I takt med att den inhemska halvledarindustrins självförsörjning ökar-över hela linjen, går lokaliseringen av nyckelkomponenter och kärnmaterial framåt från perifera till kärnlänkar. Chemically Vapor Deposited Silicon Carbide (CVD SiC), med dess extrema fysikaliska och kemiska egenskaper, har blivit en viktig kampplats för lokalisering i komponenter i halvledarutrustning. Under lång tid har avancerade CVD SiC-komponenter monopoliserats av utländska företag, vilket begränsar den iterativa uppgraderingen av kärnutrustning som etsning, tunnfilmsavsättning och rengöringsverktyg i Kina. Med pågående genombrott inom inhemsk CVD SiC-förberedande teknologi och den kontinuerliga utbyggnaden av produktionskapacitet har en våg av lokalisering-som börjar från materialsidan för att bryta igenom flaskhalsar i utrustningen- redan börjat, och blivit en nyckelkraft som stödjer den stadiga utvecklingen av Kinas avancerade processhalvledartillverkning. Låt oss ta en titt: varför är hög-halvledarutrustning oskiljaktig från CVD SiC?
Kärnprocesserna för halvledartillverkning-oavsett om plasmaetsning, tunn-filmavsättning eller epitaxiell tillväxt-fungerar under extremt tuffa förhållanden. Kammaren är fylld med hög-korrosiv plasma (t.ex. klor- eller fluor-innehållande etsgaser), temperaturen kan nå över tusen grader Celsius, åtföljd av starka elektriska fältspänningar... I en sådan smältdegel kan konventionella material som metaller och kisel inte motstå miljön. CVD SiC har framstått som ett av de idealiska materialen för{11}}avancerad halvledarutrustning.
Till skillnad från traditionella keramiska formningsprocesser som reaktionssintring eller trycklös sintring, använder CVD SiC kemisk ångavsättning. Kisel- och kol-innehållande gasformiga prekursorer, tillsammans med bärargaser som väte eller argon, införs i en reaktionskammare som värms upp till över 1300 grader. Dessa gaser genomgår termisk nedbrytning och kemiska reaktioner på substratets yta, och växer kiselkarbidskikt atom för atom. Denna tillverkningsväg, som skiljer sig från konventionell pulvermetallurgi, ger inte bara CVD SiC fördelarna med traditionell kiselkarbidkeramik -hög hårdhet, hög temperaturbeständighet, syra/alkali-korrosionsbeständighet och hög mekanisk hållfasthet- utan ger också CVD SiC en rad egenskaper som är svåra att uppnå för andra keramiska material, såsom:
Högre renhet: CVD-processen möjliggör atomär-nivåkontroll av avsättning, vilket uppnår materialrenhet på ppb-nivå. Filmtjocklek, sammansättning och kristallstruktur är mycket enhetliga, vilket minskar föroreningar och defekter och förbättrar prestandastabiliteten. Faktisk prestation närmar sig teoretisk prestation.
Tät, por-fri struktur: Sintrad SiC, oavsett processoptimering, innehåller alltid kvarvarande mikrometer-skala porer mellan partiklar. I en plasmamiljö kan frätande gaser tränga in genom dessa porer, vilket orsakar progressiv korrosion som så småningom leder till sprickbildning och partikelavgivning. Däremot avsätts CVD SiC atom-för-atom eller via molekylära kluster, vilket resulterar i en tät yta med överlägsen motståndskraft mot korrosiva gaser (t.ex. klor- och fluor-innehållande arter) och kemikalier i tuffa processmiljöer som plasmaetsning och hög{{10} oxidation. Det minskar även partikelvidhäftning och avskiljning, minimerar föroreningsrelaterade-avkastningsförluster vid halvledartillverkning, förlänger komponentlivslängden och anpassar sig till krävande förhållanden genom etsning, avsättning, jonimplantation och andra processer.
Formflexibilitet: CVD är en-gasfasreaktion; prekursorgaser kan diffundera till vilken synlig yta som helst, vilket möjliggör enhetlig SiC-beläggning på komplexa tre-dimensionella ytor, djupa hål, smala rör och andra oregelbundna grafitsubstrat.
Trots dessa betydande processfördelar förblir nuvarande industriutmaningar fokuserade på tre aspekter:
(1) Prekursorrening och kontamineringskontroll under deponering: Halvledar-CVD SiC kräver extremt stränga föroreningsnivåer, vilket kräver att prekursorerna själva är råmaterial med ultra-hög-renhet. Dessutom måste alla spårföroreningar (t.ex. järn, krom, nickel) som införs av reaktionskammaren, gasledningar, substrat eller andra länkar undvikas, eftersom de kan komma in i det avsatta skiktet och göra komponenten olämplig för avancerade processer. Detta ställer extremt höga krav på råvarureningsteknik och produktionsstyrning.
(2) Enhetlig avsättning över stora ytor: Under avsättning av stor-yta, tjock-film kan problem som ojämn tjocklek, hög inre spänning, skevhet och sprickbildning lätt uppstå, vilket begränsar bildningen av komponenter i stor-storlek.
(3) Ultra-precisionsbearbetning: Materialets bearbetningsnoggrannhet och ytjämnhet avgör direkt komponenternas prestanda. CVD SiC har en Mohs hårdhet på 9,5 och är mycket skör. Efterföljande ytpolering och bearbetning av komplexa former i nanoskala innebär betydande utmaningar, vilket kräver strikt utrustning och processkapacitet.