Was ist eine SIC-Beschichtung?

SiliciumcarbidSiliciumcarbid ist eine harte Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff und kommt in der Natur als das extrem seltene Mineral Moissanit vor. Siliciumcarbidpartikel lassen sich durch Sintern zu sehr harten Keramiken verbinden, die in Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Beständigkeit, insbesondere in der Halbleiterfertigung, weit verbreitet sind.

Physikalische Struktur von SiC

Was ist eine SiC-Beschichtung?

SiC-Beschichtungen sind dichte, verschleißfeste Siliziumkarbidbeschichtungen mit hoher Korrosions- und Hitzebeständigkeit sowie exzellenter Wärmeleitfähigkeit. Diese hochreine SiC-Beschichtung wird vorwiegend in der Halbleiter- und Elektronikindustrie eingesetzt, um Waferträger, -basen und Heizelemente vor korrosiven und reaktiven Umgebungen zu schützen. SiC-Beschichtungen eignen sich auch für Vakuumöfen und die Probenerwärmung in Hochvakuum-, reaktiven und sauerstoffhaltigen Umgebungen.

Oberfläche mit hochreiner SiC-Beschichtung

Was ist das SiC-Beschichtungsverfahren?

Auf der Oberfläche des Substrats wird eine dünne Schicht aus Siliciumcarbid abgeschieden.CVD (Chemische Gasphasenabscheidung)Die Abscheidung erfolgt üblicherweise bei Temperaturen von 1200-1300°C, und das thermische Ausdehnungsverhalten des Substratmaterials sollte mit der SiC-Beschichtung kompatibel sein, um thermische Spannungen zu minimieren.

CVD-SiC-Filmkristallstruktur

CVD-SiC-Beschichtung FILM KRISTALLSTRUKTUR

Die physikalischen Eigenschaften der SiC-Beschichtung spiegeln sich hauptsächlich in ihrer Hochtemperaturbeständigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit wider.

Typische physikalische Parameter sind üblicherweise folgende:

HärteSiC-Beschichtungen weisen typischerweise eine Vickershärte im Bereich von 2000-2500 HV auf, was ihnen eine extrem hohe Verschleiß- und Schlagfestigkeit in industriellen Anwendungen verleiht.

DichteSiC-Beschichtungen weisen typischerweise eine Dichte von 3,1–3,2 g/cm³ auf. Die hohe Dichte trägt zur mechanischen Festigkeit und Haltbarkeit der Beschichtung bei.

WärmeleitfähigkeitSiC-Beschichtungen weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, typischerweise im Bereich von 120–200 W/mK (bei 20 °C). Dadurch eignen sie sich gut für Wärmebehandlungsanlagen in der Halbleiterindustrie und bieten eine hohe Wärmeleitfähigkeit.

SchmelzpunktSiliciumcarbid hat einen Schmelzpunkt von etwa 2730°C und weist eine ausgezeichnete thermische Stabilität bei extremen Temperaturen auf.

WärmeausdehnungskoeffizientSiC-Beschichtungen weisen einen niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) auf, typischerweise im Bereich von 4,0–4,5 µm/mK (bei 25–1000 °C). Dies bedeutet, dass ihre Dimensionsstabilität über große Temperaturdifferenzen hinweg ausgezeichnet ist.

KorrosionsbeständigkeitSiC-Beschichtungen sind extrem beständig gegen Korrosion in stark sauren, alkalischen und oxidierenden Umgebungen, insbesondere bei der Verwendung starker Säuren (wie HF oder HCl), ihre Korrosionsbeständigkeit übertrifft die von herkömmlichen Metallwerkstoffen bei weitem.

Substrat für die SiC-Beschichtung

SiC-Beschichtungen werden häufig eingesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit, die Hochtemperaturbeständigkeit und die Plasmaerosionsbeständigkeit des Substrats zu verbessern. Gängige Substrate für die Anwendung sind beispielsweise:

Substrattyp	Antragsgrund	Typische Verwendung
Graphit	- Leichte Bauweise, gute Wärmeleitfähigkeit - Wird jedoch leicht durch Plasma korrodiert, benötigt daher eine SiC-Beschichtung als Schutz.	Vakuumkammerbauteile, Graphitboote, Plasmaätzschalen usw.
Quarz (Quarz/SiO₂)	- Hohe Reinheit, aber leicht korrodierend Die Beschichtung verbessert die Beständigkeit gegen Plasmaerosion.	CVD/PECVD-Kammerteile
Keramik (wie z. B. Aluminiumoxid Al₂O₃)	- Hohe Festigkeit und stabile Struktur Die Beschichtung verbessert die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche.	Kammerauskleidung, Armaturen usw.
Metalle (wie Molybdän, Titan usw.)	Gute Wärmeleitfähigkeit, aber geringe Korrosionsbeständigkeit - Die Beschichtung verbessert die Oberflächenstabilität	Spezielle Prozessreaktionskomponenten
Siliziumkarbid-Sinterkörper (SiC-Bulk)	- Für Umgebungen mit hohen Anforderungen an komplexe Arbeitsbedingungen Die Beschichtung verbessert zusätzlich die Reinheit und Korrosionsbeständigkeit.	Hochwertige CVD/ALD-Kammerkomponenten

SiC-beschichtete Produkte werden häufig in folgenden Halbleiterbereichen eingesetzt:

SiC-Beschichtungsprodukte finden breite Anwendung in der Halbleiterverarbeitung, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen, starker Korrosion und intensivem Plasma. Im Folgenden werden einige wichtige Anwendungsbereiche und deren Anwendungsgebiete kurz beschrieben:

Bewerbungsprozess/Feld	Kurzbeschreibung	Funktion der Siliziumkarbidbeschichtung
Plasmaätzen (Ätzen)	Verwenden Sie fluor- oder chlorbasierte Gase für die Musterübertragung.	Beständigkeit gegen Plasmaerosion und Vermeidung von Partikel- und Metallverunreinigungen
Chemische Gasphasenabscheidung (CVD/PECVD)	Abscheidung von Oxid-, Nitrid- und anderen Dünnschichten	Beständigkeit gegenüber korrosiven Vorläufergasen und Verlängerung der Bauteillebensdauer
Physikalische Dampfabscheidungskammer (PVD)	Hochenergetischer Partikelbeschuss während des Beschichtungsprozesses	Verbesserung der Erosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit der Reaktionskammer
MOCVD-Verfahren (wie z. B. SiC-Epitaxie)	Langzeitreaktion unter hoher Temperatur und korrosiver Wasserstoffatmosphäre	Anlagenstabilität gewährleisten und Verunreinigungen der wachsenden Kristalle verhindern
Wärmebehandlungsverfahren (LPCVD, Diffusion, Glühen usw.)	Üblicherweise wird dies bei hoher Temperatur und Vakuum/Atmosphäre durchgeführt.	Schützen Sie Graphitboote und -wannen vor Oxidation oder Korrosion
Waferträger/Spannfutter (Waferhandhabung)	Graphitbasis für Wafertransfer oder Träger	Partikelabgabe reduzieren und Kontaktkontamination vermeiden
ALD-Kammerkomponenten	Wiederholte und präzise Steuerung der Atomlagenabscheidung	Die Beschichtung hält die Kammer sauber und weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Vorläuferverbindungen auf.

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