КВБSiC премазмења границе процеса производње полупроводника запањујућом брзином. Ова наизглед једноставна технологија премазивања постала је кључно решење за три основна изазова: контаминацију честицама, корозију на високим температурама и плазма ерозију у производњи чипова. Водећи светски произвођачи полупроводничке опреме навели су је као стандардну технологију за опрему следеће генерације. Дакле, шта овај премаз чини „невидљивим оклопом“ производње чипова? Овај чланак ће детаљно анализирати његове техничке принципе, основне примене и најсавременија открића.
Ⅰ. Дефиниција CVD SiC премаза
CVD SiC премаз се односи на заштитни слој силицијум карбида (SiC) нанет на подлогу поступком хемијског таложења из паре (CVD). Силицијум карбид је једињење силицијума и угљеника, познато по својој одличној тврдоћи, високој топлотној проводљивости, хемијској инертности и отпорности на високе температуре. CVD технологија може да формира SiC слој високе чистоће, густине и уједначене дебљине, и може се у великој мери прилагодити сложеним геометријама. Ово чини CVD SiC премазе веома погодним за захтевне примене које се не могу задовољити традиционалним материјалима у расутом стању или другим методама премазивања.
Ⅱ. Принцип CVD процеса
Хемијско таложење из парне фазе (CVD) је свестрана метода производње која се користи за производњу висококвалитетних, високоперформансних чврстих материјала. Основни принцип CVD-а укључује реакцију гасовитих прекурсора на површини загрејане подлоге да би се формирао чврсти премаз.
Ево поједностављеног прегледа SiC CVD процеса:
Дијаграм принципа CVD процеса
1. Увод прекурсораГасовити прекурсори, обично гасови који садрже силицијум (нпр. метилтрихлоросилан – MTS или силан – SiH₄) и гасови који садрже угљеник (нпр. пропан – C₃H₈), уводе се у реакциону комору.
2. Испорука гасаОви прекурсорски гасови теку преко загрејане подлоге.
3. АдсорпцијаМолекули прекурсора се адсорбују на површину вруће подлоге.
4. Површинска реакцијаНа високим температурама, адсорбовани молекули подлежу хемијским реакцијама, што резултира разградњом прекурсора и формирањем чврстог SiC филма. Нуспроизводи се ослобађају у облику гасова.
5. Десорпција и издувни гасовиГасовити нуспроизводи се десорбују са површине, а затим излазе из коморе. Прецизна контрола температуре, притиска, брзине протока гаса и концентрације прекурсора је кључна за постизање жељених својстава филма, укључујући дебљину, чистоћу, кристалност и адхезију.
Ⅲ. Употреба CVD SiC премаза у полупроводничким процесима
CVD SiC премази су неопходни у производњи полупроводника јер њихова јединствена комбинација својстава директно задовољава екстремне услове и строге захтеве чистоће производног окружења. Они побољшавају отпорност на плазма корозију, хемијски напад и стварање честица, што је све кључно за максимизирање приноса плочице и времена рада опреме.
Следе неки уобичајени делови са CVD SiC премазом и њихови сценарији примене:
1. Комора за плазма нагризање и прстен за фокусирање
ПроизводиCVD SiC обложене облоге, главе туша, сусцептори и фокусни прстенови.
ПрименаКод плазма нагризања, високо активна плазма се користи за селективно уклањање материјала са плочица. Необложени или мање издржљиви материјали се брзо деградирају, што доводи до контаминације честицама и честих застоја. CVD SiC премази имају одличну отпорност на агресивне плазма хемикалије (нпр. плазму флуора, хлора, брома), продужавају век трајања кључних компоненти коморе и смањују стварање честица, што директно повећава принос плочице.
2. PECVD и HDPCVD коморе
ПроизводиРеакционе коморе и електроде са CVD SiC премазом.
АпликацијеХемијско таложење из парне фазе помоћу плазме (PECVD) и CVD плазме високе густине (HDPCVD) се користе за таложење танких филмова (нпр. диелектричних слојева, пасивационих слојева). Ови процеси такође укључују агресивна плазма окружења. CVD SiC премази штите зидове коморе и електроде од ерозије, обезбеђујући конзистентан квалитет филма и минимизирајући дефекте.
3. Опрема за јонску имплантацију
ПроизводиCVD SiC обложене компоненте снопа (нпр. отвори, Фарадејеве чаше).
АпликацијеЈонска имплантација уводи јоне допанта у полупроводничке подлоге. Јонски снопови високе енергије могу изазвати распршивање и ерозију изложених компоненти. Тврдоћа и висока чистоћа CVD SiC смањују стварање честица из компоненти линије снопа, спречавајући контаминацију плочица током овог критичног корака допирања.
4. Компоненте епитаксијалног реактора
ПроизводиCVD SiC обложени сусцептори и дистрибутери гаса.
АпликацијеЕпитаксијални раст (EPI) подразумева раст високо уређених кристалних слојева на подлози на високим температурама. CVD SiC обложени сусцептори нуде одличну термичку стабилност и хемијску инертност на високим температурама, обезбеђујући равномерно загревање и спречавајући контаминацију самог сусцептора, што је кључно за постизање висококвалитетних епитаксијалних слојева.
Како се геометрије чипова смањују, а захтеви процеса се интензивирају, потражња за добављачима и произвођачима висококвалитетних CVD SiC премаза наставља да расте.
IV. Који су изазови процеса CVD SiC премазивања?
Упркос великим предностима CVD SiC премаза, његова производња и примена се и даље суочавају са неким процесним изазовима. Решавање ових изазова је кључ за постизање стабилних перформанси и исплативости.
Изазови:
1. Адхезија на подлогу
СиЦ може бити изазован за постизање јаке и једнолике адхезије на различите материјале подлоге (нпр. графит, силицијум, керамику) због разлика у коефицијентима термичког ширења и површинској енергији. Лоша адхезија може довести до деламинације током термичког циклуса или механичког напрезања.
Решења:
Припрема површинеПажљиво чишћење и површинска обрада (нпр. нагризање, плазма обрада) подлоге ради уклањања загађивача и стварања оптималне површине за лепљење.
МеђуслојНанесите танак и прилагођени међуслој или тампон слој (нпр. пиролитички угљеник, TaC – слично CVD TaC премазу у специфичним применама) како бисте ублажили неусклађеност термичког ширења и подстакли адхезију.
Оптимизујте параметре таложењаПажљиво контролишите температуру таложења, притисак и однос гасова како бисте оптимизовали нуклеацију и раст SiC филмова и подстакли јако међуповршинско везивање.
2. Напрезање и пуцање филма
Током таложења или накнадног хлађења, унутар SiC филмова могу се развити заостали напони, што узрокује пуцање или савијање, посебно на већим или сложеним геометријама.
Решења:
Контрола температуреПрецизно контролишите брзине грејања и хлађења како бисте минимизирали термички шок и напрезање.
Градијентни премазКористите методе вишеслојног или градијентног премазивања да бисте постепено мењали састав или структуру материјала како бисте се прилагодили напрезању.
Жарење након таложењаЖарите обложене делове како бисте елиминисали заостала напрезања и побољшали интегритет филма.
3. Конформност и униформност на сложеним геометријама
Наношење равномерно дебелих и конформних премаза на делове сложених облика, високих односа ширине и висине или унутрашњих канала може бити тешко због ограничења у дифузији прекурсора и кинетици реакције.
Решења:
Оптимизација дизајна реактораПројектовати CVD реакторе са оптимизованом динамиком протока гаса и уједначеношћу температуре како би се осигурала уједначена расподела прекурсора.
Подешавање параметара процесаФино подешавање притиска таложења, брзине протока и концентрације прекурсора ради побољшања дифузије гасне фазе у сложене структуре.
Вишестепено таложењеКористите континуиране кораке наношења или ротирајуће уређаје како бисте осигурали да су све површине адекватно премазане.
V. Честа питања
П1: Која је основна разлика између CVD SiC и PVD SiC у полупроводничким применама?
A: CVD премази су стубасте кристалне структуре са чистоћом >99,99%, погодне за плазма окружења; PVD премази су углавном аморфни/нанокристални са чистоћом <99,9%, углавном се користе за декоративне премазе.
П2: Која је максимална температура коју премаз може да издржи?
A: Краткорочна толеранција од 1650°C (као што је процес жарења), дугорочна граница употребе од 1450°C, прекорачење ове температуре ће изазвати фазни прелаз из β-SiC у α-SiC.
П3: Типичан распон дебљине премаза?
A: Полупроводничке компоненте су углавном 80-150μm, а EBC премази авионских мотора могу достићи 300-500μm.
П4: Који су кључни фактори који утичу на трошкове?
A: Чистоћа прекурсора (40%), потрошња енергије опреме (30%), губитак приноса (20%). Јединична цена врхунских премаза може достићи 5.000 долара/кг.
П5: Који су главни светски добављачи?
A: Европа и Сједињене Америчке Државе: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Азија: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Тајван), Scientech (Тајван)
Време објаве: 09. јун 2025.