Kun kotimaisen puolijohdeteollisuuden omavaraisuus{0}}kiihtyy kautta linjan, avainkomponenttien ja ydinmateriaalien lokalisointi etenee reunalinkeistä ydinlinkkeihin. Äärimmäisten fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa ansiosta kemiallisesti höyrysaostettu piikarbidi (CVD SiC) on tullut puolijohdelaitteiden komponenttien lokalisoinnin keskeinen taistelukenttä. Ulkomaiset yritykset ovat jo pitkään monopolisoineet korkealaatuisia-CVD SiC -komponentteja, mikä rajoittaa ydinlaitteiden, kuten etsauksen, ohut{4}}kalvopinnoitus- ja puhdistustyökalujen iteratiivista päivittämistä Kiinassa. Kotimaisen CVD-piikarbidin valmistustekniikan jatkuvan läpimurron ja tuotantokapasiteetin jatkuvan käyttöönoton myötä lokalisointiaalto-alkuen materiaalipuolelta laitteiden pullonkaulojen murtamiseen-on jo alkanut, ja siitä on tullut keskeinen voima, joka tukee Kiinan edistyneen prosessipuolijohteiden valmistuksen tasaista etenemistä. Katsotaanpa: miksi korkealaatuisia{9}}puolijohdelaitteita ei voi erottaa CVD SiC:stä?
Puolijohteiden valmistuksen ydinprosessit -oli sitten plasmaetsaus, ohut-kalvopinnoitus tai epitaksiaalinen kasvu-toimivat erittäin ankarissa olosuhteissa. Kammio on täytetty korkean-energisellä syövyttävällä plasmalla (esim. kloori- tai fluori-sisältää syövytyskaasuja), lämpötilat voivat nousta yli tuhat celsiusastetta voimakkaiden sähkökenttäjännitysten mukana... Tällaisessa sulatusastiassa tavanomaiset materiaalit, kuten metallit ja pii, eivät kestä ympäristöä. CVD SiC on noussut yhdeksi ihanteellisista materiaaleista{11}}huippuluokan puolijohdelaitteisiin.
Toisin kuin perinteisissä keraamisissa muovausprosesseissa, kuten reaktiosintraus tai paineeton sintraus, CVD SiC käyttää kemiallista höyrypinnoitusta. Pii- ja hiili-pitoiset kaasumaiset esiasteet sekä kantokaasut, kuten vety tai argon, johdetaan reaktiokammioon, joka on kuumennettu yli 1300 asteeseen. Nämä kaasut läpikäyvät lämpöhajoamisen ja kemiallisia reaktioita substraatin pinnalla, jolloin piikarbidikerrokset kasvavat atomi atomilta. Tämä valmistusreitti, joka eroaa tavanomaisesta jauhemetallurgiasta, ei ainoastaan anna CVD SiC:lle perinteisen piikarbidikeramiikan edut -korkean kovuuden, korkean lämpötilan kestävyyden, happo-/alkalikorroosionkestävyyden ja suuren mekaanisen lujuuden-, mutta antaa myös CVD SiC:lle joukon ominaisuuksia, joita muiden keraamisten materiaalien on vaikea saavuttaa, kuten:
Korkeampi puhtaus: CVD-prosessi mahdollistaa laskeuman atomitason hallinnan{0}}, jolloin materiaalin puhtaus saavutetaan ppb-tasolla. Kalvon paksuus, koostumus ja kiderakenne ovat erittäin tasaisia, mikä vähentää epäpuhtauksia ja vikoja ja parantaa suorituskyvyn vakautta. Todellinen suorituskyky on lähellä teoreettista suorituskykyä.
Tiheä, huokoseton{0}}rakenne: Sintrattu piikarbidi sisältää prosessin optimoinnista riippumatta aina jäännösmikrometri-huokosia hiukkasten välissä. Plasmaympäristössä syövyttävät kaasut voivat tunkeutua näiden huokosten läpi aiheuttaen progressiivista korroosiota, joka lopulta johtaa halkeiluihin ja hiukkasten irtoamiseen. Sitä vastoin CVD SiC kerrostuu atomi-atomilta- tai molekyyliklustereiden kautta, mikä johtaa tiiviiseen pintaan, joka kestää erinomaisesti syövyttäviä kaasuja (esim. klooria- ja fluoria- sisältäviä lajeja) ja kemikaaleja ankarissa prosessiympäristöissä, kuten plasmaetsaus ja korkea{10}}lämpötila. Se myös vähentää hiukkasten tarttumista ja irtoamista minimoiden kontaminaatioon liittyvän tuottohäviön puolijohteiden valmistuksessa, pidentää komponenttien käyttöikää ja mukautua vaativiin olosuhteisiin syövytyksessä, pinnoituksessa, ioni-istutuksissa ja muissa prosesseissa.
Muodon joustavuus: CVD on kaasu{0}}faasireaktio; esiastekaasut voivat diffundoitua mille tahansa näkyvälle pinnalle mahdollistaen tasaisen piikarbidipinnoitteen levittämisen monimutkaisille kolmiulotteisille pinnoille, syville reikille, hoikkaille putkille ja muille epäsäännöllisille grafiittisubstraateille.
Näistä merkittävistä prosessieduista huolimatta alan nykyiset haasteet keskittyvät edelleen kolmeen näkökohtaan:
(1) Esiasteen puhdistus ja kontaminaatioiden hallinta pinnoituksen aikana: Puolijohde-luokan CVD SiC vaatii erittäin tiukat epäpuhtaustasot, mikä edellyttää, että esiasteet ovat itse erittäin -korkean-puhtausraaka-aineita. Lisäksi reaktiokammion, kaasulinjojen, substraattien tai muiden linkkien aiheuttamia epäpuhtauksia (esim. rauta, kromi, nikkeli) on vältettävä, koska ne voivat päästä kerrostettuun kerrokseen ja tehdä komponentista sopimattoman kehittyneisiin prosesseihin. Tämä asettaa erittäin korkeat vaatimukset raaka-aineiden puhdistusteknologialle ja tuotannon ohjaukselle.
(2) Tasainen kerrostuminen suurilla alueilla: Suuren-alueen, paksun-kalvon kerrostuksen aikana voi helposti ilmaantua ongelmia, kuten epätasainen paksuus, suuri sisäinen jännitys, vääntyminen ja halkeilu, mikä rajoittaa suurien-kokoisten komponenttien muodostumista.
(3) Ultra-tarkkuustyöstö: Työstötarkkuus ja materiaalin pinnan karheus määräävät suoraan komponenttien suorituskyvyn. CVD SiC:n Mohs-kovuus on 9,5 ja se on erittäin hauras. Myöhempi nanomittakaavan pinnan kiillotus ja monimutkaisten muotojen koneistus tuovat merkittäviä haasteita ja vaativat tiukkoja laitteita ja prosessiominaisuuksia.