Keďže tempo sebestačnosti domáceho polovodičového priemyslu-vo všeobecnosti sa zrýchľuje, lokalizácia kľúčových komponentov a základných materiálov napreduje od periférnych k základným prepojeniam. Karbid kremíka uložený v chemických plynoch (CVD SiC) so svojimi extrémnymi fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami sa stal kľúčovým bojovým priestorom pre lokalizáciu v komponentoch polovodičových zariadení. Po dlhú dobu boli špičkové-komponenty CVD SiC monopolizované zámorskými spoločnosťami, čo obmedzovalo iteratívnu modernizáciu základných zariadení, ako je leptanie, nanášanie tenkých{4}}fólií a čistiace nástroje v Číne. S neustálymi prelommi v domácej technológii prípravy CVD SiC a neustálym zavádzaním výrobných kapacít sa už začala vlna lokalizácie-začínajúca na strane materiálu s cieľom prelomiť úzke miesta v zariadeniach-, ktorá sa stala kľúčovou silou podporujúcou stály pokrok pokročilej výroby polovodičov v Číne. Poďme sa pozrieť: prečo sú špičkové-polovodičové zariadenia neoddeliteľné od CVD SiC?
Základné procesy výroby polovodičov,-či už plazmové leptanie,{1}}nanášanie tenkých vrstiev alebo epitaxiálny rast-, fungujú v extrémne drsných podmienkach. Komora je naplnená-energetickými korozívnymi plazmami (napr. chlór- alebo fluór-obsahujúce leptacie plyny), teploty môžu dosiahnuť viac ako tisíc stupňov Celzia, sprevádzané silnými napätiami v elektrickom poli... V takejto taviacej nádobe konvenčné materiály ako kovy a kremík nedokážu odolať prostrediu. CVD SiC sa ukázal ako jeden z ideálnych materiálov pre špičkové{11}}polovodičové zariadenia.
Na rozdiel od tradičných procesov tvarovania keramiky, ako je reakčné spekanie alebo beztlakové spekanie, CVD SiC využíva chemické nanášanie pár. Plynné prekurzory obsahujúce kremík- a uhlík-spolu s nosnými plynmi, ako je vodík alebo argón, sa zavádzajú do reakčnej komory vyhriatej na viac ako 1300 stupňov . Tieto plyny podliehajú tepelnému rozkladu a chemickým reakciám na povrchu substrátu, pričom vrstvy karbidu kremíka rastú atóm po atóme. Táto výrobná cesta, na rozdiel od konvenčnej práškovej metalurgie, nielenže dáva CVD SiC výhody tradičnej keramiky z karbidu kremíka-vysokú tvrdosť, odolnosť voči vysokej teplote, odolnosť voči kyselinám/zásadám a vysokú mechanickú pevnosť-, ale tiež dáva CVD SiC rad vlastností, ktoré je pre iné keramické materiály ťažko dosiahnuteľné, ako napríklad:
Vyššia čistota: Proces CVD umožňuje atómovú{0}}úrovňovú kontrolu depozície, čím sa dosahuje čistota materiálu na úrovni ppb. Hrúbka filmu, zloženie a kryštálová štruktúra sú vysoko rovnomerné, čo znižuje nečistoty a defekty a zvyšuje stabilitu výkonu. Skutočný výkon sa približuje teoretickému výkonu.
Hustá, pórovitá-štruktúra: Spekaný SiC, bez ohľadu na optimalizáciu procesu, vždy obsahuje zvyškové mikrometrické-póry medzi časticami. V prostredí plazmy môžu korozívne plyny prenikať cez tieto póry, čo spôsobuje progresívnu koróziu, ktorá nakoniec vedie k praskaniu a uvoľňovaniu častíc. Na rozdiel od toho je CVD SiC ukladaný po atómoch-po-atómoch alebo prostredníctvom molekulárnych zhlukov, výsledkom čoho je hustý povrch s vynikajúcou odolnosťou voči korozívnym plynom (napr. chlór- a fluór-obsahujúcim časticiam) a chemikáliám v drsných procesných prostrediach, ako je leptanie plazmou a vysokoteplotná{10}oxidácia. Znižuje tiež priľnavosť a oddeľovanie častíc, minimalizuje straty{12}}výťažnosti súvisiace s kontamináciou pri výrobe polovodičov, predlžuje životnosť komponentov a prispôsobuje sa náročným podmienkam pri leptaní, nanášaní, implantácii iónov a iných procesoch.
Tvarová flexibilita: CVD je reakcia v plynnej-fáze; Prekurzorové plyny môžu difundovať na akýkoľvek viditeľný povrch, čo umožňuje rovnomerné nanášanie povlaku SiC na zložité trojrozmerné povrchy, hlboké diery, tenké rúrky a iné nepravidelné grafitové substráty.
Napriek týmto významným výhodám procesu sa súčasné výzvy v tomto odvetví naďalej zameriavajú na tri aspekty:
(1) Čistenie prekurzorov a kontrola kontaminácie počas nanášania: Polovodičové-triedy CVD SiC vyžadujú mimoriadne prísne úrovne nečistôt, pričom sa vyžaduje, aby samotné prekurzory boli mimoriadne{2}}vysoko{3}}čisté suroviny. Okrem toho je potrebné vyhnúť sa akýmkoľvek stopovým nečistotám (napr. železo, chróm, nikel) vneseným do reakčnej komory, plynových potrubí, substrátov alebo akéhokoľvek iného spojenia, pretože môžu vstúpiť do nanesenej vrstvy a spôsobiť, že komponent nie je vhodný pre pokročilé procesy. To kladie mimoriadne vysoké požiadavky na technológiu čistenia surovín a riadenie výroby.
(2) Rovnomerné nanášanie na veľkých plochách: Počas veľkoplošného nanášania hrubého- filmu sa môžu ľahko vyskytnúť problémy, ako je nerovnomerná hrúbka, vysoké vnútorné napätie, skrútenie a praskanie, čo obmedzuje tvorbu veľkých- komponentov.
(3) Ultra{1}}presné obrábanie: Presnosť obrábania a drsnosť povrchu materiálu priamo určujú výkon komponentov. CVD SiC má tvrdosť podľa Mohsa 9,5 a je veľmi krehký. Následné leštenie povrchu nanometrov a obrábanie zložitých tvarov predstavujú významné výzvy, vyžadujúce prísne vybavenie a procesné schopnosti.