İncə Film Yayma Texnikalarına Kompleks Baxış: MOCVD, Magnetron Püskürtmə və PECVD

Yarımkeçiricilərin istehsalında fotolitoqrafiya və aşındırma ən çox qeyd olunan proseslər olsa da, epitaksial və ya nazik təbəqənin çökmə üsulları eyni dərəcədə vacibdir. Bu məqalə, çip istehsalında istifadə olunan bir neçə ümumi nazik təbəqənin çökmə üsullarını təqdim edir, o cümlədənMOCVD, maqnetron püskürməsi, vəPECVD.

Çip İstehsalında İncə Film Prosesləri Niyə Əhəmiyyətlidir?

Nümunə etmək üçün sadə bişmiş xörək təsəvvür edin. Öz-özünə dadsız ola bilər. Bununla belə, səthi müxtəlif souslarla (məsələn, ləzzətli lobya pastası və ya şirin səməni siropu) fırçalamaqla onun dadını tamamilə dəyişdirə bilərsiniz. Bu ləzzət artırıcı örtüklər oxşardırnazik filmləryarımkeçirici proseslərdə, yassı özü isə təmsil edirsubstrat.

Çip istehsalında nazik təbəqələr çoxsaylı funksional rolları yerinə yetirir - izolyasiya, keçiricilik, passivasiya, işığın udulması və s. və hər bir funksiya xüsusi çökmə texnikası tələb edir.

1. Metal-Üzvi Kimyəvi Buxar Çöküntüsü (MOCVD)

MOCVD yüksək keyfiyyətli yarımkeçirici nazik təbəqələrin və nanostrukturların çökdürülməsi üçün istifadə edilən yüksək təkmil və dəqiq bir texnikadır. O, LEDlər, lazerlər və elektrik elektronikası kimi cihazların istehsalında mühüm rol oynayır.

MOCVD sisteminin əsas komponentləri:

• Qaz Çatdırılma Sistemi
  Reaksiyaya girən maddələrin reaksiya kamerasına dəqiq daxil edilməsinə cavabdehdir. Buraya axın nəzarəti daxildir:

• Daşıyıcı qazlar

• Metal-üzvi prekursorlar

• Hidrid qazları
  Sistem böyümə və təmizləmə rejimləri arasında keçid üçün çoxtərəfli klapanlara malikdir.

• Reaksiya palatası
  Faktiki maddi artımın baş verdiyi sistemin ürəyi. Komponentlərə aşağıdakılar daxildir:

  • Qrafit tutucu (substrat tutucu)

  • Qızdırıcı və temperatur sensorları

  • Yerində monitorinq üçün optik portlar

  • Avtomatlaşdırılmış vafli yükləmə/boşaltma üçün robot qollar

• Böyüməyə Nəzarət Sistemi
  Proqramlaşdırıla bilən məntiq nəzarətçiləri və əsas kompüterdən ibarətdir. Bunlar çöküntü prosesi boyunca dəqiq monitorinqi və təkrarlanmağı təmin edir.

• Yerində Monitorinq
  Pirometrlər və reflektometrlər kimi alətlər ölçür:

  • Film qalınlığı

  • Səthin temperaturu

  • Substrat əyriliyi
    Bunlar real vaxt rejimində rəy və tənzimləmə imkanı verir.

• Egzoz Təmizləmə Sistemi
  Təhlükəsizlik və ətraf mühitə uyğunluğu təmin etmək üçün termik parçalanma və ya kimyəvi katalizdən istifadə edərək zəhərli əlavə məhsulları emal edir.

Qapalı Duş Başlığı (CCS) Konfiqurasiyası:

Şaquli MOCVD reaktorlarında, CCS dizaynı qazların duş başlığı strukturunda alternativ başlıqlar vasitəsilə bərabər şəkildə vurulmasına imkan verir. Bu, vaxtından əvvəl reaksiyaları minimuma endirir və vahid qarışdırmağı artırır.

• Thefırlanan qrafit qəbuledicisidaha da qazların sərhəd qatını homojenləşdirməyə kömək edir, vafli üzərində filmin vahidliyini yaxşılaşdırır.

2. Magnetron Püskürtmə

Maqnetron püskürtmə, xüsusilə elektronika, optika və keramika sahələrində nazik təbəqələrin və örtüklərin yerləşdirilməsi üçün geniş istifadə olunan fiziki buxar çökmə (PVD) üsuludur.

İş prinsipi:

1. Hədəf Materialı
   Yatırılacaq mənbə materialı-metal, oksid, nitrid və s.- katodda bərkidilir.

2. Vakuum kamerası
   Çirklənmənin qarşısını almaq üçün proses yüksək vakuum altında aparılır.

3. Plazma istehsalı
   İnert qaz, adətən arqon, plazma əmələ gətirmək üçün ionlaşır.

4. Maqnit sahəsinin tətbiqi
   Maqnit sahəsi ionlaşmanın effektivliyini artırmaq üçün elektronları hədəfin yaxınlığında məhdudlaşdırır.

5. Püskürtmə Prosesi
   İonlar hədəfi bombalayır, kameradan keçən atomları yerindən çıxarır və substratın üzərinə çökür.

Magnetron püskürtmənin üstünlükləri:

• Vahid Film Depozitiböyük ərazilərdə.

• Kompleks birləşmələri yerləşdirmək imkanıərintilər və keramika daxil olmaqla.

• Tənzimlənən Proses Parametrləriqalınlığa, tərkibinə və mikrostrukturuna dəqiq nəzarət üçün.

• Yüksək Film Keyfiyyətigüclü yapışma və mexaniki qüvvə ilə.

• Geniş Material Uyğunluğu, metallardan oksidlərə və nitridlərə qədər.

• Aşağı Temperaturda Əməliyyat, temperatura həssas substratlar üçün uyğundur.

3. Plazma ilə gücləndirilmiş kimyəvi buxar çökdürülməsi (PECVD)

PECVD silikon nitrid (SiNx), silikon dioksid (SiO₂) və amorf silisium kimi nazik təbəqələrin çökməsi üçün geniş istifadə olunur.

Prinsip:

PECVD sistemində prekursor qazlar vakuum kamerasına daxil edilir, burada aparıltılı boşalma plazmasıistifadə edərək yaradılır:

• RF həyəcanı

• DC yüksək gərginlik

• Mikrodalğalı və ya impuls mənbələri

Plazma qaz faza reaksiyalarını aktivləşdirir və nazik bir film yaratmaq üçün substratda çökən reaktiv növlər yaradır.

Depozit addımları:

1. Plazma əmələ gəlməsi
   Elektromaqnit sahələri ilə həyəcanlanan prekursor qazlar reaktiv radikallar və ionlar əmələ gətirmək üçün ionlaşır.

2. Reaksiya və Nəqliyyat
   Bu növlər substrata doğru hərəkət edərkən ikinci dərəcəli reaksiyalara məruz qalırlar.

3. Səth reaksiyası
   Substrata çatdıqda, onlar adsorblanır, reaksiya verir və möhkəm bir film meydana gətirirlər. Bəzi yan məhsullar qaz şəklində buraxılır.

PECVD üstünlükləri:

• Əla Vahidlikfilmin tərkibində və qalınlığında.

• Güclü yapışmahətta nisbətən aşağı çökmə temperaturlarında.

• Yüksək depozit dərəcələri, onu sənaye miqyaslı istehsal üçün əlverişli edir.

4. Nazik filmin xarakteristikası üsulları

Nazik filmlərin xüsusiyyətlərini başa düşmək keyfiyyətə nəzarət üçün vacibdir. Ümumi texnikalara aşağıdakılar daxildir:

(1) X-şüalarının difraksiyası (XRD)

• Məqsəd: Kristal strukturları, qəfəs sabitləri və istiqamətləri təhlil edin.

• Prinsip: Bragg qanununa əsaslanaraq, rentgen şüalarının kristal materialdan necə diffraksiya etdiyini ölçür.

• Proqramlar: Kristalloqrafiya, faza analizi, deformasiyanın ölçülməsi və nazik təbəqənin qiymətləndirilməsi.

(2) Skan edən Elektron Mikroskopiya (SEM)

• Məqsəd: Səthin morfologiyasını və mikrostrukturunu müşahidə edin.

• Prinsip: Nümunə səthini skan etmək üçün elektron şüasından istifadə edir. Aşkar edilmiş siqnallar (məsələn, ikincili və geri səpələnmiş elektronlar) səthin təfərrüatlarını ortaya qoyur.

• Proqramlar: Materialşünaslıq, nanotexnologiya, biologiya və uğursuzluq təhlili.

(3) Atom Qüvvət Mikroskopiyası (AFM)

• Məqsəd: Atom və ya nanometr ayırdetmədə təsvir səthləri.

• Prinsip: Kəskin zond daimi qarşılıqlı təsir qüvvəsini saxlayaraq səthi skan edir; şaquli yerdəyişmələr 3D topoqrafiya yaradır.

• Proqramlar: Nanostruktur tədqiqatları, səth pürüzlülüyünün ölçülməsi, biomolekulyar tədqiqatlar.