Mentre il ritmo dell'autosufficienza dell'industria nazionale dei semiconduttori-accelera a livello generale, la localizzazione dei componenti chiave e dei materiali principali sta avanzando dai collegamenti periferici a quelli centrali. Il carburo di silicio depositato chimicamente da vapore (CVD SiC), con le sue proprietà fisiche e chimiche estreme, è diventato un campo di battaglia chiave per la localizzazione nei componenti di apparecchiature a semiconduttore. Per molto tempo, i componenti CVD SiC di fascia alta- sono stati monopolizzati da aziende straniere, limitando l'aggiornamento iterativo delle apparecchiature principali come l'incisione, la deposizione di film sottile-e gli strumenti di pulizia in Cina. Con i continui progressi nella tecnologia nazionale di preparazione del SiC CVD e il continuo sviluppo della capacità produttiva, un'ondata di localizzazione-partendo dal lato dei materiali per superare i colli di bottiglia delle apparecchiature- è già iniziata, diventando una forza chiave a sostegno del costante progresso della produzione cinese di semiconduttori di processo avanzato. Diamo un'occhiata: perché le apparecchiature per semiconduttori di fascia alta-sono inseparabili dal SiC CVD?
I processi principali della produzione di semiconduttori-che siano l'incisione al plasma, la deposizione di film sottili-o la crescita epitassiale-operano in condizioni estremamente difficili. La camera è piena di plasmi corrosivi ad alta-energia (ad es. gas aggressivi contenenti cloro- o fluoro-), le temperature possono raggiungere oltre mille gradi Celsius, accompagnate da forti sollecitazioni del campo elettrico... In un crogiolo di questo tipo, i materiali convenzionali come i metalli e il silicio non possono resistere all'ambiente. Il SiC CVD è emerso come uno dei materiali ideali per le apparecchiature a semiconduttore di fascia alta-.
A differenza dei tradizionali processi di formatura della ceramica come la sinterizzazione per reazione o la sinterizzazione senza pressione, il SiC CVD utilizza la deposizione chimica da vapore. I precursori gassosi contenenti silicio- e carbonio-, insieme a gas vettore come idrogeno o argon, vengono introdotti in una camera di reazione riscaldata a oltre 1300 gradi. Questi gas subiscono decomposizione termica e reazioni chimiche sulla superficie del substrato, facendo crescere strati di carburo di silicio atomo per atomo. Questo percorso di fabbricazione, distinto dalla metallurgia delle polveri convenzionale, non solo conferisce a CVD SiC i vantaggi delle tradizionali ceramiche al carburo di silicio-elevata durezza, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione da acidi/alcali ed elevata resistenza meccanica-ma conferisce anche a CVD SiC una serie di proprietà difficili da ottenere per altri materiali ceramici, come:
Purezza superiore: il processo CVD consente il controllo della deposizione a livello-atomico, raggiungendo la purezza del materiale a livello di ppb. Lo spessore, la composizione e la struttura cristallina del film sono altamente uniformi, riducendo impurità e difetti e migliorando la stabilità delle prestazioni. Le prestazioni effettive si avvicinano molto alle prestazioni teoriche.
Struttura densa e priva di pori: il SiC sinterizzato, indipendentemente dall'ottimizzazione del processo, contiene sempre pori residui su scala micrometrica tra le particelle. In un ambiente al plasma, i gas corrosivi possono penetrare attraverso questi pori, provocando una corrosione progressiva che alla fine porta a fessurazioni e distacco di particelle. Al contrario, il SiC CVD viene depositato atomo-per-atomo o tramite cluster molecolari, risultando in una superficie densa con resistenza superiore ai gas corrosivi (ad esempio, specie contenenti cloro- e fluoro-) e alle sostanze chimiche in ambienti di processo difficili come l'incisione al plasma e l'ossidazione ad alta-temperatura. Riduce inoltre l'adesione e il distacco delle particelle, minimizzando la perdita di rendimento correlata alla contaminazione-nella produzione di semiconduttori, estendendo la durata dei componenti e adattandosi a condizioni impegnative durante l'incisione, la deposizione, l'impianto di ioni e altri processi.
Flessibilità della forma: la CVD è una reazione in fase-gassosa; i gas precursori possono diffondersi su qualsiasi superficie visibile, consentendo la deposizione uniforme del rivestimento SiC su superfici tridimensionali complesse,-fori profondi, tubi sottili e altri substrati di grafite irregolari.
Nonostante questi significativi vantaggi di processo, le attuali sfide del settore rimangono focalizzate su tre aspetti:
(1) Purificazione dei precursori e controllo della contaminazione durante la deposizione: il SiC CVD di grado-per semiconduttori richiede livelli di impurità estremamente rigidi, richiedendo che i precursori stessi siano materie prime di purezza ultra-elevata-. Inoltre, eventuali tracce di impurità (ad esempio ferro, cromo, nichel) introdotte dalla camera di reazione, dalle linee del gas, dai substrati o da qualsiasi altro collegamento devono essere evitate, poiché possono penetrare nello strato depositato e rendere il componente inadatto ai processi avanzati. Ciò impone requisiti estremamente elevati alla tecnologia di purificazione delle materie prime e alla gestione della produzione.
(2) Deposizione uniforme su aree di grandi dimensioni: durante la deposizione di film spessi- su un'ampia-area, possono verificarsi facilmente problemi quali spessore non uniforme, stress interno elevato, deformazioni e fessurazioni, limitando la formazione di componenti di-grandi dimensioni.
(3) Lavorazione ad ultra-precisione: la precisione della lavorazione e la ruvidità superficiale del materiale determinano direttamente le prestazioni del componente. CVD SiC ha una durezza Mohs di 9,5 ed è altamente fragile. La successiva lucidatura delle superfici su scala nanometrica e la lavorazione di forme complesse presentano sfide significative, che richiedono attrezzature e capacità di processo rigorose.