट्समध्ये डोपंट आयन येतात. उच्च-ऊर्जा आयन बीममुळे उघड्या घटकांचे थुंकणे आणि क्षरण होऊ शकते. CVD SiC ची कडकपणा आणि उच्च शुद्धता बीमलाइन घटकांमधून कण निर्मिती कमी करते, या महत्त्वपूर्ण डोपिंग चरणादरम्यान वेफर्सचे दूषित होणे टाळते.

४. एपिटॅक्सियल रिअॅक्टर घटक

उत्पादने: सीव्हीडी एसआयसी लेपित ससेप्टर्स आणि गॅस वितरक.

अर्ज: एपिटॅक्सियल ग्रोथ (EPI) मध्ये उच्च तापमानात सब्सट्रेटवर अत्यंत क्रमबद्ध क्रिस्टलीय थर वाढवणे समाविष्ट असते. CVD SiC लेपित ससेप्टर्स उच्च तापमानात उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता आणि रासायनिक जडत्व प्रदान करतात, एकसमान गरम करणे सुनिश्चित करतात आणि ससेप्टरचे दूषित होणे टाळतात, जे उच्च-गुणवत्तेचे एपिटॅक्सियल थर साध्य करण्यासाठी महत्वाचे आहे.

चिप भूमिती कमी होत असताना आणि प्रक्रिया मागणी तीव्र होत असताना, उच्च-गुणवत्तेच्या CVD SiC कोटिंग पुरवठादार आणि CVD कोटिंग उत्पादकांची मागणी वाढतच आहे.

IV. CVD SiC कोटिंग प्रक्रियेतील आव्हाने कोणती आहेत?

CVD SiC कोटिंगचे मोठे फायदे असूनही, त्याचे उत्पादन आणि वापर अजूनही काही प्रक्रिया आव्हानांना तोंड देतात. या आव्हानांचे निराकरण करणे ही स्थिर कामगिरी आणि किफायतशीरता प्राप्त करण्याची गुरुकिल्ली आहे.

आव्हाने:

१. सब्सट्रेटला चिकटणे

थर्मल एक्सपेंशन गुणांक आणि पृष्ठभागाच्या ऊर्जेतील फरकांमुळे विविध सब्सट्रेट मटेरियल्सना (उदा. ग्रेफाइट, सिलिकॉन, सिरेमिक) मजबूत आणि एकसमान आसंजन मिळवणे SiC ला आव्हानात्मक ठरू शकते. थर्मल सायकलिंग किंवा यांत्रिक ताणादरम्यान खराब आसंजनामुळे डिलेमिनेशन होऊ शकते.

उपाय:

पृष्ठभागाची तयारी: दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी आणि बाँडिंगसाठी इष्टतम पृष्ठभाग तयार करण्यासाठी सब्सट्रेटची बारकाईने स्वच्छता आणि पृष्ठभाग उपचार (उदा. एचिंग, प्लाझ्मा उपचार).

इंटरलेअर: थर्मल एक्सपेंशनमधील विसंगती कमी करण्यासाठी आणि चिकटपणा वाढविण्यासाठी एक पातळ आणि सानुकूलित इंटरलेयर किंवा बफर लेयर (उदा. पायरोलिटिक कार्बन, TaC - विशिष्ट अनुप्रयोगांमध्ये CVD TaC कोटिंगसारखे) जमा करा.

डिपॉझिशन पॅरामीटर्स ऑप्टिमाइझ करा: SiC फिल्म्सचे न्यूक्लिएशन आणि वाढ अनुकूल करण्यासाठी आणि मजबूत इंटरफेशियल बाँडिंगला प्रोत्साहन देण्यासाठी निक्षेपण तापमान, दाब आणि वायू गुणोत्तर काळजीपूर्वक नियंत्रित करा.

२. चित्रपटाचा ताण आणि क्रॅकिंग

जमा होण्याच्या किंवा त्यानंतरच्या थंड होण्याच्या दरम्यान, SiC फिल्म्समध्ये अवशिष्ट ताण निर्माण होऊ शकतात, ज्यामुळे क्रॅक किंवा विकृतीकरण होऊ शकते, विशेषतः मोठ्या किंवा जटिल भूमितींवर.

उपाय:

तापमान नियंत्रण: थर्मल शॉक आणि ताण कमी करण्यासाठी गरम आणि थंड होण्याचे दर अचूकपणे नियंत्रित करा.

ग्रेडियंट कोटिंग: ताण सामावून घेण्यासाठी मटेरियलची रचना किंवा रचना हळूहळू बदलण्यासाठी बहुस्तरीय किंवा ग्रेडियंट कोटिंग पद्धती वापरा.

पोस्ट-डिपोझिशन अ‍ॅनिलिंग: अवशिष्ट ताण दूर करण्यासाठी आणि फिल्मची अखंडता सुधारण्यासाठी लेपित भागांना एनील करा.

३. जटिल भूमितींवर सुसंगतता आणि एकरूपता

पूर्ववर्ती प्रसार आणि प्रतिक्रिया गतीशास्त्रातील मर्यादांमुळे जटिल आकार, उच्च गुणोत्तर किंवा अंतर्गत चॅनेल असलेल्या भागांवर एकसारखे जाड आणि कॉन्फॉर्मल कोटिंग्ज जमा करणे कठीण होऊ शकते.

उपाय:

अणुभट्टी डिझाइन ऑप्टिमायझेशन: पूर्वसूचकांचे एकसमान वितरण सुनिश्चित करण्यासाठी ऑप्टिमाइझ्ड गॅस फ्लो डायनॅमिक्स आणि तापमान एकरूपतेसह सीव्हीडी रिअॅक्टर्स डिझाइन करा.

प्रक्रिया पॅरामीटर समायोजन: जटिल वैशिष्ट्यांमध्ये वायू टप्प्याचे प्रसार वाढविण्यासाठी निक्षेपण दाब, प्रवाह दर आणि पूर्वगामी एकाग्रता सुधारा.

बहु-स्तरीय निक्षेपण: सर्व पृष्ठभाग पुरेसे लेपित आहेत याची खात्री करण्यासाठी सतत डिपॉझिशन स्टेप्स किंवा फिरणारे फिक्स्चर वापरा.

व्ही. वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न

प्रश्न १: सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगांमध्ये CVD SiC आणि PVD SiC मधील मुख्य फरक काय आहे?

अ: सीव्हीडी कोटिंग्ज ही स्तंभीय क्रिस्टल स्ट्रक्चर्स आहेत ज्यांची शुद्धता >९९.९९% आहे, जी प्लाझ्मा वातावरणासाठी योग्य आहे; पीव्हीडी कोटिंग्ज बहुतेक अनाकार/नॅनोक्रिस्टलाइन आहेत ज्यांची शुद्धता <९९.९% आहे, प्रामुख्याने सजावटीच्या कोटिंग्जसाठी वापरली जातात.

प्रश्न २: कोटिंग जास्तीत जास्त किती तापमान सहन करू शकते?

अ: १६५०°C ची अल्पकालीन सहनशीलता (जसे की अॅनिलिंग प्रक्रिया), १४५०°C ची दीर्घकालीन वापर मर्यादा, या तापमानापेक्षा जास्त तापमानामुळे β-SiC वरून α-SiC मध्ये फेज संक्रमण होईल.

प्रश्न ३: सामान्य कोटिंग जाडी श्रेणी?

अ: सेमीकंडक्टर घटक बहुतेक 80-150μm असतात आणि विमान इंजिन EBC कोटिंग्ज 300-500μm पर्यंत पोहोचू शकतात.

प्रश्न ४: खर्चावर परिणाम करणारे प्रमुख घटक कोणते आहेत?

अ: पूर्वसूचक शुद्धता (४०%), उपकरणांचा ऊर्जेचा वापर (३०%), उत्पन्न कमी होणे (२०%). उच्च दर्जाच्या कोटिंग्जची युनिट किंमत $५,०००/किलोपर्यंत पोहोचू शकते.

प्रश्न ५: प्रमुख जागतिक पुरवठादार कोणते आहेत?

अ: युरोप आणि अमेरिका: कूर्सटेक, मर्सेन, आयनबॉन्ड; आशिया: सेमिक्सलॅब, व्हेटेकसेमिकॉन, कॅलेक्स (तैवान), सायंटेक (तैवान)