CVDSalutan SiCsedang membentuk semula had proses pembuatan semikonduktor pada kadar yang menakjubkan. Teknologi salutan yang kelihatan mudah ini telah menjadi penyelesaian utama kepada tiga cabaran teras pencemaran zarah, kakisan suhu tinggi dan hakisan plasma dalam pembuatan cip. Pengeluar peralatan semikonduktor terkemuka dunia telah menyenaraikannya sebagai teknologi standard untuk peralatan generasi akan datang. Jadi, apakah yang menjadikan salutan ini sebagai "perisai yang tidak kelihatan" dalam pembuatan cip? Artikel ini akan menganalisis secara mendalam prinsip teknikalnya, aplikasi teras dan penemuan termaju.
Ⅰ. Definisi salutan CVD SiC
Salutan SiC CVD merujuk kepada lapisan pelindung silikon karbida (SiC) yang dimendapkan pada substrat melalui proses pemendapan wap kimia (CVD). Silikon karbida ialah sebatian silikon dan karbon, yang terkenal dengan kekerasannya yang sangat baik, kekonduksian haba yang tinggi, lengai kimia dan rintangan suhu tinggi. Teknologi CVD boleh membentuk lapisan SiC dengan ketebalan yang tinggi, padat dan seragam, dan boleh menjadi sangat selaras dengan geometri kompleks. Ini menjadikan salutan CVD SiC sangat sesuai untuk aplikasi menuntut yang tidak dapat dipenuhi oleh bahan pukal tradisional atau kaedah salutan lain.
Ⅱ. Prinsip proses CVD
Pemendapan wap kimia (CVD) ialah kaedah pembuatan serba boleh yang digunakan untuk menghasilkan bahan pepejal berkualiti tinggi dan berprestasi tinggi. Prinsip teras CVD melibatkan tindak balas prekursor gas pada permukaan substrat yang dipanaskan untuk membentuk salutan pepejal.
Berikut ialah pecahan ringkas proses CVD SiC:
Gambar rajah prinsip proses CVD
1. Pengenalan prekursor: Pendahulu gas, biasanya gas yang mengandungi silikon (cth, metiltriklorosilane – MTS, atau silane – SiH₄) dan gas yang mengandungi karbon (cth, propana – C₃H₈), dimasukkan ke dalam ruang tindak balas.
2. Penghantaran gas: Gas prekursor ini mengalir ke atas substrat yang dipanaskan.
3. Penjerapan: Molekul prekursor menjerap ke permukaan substrat panas.
4. Tindak balas permukaan: Pada suhu tinggi, molekul terjerap mengalami tindak balas kimia, mengakibatkan penguraian prekursor dan pembentukan filem SiC pepejal. Hasil sampingan dilepaskan dalam bentuk gas.
5. Desorpsi dan ekzos: Hasil sampingan gas menyahserap dari permukaan dan kemudian ekzos dari ruang. Kawalan tepat suhu, tekanan, kadar aliran gas dan kepekatan prekursor adalah penting untuk mencapai sifat filem yang diingini, termasuk ketebalan, ketulenan, kehabluran dan lekatan.
Ⅲ. Kegunaan Salutan SiC CVD dalam Proses Semikonduktor
Salutan SiC CVD amat diperlukan dalam pembuatan semikonduktor kerana gabungan sifat uniknya secara langsung memenuhi syarat yang melampau dan keperluan ketulenan yang ketat bagi persekitaran pembuatan. Ia meningkatkan daya tahan terhadap kakisan plasma, serangan kimia, dan penjanaan zarah, yang semuanya penting untuk memaksimumkan hasil wafer dan masa operasi peralatan.
Berikut ialah beberapa bahagian bersalut CVD SiC biasa dan senario penggunaannya:
1. Ruang Etching Plasma dan Cincin Fokus
Produk: Pelapik bersalut CVD SiC, kepala pancuran mandian, suseptor dan gelang fokus.
Permohonan: Dalam etsa plasma, plasma yang sangat aktif digunakan untuk mengeluarkan bahan secara selektif daripada wafer. Bahan yang tidak bersalut atau kurang tahan lama merosot dengan cepat, mengakibatkan pencemaran zarah dan masa henti yang kerap. Salutan SiC CVD mempunyai ketahanan yang sangat baik terhadap bahan kimia plasma yang agresif (cth, fluorin, klorin, plasma bromin), memanjangkan hayat komponen ruang utama, dan mengurangkan penjanaan zarah, yang secara langsung meningkatkan hasil wafer.
2. ruang PECVD dan HDPCVD
Produk: Ruang tindak balas dan elektrod bersalut CVD SiC.
Aplikasi: Pemendapan wap kimia dipertingkatkan plasma (PECVD) dan plasma ketumpatan tinggi CVD (HDPCVD) digunakan untuk mendepositkan filem nipis (cth, lapisan dielektrik, lapisan pempasifan). Proses ini juga melibatkan persekitaran plasma yang keras. Salutan SiC CVD melindungi dinding ruang dan elektrod daripada hakisan, memastikan kualiti filem yang konsisten dan meminimumkan kecacatan.
3. Peralatan implantasi ion
Produk: Komponen garis pancaran bersalut CVD SiC (cth, apertur, cawan Faraday).
Aplikasi: Implantasi ion memperkenalkan ion dopan ke dalam substrat semikonduktor. Rasuk ion bertenaga tinggi boleh menyebabkan terpercik dan hakisan komponen terdedah. Kekerasan dan ketulenan tinggi CVD SiC mengurangkan penjanaan zarah daripada komponen beamline, menghalang pencemaran wafer semasa langkah doping kritikal ini.
4. Komponen reaktor epitaxial
Produk: Suseptor bersalut CVD SiC dan pengedar gas.
Aplikasi: Pertumbuhan epitaxial (EPI) melibatkan pertumbuhan lapisan kristal tersusun tinggi pada substrat pada suhu tinggi. Suseptor bersalut CVD SiC menawarkan kestabilan terma yang sangat baik dan lengai kimia pada suhu tinggi, memastikan pemanasan seragam dan mencegah pencemaran susceptor itu sendiri, yang penting untuk mencapai lapisan epitaxial berkualiti tinggi.
Apabila geometri cip mengecut dan permintaan proses semakin meningkat, permintaan untuk pembekal salutan CVD SiC berkualiti tinggi dan pengeluar salutan CVD terus berkembang.
IV. Apakah cabaran proses salutan CVD SiC?
Walaupun kelebihan hebat salutan CVD SiC, pembuatan dan penggunaannya masih menghadapi beberapa cabaran proses. Menyelesaikan cabaran ini adalah kunci untuk mencapai prestasi yang stabil dan keberkesanan kos.
Cabaran:
1. Lekatan pada substrat
SiC boleh mencabar untuk mencapai lekatan yang kuat dan seragam pada pelbagai bahan substrat (cth, grafit, silikon, seramik) disebabkan oleh perbezaan dalam pekali pengembangan haba dan tenaga permukaan. Lekatan yang lemah boleh menyebabkan penembusan semasa kitaran haba atau tekanan mekanikal.
Penyelesaian:
Penyediaan permukaan: Pembersihan teliti dan rawatan permukaan (cth, etsa, rawatan plasma) substrat untuk membuang bahan cemar dan mencipta permukaan yang optimum untuk ikatan.
Interlayer: Simpan lapisan antara lapisan atau lapisan penimbal yang nipis dan disesuaikan (cth, karbon pirolitik, TaC – serupa dengan salutan TaC CVD dalam aplikasi khusus) untuk mengurangkan ketidakpadanan pengembangan haba dan menggalakkan lekatan.
Optimumkan parameter pemendapan: Kawal suhu pemendapan, tekanan dan nisbah gas dengan berhati-hati untuk mengoptimumkan nukleasi dan pertumbuhan filem SiC dan menggalakkan ikatan antara muka yang kuat.
2. Tekanan Filem dan Retak
Semasa pemendapan atau penyejukan berikutnya, tegasan sisa mungkin berkembang dalam filem SiC, menyebabkan keretakan atau meledingkan, terutamanya pada geometri yang lebih besar atau kompleks.
Penyelesaian:
Kawalan Suhu: Kawal kadar pemanasan dan penyejukan dengan tepat untuk meminimumkan kejutan haba dan tekanan.
Salutan Kecerunan: Gunakan kaedah salutan berbilang lapisan atau kecerunan untuk menukar komposisi atau struktur bahan secara beransur-ansur untuk menampung tekanan.
Penyepuhlindapan Selepas Pemendapan: Anil bahagian bersalut untuk menghilangkan tekanan sisa dan meningkatkan integriti filem.
3. Kesesuaian dan Keseragaman pada Geometri Kompleks
Mendepositkan salutan tebal dan konform yang seragam pada bahagian dengan bentuk yang kompleks, nisbah aspek tinggi atau saluran dalaman boleh menjadi sukar disebabkan oleh pengehadan dalam resapan prekursor dan kinetik tindak balas.
Penyelesaian:
Pengoptimuman Reka Bentuk Reaktor: Reka bentuk reaktor CVD dengan dinamik aliran gas yang dioptimumkan dan keseragaman suhu untuk memastikan pengedaran seragam prekursor.
Pelarasan Parameter Proses: Perhalusi tekanan pemendapan, kadar aliran dan kepekatan prekursor untuk meningkatkan resapan fasa gas ke dalam ciri yang kompleks.
Pemendapan berbilang peringkat: Gunakan langkah pemendapan berterusan atau lekapan berputar untuk memastikan semua permukaan bersalut dengan secukupnya.
V. Soalan Lazim
S1: Apakah perbezaan teras antara CVD SiC dan PVD SiC dalam aplikasi semikonduktor?
A: Salutan CVD ialah struktur kristal kolumnar dengan ketulenan >99.99%, sesuai untuk persekitaran plasma; Salutan PVD kebanyakannya amorfus/nanocrystalline dengan ketulenan <99.9%, terutamanya digunakan untuk salutan hiasan.
S2: Apakah suhu maksimum yang boleh ditahan oleh salutan?
A: Toleransi jangka pendek 1650°C (seperti proses penyepuhlindapan), had penggunaan jangka panjang 1450°C, melebihi suhu ini akan menyebabkan peralihan fasa daripada β-SiC kepada α-SiC.
S3: Julat ketebalan salutan biasa?
A: Komponen semikonduktor kebanyakannya 80-150μm, dan salutan EBC enjin pesawat boleh mencapai 300-500μm.
S4: Apakah faktor utama yang mempengaruhi kos?
A: Ketulenan prekursor (40%), penggunaan tenaga peralatan (30%), kehilangan hasil (20%). Harga seunit salutan mewah boleh mencecah $5,000/kg.
S5: Apakah pembekal global utama?
A: Eropah dan Amerika Syarikat: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Asia: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Taiwan), Scientech (Taiwan)
Masa siaran: Jun-09-2025