Ano ang CVD SiC Coating?

CVDSiC coatingay muling hinuhubog ang mga limitasyon ng mga proseso ng pagmamanupaktura ng semiconductor sa isang kamangha-manghang bilis. Ang tila simpleng teknolohiya ng patong na ito ay naging isang pangunahing solusyon sa tatlong pangunahing hamon ng kontaminasyon ng butil, mataas na temperatura na kaagnasan at pagguho ng plasma sa paggawa ng chip. Inilista ito ng mga nangungunang tagagawa ng kagamitan sa semiconductor sa buong mundo bilang isang karaniwang teknolohiya para sa susunod na henerasyong kagamitan. Kaya, bakit ang patong na ito ay "invisible armor" ng paggawa ng chip? Malalim na susuriin ng artikulong ito ang mga teknikal na prinsipyo nito, mga pangunahing aplikasyon at mga makabagong tagumpay.

Ⅰ. Kahulugan ng CVD SiC coating

Ang CVD SiC coating ay tumutukoy sa isang protective layer ng silicon carbide (SiC) na idineposito sa isang substrate sa pamamagitan ng isang chemical vapor deposition (CVD) na proseso. Ang Silicon carbide ay isang tambalan ng silikon at carbon, na kilala sa mahusay na tigas, mataas na thermal conductivity, chemical inertness at mataas na temperatura na resistensya. Ang teknolohiya ng CVD ay maaaring bumuo ng isang mataas na kadalisayan, siksik at pare-parehong kapal ng SiC layer, at maaaring lubos na umaayon sa mga kumplikadong geometries. Ginagawa nitong ang mga CVD SiC coatings ay napaka-angkop para sa mga hinihingi na aplikasyon na hindi maaaring matugunan ng mga tradisyonal na bulk na materyales o iba pang mga pamamaraan ng patong.

Ⅱ. Prinsipyo ng proseso ng CVD

Ang chemical vapor deposition (CVD) ay isang versatile na paraan ng pagmamanupaktura na ginagamit upang makagawa ng mataas na kalidad, mataas na pagganap na solid na materyales. Ang pangunahing prinsipyo ng CVD ay nagsasangkot ng reaksyon ng mga gas na precursor sa ibabaw ng isang pinainit na substrate upang bumuo ng isang solidong patong.

Narito ang isang pinasimpleng breakdown ng proseso ng SiC CVD:

Diagram ng prinsipyo ng proseso ng CVD

1. Panimula ng precursor: Ang mga gas na precursor, kadalasang may silicon na mga gas (hal., methyltrichlorosilane – MTS, o silane – SiH₄) at carbon-containing gas (hal., propane – C₃H₈), ay ipinapasok sa reaction chamber.

2. Paghahatid ng gas: Ang mga precursor gas na ito ay dumadaloy sa ibabaw ng pinainit na substrate.

3. Adsorption: Ang mga molekula ng precursor ay sumisipsip sa ibabaw ng mainit na substrate.

4. Reaksyon sa ibabaw: Sa mataas na temperatura, ang mga adsorbed na molekula ay sumasailalim sa mga reaksiyong kemikal, na nagreresulta sa pagkabulok ng precursor at pagbuo ng isang solidong SiC film. Ang mga byproduct ay inilabas sa anyo ng mga gas.

5. Desorption at tambutso: Ang mga gaseous na byproduct ay na-desorb mula sa ibabaw at pagkatapos ay maubos mula sa chamber. Ang tumpak na kontrol ng temperatura, presyon, bilis ng daloy ng gas at precursor na konsentrasyon ay kritikal sa pagkamit ng ninanais na mga katangian ng pelikula, kabilang ang kapal, kadalisayan, pagkakristal at pagdirikit.

Ⅲ. Mga Paggamit ng CVD SiC Coatings sa Mga Proseso ng Semiconductor

Ang CVD SiC coatings ay kailangang-kailangan sa paggawa ng semiconductor dahil ang kanilang natatanging kumbinasyon ng mga katangian ay direktang nakakatugon sa mga matinding kondisyon at mahigpit na mga kinakailangan sa kadalisayan ng kapaligiran ng pagmamanupaktura. Pinapahusay nila ang resistensya sa kaagnasan ng plasma, pag-atake ng kemikal, at pagbuo ng particle, na lahat ay kritikal sa pag-maximize ng ani ng wafer at uptime ng kagamitan.

Ang mga sumusunod ay ilang karaniwang bahagi ng CVD SiC coated at ang kanilang mga sitwasyon sa aplikasyon:

1. Plasma Etching Chamber at Focus Ring

Mga produkto: CVD SiC coated liners, showerheads, susceptors, at focus ring.

Aplikasyon: Sa pag-ukit ng plasma, ang napakaaktibong plasma ay ginagamit upang piliing alisin ang mga materyales mula sa mga wafer. Ang mga hindi nakabalot o hindi gaanong matibay na materyales ay mabilis na nabubulok, na nagreresulta sa kontaminasyon ng particle at madalas na downtime. Ang CVD SiC coatings ay may mahusay na panlaban sa mga agresibong kemikal na plasma (hal., fluorine, chlorine, bromine plasmas), nagpapahaba ng buhay ng mga pangunahing bahagi ng chamber, at binabawasan ang pagbuo ng particle, na direktang nagpapataas ng ani ng wafer.

2.PECVD at HDPCVD na mga silid

Mga produkto: CVD SiC coated reaction chambers at electrodes.

Mga aplikasyon: Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) at high density plasma CVD (HDPCVD) ay ginagamit upang magdeposito ng mga manipis na pelikula (hal., dielectric layers, passivation layers). Kasama rin sa mga prosesong ito ang malupit na kapaligiran sa plasma. Pinoprotektahan ng CVD SiC coatings ang mga dingding ng silid at mga electrodes mula sa pagguho, tinitiyak ang pare-parehong kalidad ng pelikula at pinapaliit ang mga depekto.

3. Ion implantation equipment

Mga produkto: CVD SiC coated beamline component (hal, apertures, Faraday cups).

Mga aplikasyon: Ion implantation introduces dopant ions sa semiconductor substrates. Ang mga high-energy ion beam ay maaaring magdulot ng sputtering at erosion ng mga nakalantad na bahagi. Ang tigas at mataas na kadalisayan ng CVD SiC ay nagbabawas ng pagbuo ng particle mula sa mga bahagi ng beamline, na pumipigil sa kontaminasyon ng mga wafer sa panahon ng kritikal na hakbang na ito ng doping.

4. Mga bahagi ng epitaxial reactor

Mga produkto: CVD SiC coated susceptors at gas distributor.

Mga aplikasyon: Ang epitaxial growth (EPI) ay nagsasangkot ng paglaki ng mataas na pagkakasunud-sunod na mga kristal na layer sa isang substrate sa mataas na temperatura. Ang CVD SiC coated susceptors ay nag-aalok ng mahusay na thermal stability at chemical inertness sa mataas na temperatura, tinitiyak ang pare-parehong pag-init at pagpigil sa kontaminasyon ng susceptor mismo, na kritikal sa pagkamit ng mataas na kalidad na epitaxial layer.

Habang lumiliit ang mga chip geometries at tumitindi ang mga pangangailangan sa proseso, patuloy na lumalaki ang pangangailangan para sa mga supplier ng mataas na kalidad na CVD SiC coating at mga manufacturer ng CVD coating.

IV. Ano ang mga hamon ng proseso ng patong ng CVD SiC?

Sa kabila ng mahusay na mga bentahe ng CVD SiC coating, ang pagmamanupaktura at aplikasyon nito ay nahaharap pa rin sa ilang mga hamon sa proseso. Ang paglutas sa mga hamong ito ay ang susi sa pagkamit ng matatag na pagganap at pagiging epektibo sa gastos.

Mga hamon:

1. Pagdirikit sa substrate

Maaaring maging mahirap ang SiC upang makamit ang malakas at pare-parehong pagdirikit sa iba't ibang materyal ng substrate (hal., grapayt, silikon, ceramic) dahil sa mga pagkakaiba sa mga koepisyent ng pagpapalawak ng thermal at enerhiya sa ibabaw. Ang mahinang pagdirikit ay maaaring humantong sa delamination sa panahon ng thermal cycling o mechanical stress.

Mga solusyon:

Paghahanda sa ibabaw: Masusing paglilinis at paggamot sa ibabaw (hal., pag-ukit, paggamot sa plasma) ng substrate upang alisin ang mga kontaminant at lumikha ng pinakamainam na ibabaw para sa pagbubuklod.

Interlayer: Mag-deposito ng manipis at customized na interlayer o buffer layer (hal., pyrolytic carbon, TaC – katulad ng CVD TaC coating sa mga partikular na application) para mabawasan ang thermal expansion mismatch at i-promote ang adhesion.

I-optimize ang mga parameter ng deposition: Maingat na kontrolin ang deposition temperature, pressure, at gas ratio para ma-optimize ang nucleation at growth ng SiC films at i-promote ang malakas na interfacial bonding.

2. Film Stress at Cracking

Sa panahon ng deposition o kasunod na paglamig, ang mga natitirang stress ay maaaring bumuo sa loob ng SiC films, na magdulot ng pag-crack o warping, lalo na sa mas malaki o kumplikadong mga geometries.

Mga solusyon:

Pagkontrol sa Temperatura: Tumpak na kontrolin ang mga rate ng pag-init at paglamig upang mabawasan ang thermal shock at stress.

Gradient na Patong: Gumamit ng mga paraan ng multilayer o gradient coating upang unti-unting baguhin ang komposisyon o istraktura ng materyal upang ma-accommodate ang stress.

Post-Deposition Annealing: Pahiran ang mga pinahiran na bahagi upang maalis ang natitirang stress at mapabuti ang integridad ng pelikula.

3. Conformality at Uniformity sa Complex Geometries

Ang pagdedeposito ng pare-parehong makapal at conformal na coatings sa mga bahaging may kumplikadong hugis, matataas na aspect ratio, o panloob na channel ay maaaring maging mahirap dahil sa mga limitasyon sa precursor diffusion at reaction kinetics.

Mga solusyon:

Pag-optimize ng Disenyo ng Reactor: Idisenyo ang mga CVD reactor na may na-optimize na dinamika ng daloy ng gas at pagkakapareho ng temperatura upang matiyak ang pare-parehong pamamahagi ng mga precursor.

Pagsasaayos ng Parameter ng Proseso: I-fine-tune ang deposition pressure, flow rate, at precursor concentration para mapahusay ang gas phase diffusion sa mga kumplikadong feature.

Multi-stage deposition: Gumamit ng tuluy-tuloy na mga hakbang sa pag-deposito o umiikot na mga kabit upang matiyak na ang lahat ng mga ibabaw ay sapat na pinahiran.

V. FAQ

Q1: Ano ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng CVD SiC at PVD SiC sa mga aplikasyon ng semiconductor?

A: Ang mga patong ng CVD ay mga istrukturang kristal na haligi na may kadalisayan na> 99.99%, na angkop para sa mga kapaligiran ng plasma; Ang mga PVD coating ay halos amorphous/nanocrystalline na may kadalisayan na <99.9%, pangunahing ginagamit para sa mga pandekorasyon na coating.

Q2: Ano ang pinakamataas na temperatura na kayang tiisin ng coating?

A: Ang panandaliang pagpapaubaya na 1650°C (tulad ng proseso ng pagsusubo), pangmatagalang limitasyon ng paggamit na 1450°C, ang paglampas sa temperaturang ito ay magdudulot ng phase transition mula sa β-SiC patungo sa α-SiC.

Q3: Karaniwang saklaw ng kapal ng patong?

A: Ang mga bahagi ng semiconductor ay halos 80-150μm, at ang EBC coatings ng aircraft engine ay maaaring umabot sa 300-500μm.

Q4: Ano ang mga pangunahing salik na nakakaapekto sa gastos?

A: Precursor purity (40%), pagkonsumo ng enerhiya ng kagamitan (30%), pagkawala ng ani (20%). Ang presyo ng yunit ng mga high-end na coatings ay maaaring umabot sa $5,000/kg.

Q5: Ano ang mga pangunahing pandaigdigang supplier?

A: Europe at United States: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Asya: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Taiwan), Scientech (Taiwan)