CVD SiC کوٹنگ کیا ہے؟

سی وی ڈیسی سی کوٹنگسیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے عمل کی حدود کو حیران کن شرح سے تبدیل کر رہا ہے۔ یہ بظاہر سادہ کوٹنگ ٹیکنالوجی چپ کی تیاری میں ذرہ کی آلودگی، اعلی درجہ حرارت کے سنکنرن اور پلازما کے کٹاؤ کے تین بنیادی چیلنجوں کا کلیدی حل بن گئی ہے۔ دنیا کے اعلیٰ سیمی کنڈکٹر آلات بنانے والوں نے اسے اگلی نسل کے آلات کے لیے معیاری ٹیکنالوجی کے طور پر درج کیا ہے۔ تو، اس کوٹنگ کو چپ مینوفیکچرنگ کا "غیر مرئی کوچ" کیا بناتا ہے؟ یہ مضمون اس کے تکنیکی اصولوں، بنیادی اطلاقات اور جدید پیش رفتوں کا گہرائی سے تجزیہ کرے گا۔

Ⅰ CVD SiC کوٹنگ کی تعریف

CVD SiC کوٹنگ سے مراد سلکان کاربائیڈ (SiC) کی حفاظتی تہہ ہے جو کیمیائی بخارات جمع کرنے (CVD) کے عمل کے ذریعے سبسٹریٹ پر جمع ہوتی ہے۔ سلکان کاربائیڈ سلکان اور کاربن کا ایک مرکب ہے، جو اپنی بہترین سختی، اعلی تھرمل چالکتا، کیمیائی جڑت اور اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت کے لیے جانا جاتا ہے۔ CVD ٹیکنالوجی ایک اعلی پاکیزگی، گھنی اور یکساں موٹائی کی SiC تہہ بنا سکتی ہے، اور پیچیدہ جیومیٹریوں کے لیے انتہائی موافق ہو سکتی ہے۔ یہ CVD SiC کوٹنگز کو ایسے ایپلی کیشنز کے لیے بہت موزوں بناتا ہے جو روایتی بلک میٹریل یا کوٹنگ کے دیگر طریقوں سے پورا نہیں کیا جا سکتا۔

Ⅱ CVD عمل کا اصول

کیمیائی بخارات جمع (CVD) ایک ورسٹائل مینوفیکچرنگ طریقہ ہے جو اعلیٰ معیار، اعلیٰ کارکردگی والے ٹھوس مواد کی تیاری کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ CVD کے بنیادی اصول میں ٹھوس کوٹنگ بنانے کے لیے گرم سبسٹریٹ کی سطح پر گیسی پیشگیوں کا رد عمل شامل ہے۔

یہاں SiC CVD عمل کی ایک آسان خرابی ہے:

CVD عمل کے اصول کا خاکہ

1. پیشگی تعارف: گیس کے پیش خیمہ، عام طور پر سلکان پر مشتمل گیسیں (مثلاً، میتھیلٹریکلوروسیلین – MTS، یا سائلین – SiH₄) اور کاربن پر مشتمل گیسیں (مثال کے طور پر، پروپین – C₃H₈)، رد عمل کے چیمبر میں متعارف کرائی جاتی ہیں۔

2. گیس کی ترسیل: یہ پیشگی گیسیں گرم سبسٹریٹ پر بہتی ہیں۔

3. جذب: پیشگی مالیکیولز گرم سبسٹریٹ کی سطح پر جذب ہوتے ہیں۔

4. سطح کا رد عمل: زیادہ درجہ حرارت پر، جذب شدہ مالیکیول کیمیائی رد عمل سے گزرتے ہیں، جس کے نتیجے میں پیش خیمہ کے گلنے اور ٹھوس SiC فلم کی تشکیل ہوتی ہے۔ ضمنی مصنوعات گیسوں کی شکل میں جاری ہوتی ہیں۔

5. ڈیسورپشن اور اخراج: گیسی ضمنی مصنوعات سطح سے خارج ہوتی ہیں اور پھر چیمبر سے خارج ہوجاتی ہیں۔ درجہ حرارت، دباؤ، گیس کے بہاؤ کی شرح اور پیشگی ارتکاز کا درست کنٹرول موٹائی، پاکیزگی، کرسٹل پن اور چپکنے سمیت مطلوبہ فلمی خصوصیات کے حصول کے لیے اہم ہے۔

Ⅲ سیمی کنڈکٹر کے عمل میں CVD SiC کوٹنگز کا استعمال

سی وی ڈی سی سی کوٹنگز سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ میں ناگزیر ہیں کیونکہ ان کی خصوصیات کا انوکھا امتزاج مینوفیکچرنگ ماحول کی انتہائی شرائط اور سخت پاکیزگی کی ضروریات کو براہ راست پورا کرتا ہے۔ وہ پلازما کے سنکنرن، کیمیائی حملے، اور ذرہ پیدا کرنے کے خلاف مزاحمت کو بڑھاتے ہیں، یہ سب ویفر کی پیداوار اور آلات کے اپ ٹائم کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے اہم ہیں۔

درج ذیل کچھ عام CVD SiC لیپت حصے اور ان کے اطلاق کے منظرنامے ہیں:

1. پلازما اینچنگ چیمبر اور فوکس رنگ

مصنوعات: CVD SiC کوٹڈ لائنرز، شاور ہیڈز، سسیپٹرز، اور فوکس رِنگز۔

درخواست: پلازما ایچنگ میں، انتہائی فعال پلازما کا استعمال ویفرز سے مواد کو منتخب طور پر ہٹانے کے لیے کیا جاتا ہے۔ بغیر لیپت یا کم پائیدار مواد تیزی سے انحطاط پذیر ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں ذرات کی آلودگی اور بار بار بند ہونے کا وقت ہوتا ہے۔ CVD SiC کوٹنگز جارحانہ پلازما کیمیکلز (مثلاً، فلورین، کلورین، برومین پلازما) کے خلاف بہترین مزاحمت رکھتی ہیں، کلیدی چیمبر کے اجزاء کی زندگی کو بڑھاتی ہیں، اور ذرات کی پیداوار کو کم کرتی ہیں، جو براہ راست ویفر کی پیداوار میں اضافہ کرتی ہے۔

2. PECVD اور HDPCVD چیمبرز

مصنوعات: CVD SiC کوٹڈ ری ایکشن چیمبرز اور الیکٹروڈ۔

ایپلی کیشنز: پلازما بڑھا ہوا کیمیائی بخارات جمع (PECVD) اور اعلی کثافت پلازما CVD (HDPCVD) پتلی فلموں کو جمع کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے (مثلاً، ڈائی الیکٹرک پرتیں، گزرنے والی تہوں)۔ ان عملوں میں سخت پلازما ماحول بھی شامل ہے۔ CVD SiC کوٹنگز چیمبر کی دیواروں اور الیکٹروڈز کو کٹاؤ سے بچاتی ہیں، فلم کے مستقل معیار کو یقینی بناتی ہیں اور نقائص کو کم کرتی ہیں۔

3. آئن امپلانٹیشن کا سامان

مصنوعات: CVD SiC لیپت بیم لائن اجزاء (مثال کے طور پر، یپرچر، فیراڈے کپ)۔

ایپلی کیشنز: آئن امپلانٹیشن ڈوپینٹ آئنوں کو سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹس میں متعارف کراتی ہے۔ ہائی انرجی آئن بیم بے نقاب اجزاء کے پھٹنے اور کٹاؤ کا سبب بن سکتے ہیں۔ CVD SiC کی سختی اور اعلی پاکیزگی بیم لائن کے اجزاء سے ذرات کی پیداوار کو کم کرتی ہے، اس اہم ڈوپنگ مرحلے کے دوران ویفرز کی آلودگی کو روکتی ہے۔

4. ایپیٹیکسیل ری ایکٹر کے اجزاء

مصنوعات: CVD SiC کوٹڈ سسیپٹرز اور گیس ڈسٹری بیوٹرز۔

ایپلی کیشنز: ایپیٹیکسیل گروتھ (EPI) میں اعلی درجہ حرارت پر سبسٹریٹ پر انتہائی ترتیب شدہ کرسٹل لائنوں کو بڑھانا شامل ہے۔ CVD SiC لیپت سسپٹرز اعلی درجہ حرارت پر بہترین تھرمل استحکام اور کیمیائی جڑت پیش کرتے ہیں، یکساں حرارت کو یقینی بناتے ہیں اور خود سسپٹر کی آلودگی کو روکتے ہیں، جو کہ اعلیٰ معیار کی ایپیٹیکسیل تہوں کو حاصل کرنے کے لیے اہم ہے۔

جیسے جیسے چپ جیومیٹریاں سکڑتی ہیں اور عمل کے مطالبات میں شدت آتی ہے، اعلیٰ معیار کے CVD SiC کوٹنگ سپلائرز اور CVD کوٹنگ مینوفیکچررز کی مانگ میں مسلسل اضافہ ہوتا جا رہا ہے۔

چہارم CVD SiC کوٹنگ کے عمل کے چیلنجز کیا ہیں؟

CVD SiC کوٹنگ کے عظیم فوائد کے باوجود، اس کی مینوفیکچرنگ اور ایپلی کیشن کو ابھی بھی کچھ پراسیس چیلنجز کا سامنا ہے۔ ان چیلنجوں کو حل کرنا مستحکم کارکردگی اور لاگت کی تاثیر کو حاصل کرنے کی کلید ہے۔

چیلنجز:

1. سبسٹریٹ سے چپکنا

تھرمل ایکسپینشن گتانکوں اور سطحی توانائی میں فرق کی وجہ سے مختلف سبسٹریٹ مواد (مثلاً گریفائٹ، سلکان، سیرامک) میں مضبوط اور یکساں چپکنے کے لیے SiC مشکل ہو سکتا ہے۔ تھرمل سائیکلنگ یا مکینیکل تناؤ کے دوران ناقص آسنجن ڈیلامینیشن کا باعث بن سکتا ہے۔

حل:

سطح کی تیاری: سبسٹریٹ کی باریک صفائی اور سطح کا علاج (مثلاً اینچنگ، پلازما ٹریٹمنٹ) تاکہ آلودگیوں کو دور کیا جا سکے اور بانڈنگ کے لیے ایک بہترین سطح بنائیں۔

انٹرلیئر: ایک پتلی اور حسب ضرورت انٹر لیئر یا بفر تہہ جمع کریں (مثال کے طور پر، پائرولٹک کاربن، TaC – مخصوص ایپلی کیشنز میں CVD TaC کوٹنگ کی طرح) تاکہ تھرمل ایکسپینشن کی عدم مطابقت کو کم کیا جا سکے اور چپکنے کو فروغ دیا جا سکے۔

جمع کرنے کے پیرامیٹرز کو بہتر بنائیں: SIC فلموں کے نیوکلیشن اور نمو کو بہتر بنانے اور مضبوط انٹرفیشل بانڈنگ کو فروغ دینے کے لیے جمع ہونے والے درجہ حرارت، دباؤ، اور گیس کے تناسب کو احتیاط سے کنٹرول کریں۔

2. فلمی تناؤ اور کریکنگ

جمع ہونے یا بعد میں ٹھنڈک کے دوران، بقایا دباؤ SiC فلموں کے اندر پیدا ہو سکتا ہے، جس سے کریکنگ یا وارپنگ ہو سکتی ہے، خاص طور پر بڑی یا پیچیدہ جیومیٹریوں پر۔

حل:

درجہ حرارت کنٹرول: حرارتی جھٹکے اور تناؤ کو کم سے کم کرنے کے لیے حرارتی اور کولنگ کی شرحوں کو درست طریقے سے کنٹرول کریں۔

گریڈینٹ کوٹنگ: دباؤ کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے مواد کی ساخت یا ساخت کو بتدریج تبدیل کرنے کے لیے ملٹی لیئر یا گریڈینٹ کوٹنگ کے طریقے استعمال کریں۔

پوسٹ ڈیپوزیشن اینیلنگ: بقایا تناؤ کو ختم کرنے اور فلم کی سالمیت کو بہتر بنانے کے لیے لیپت حصوں کو جوڑ دیں۔

3. پیچیدہ جیومیٹریوں پر مطابقت اور یکسانیت

پیچیدہ شکلوں، اعلی پہلو تناسب، یا اندرونی چینلز کے ساتھ حصوں پر یکساں طور پر موٹی اور کنفارمل کوٹنگز کو جمع کرنا پیشگی بازی اور رد عمل کینیٹکس کی حدود کی وجہ سے مشکل ہوسکتا ہے۔

حل:

ری ایکٹر ڈیزائن کی اصلاح: سی وی ڈی ری ایکٹرز کو گیس کے بہاؤ کی حرکیات اور درجہ حرارت کی یکسانیت کے ساتھ ڈیزائن کریں تاکہ پیش رو کی یکساں تقسیم کو یقینی بنایا جا سکے۔

عمل پیرامیٹر ایڈجسٹمنٹ: پیچیدہ خصوصیات میں گیس کے مرحلے کے پھیلاؤ کو بڑھانے کے لیے جمع کرنے کا دباؤ، بہاؤ کی شرح، اور پیشگی ارتکاز۔

کثیر مرحلہ جمع: اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ تمام سطحوں کو مناسب طریقے سے لیپ کیا گیا ہو، مسلسل جمع کرنے کے مراحل یا گھومنے والے فکسچر کا استعمال کریں۔

V. اکثر پوچھے گئے سوالات

Q1: سیمی کنڈکٹر ایپلی کیشنز میں CVD SiC اور PVD SiC کے درمیان بنیادی فرق کیا ہے؟

A: CVD کوٹنگز کالمی کرسٹل ڈھانچے ہیں جن کی خالصیت 99.99% ہے، جو پلازما کے ماحول کے لیے موزوں ہے۔ PVD کوٹنگز زیادہ تر بے ساختہ/نانو کرسٹل لائن ہوتی ہیں جس کی پاکیزگی <99.9% ہوتی ہے، بنیادی طور پر آرائشی کوٹنگز کے لیے استعمال ہوتی ہے۔

Q2: زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت کیا ہے جو کوٹنگ برداشت کر سکتی ہے؟

A: 1650°C کی قلیل مدتی رواداری (جیسے اینیلنگ کا عمل)، طویل مدتی استعمال کی حد 1450°C، اس درجہ حرارت سے تجاوز کرنا β-SiC سے α-SiC میں مرحلے کی منتقلی کا سبب بنے گا۔

Q3: عام کوٹنگ کی موٹائی کی حد؟

A: سیمی کنڈکٹر کے اجزاء زیادہ تر 80-150μm ہوتے ہیں، اور ہوائی جہاز کے انجن EBC کوٹنگز 300-500μm تک پہنچ سکتے ہیں۔

Q4: لاگت کو متاثر کرنے والے اہم عوامل کیا ہیں؟

A: پیشگی طہارت (40%)، سامان کی توانائی کی کھپت (30%)، پیداوار میں کمی (20%)۔ اعلی درجے کی کوٹنگز کی یونٹ قیمت $5,000/kg تک پہنچ سکتی ہے۔

Q5: بڑے عالمی سپلائرز کیا ہیں؟

A: یورپ اور امریکہ: CoorsTek، Mersen، Ionbond؛ ایشیا: Semixlab، Veteksemicon، Kallex (تائیوان)، Scientech (تائیوان)