Сеопфатен преглед на техниките за таложење на тенок филм: MOCVD, магнетронско распрскување и PECVD

Во производството на полупроводници, иако фотолитографијата и бакирањето се најчесто споменуваните процеси, техниките на епитаксијално или тенкофилмско таложење се подеднакво критични. Оваа статија воведува неколку вообичаени методи на тенкофилмско таложење што се користат во производството на чипови, вклучувајќиМОЦВД, магнетронско распрскување, иПЕКВД.

Зошто процесите со тенки филмови се неопходни во производството на чипови?

За илустрација, замислете обичен печен леб. Сам по себе, може да има благ вкус. Сепак, со премачкување на површината со различни сосови - како солена паста од грав или сладок сируп од слад - можете целосно да го трансформирате неговиот вкус. Овие облоги за подобрување на вкусот се слични натенки филмовиво полупроводничките процеси, додека самиот леб го претставувасупстрат.

Во производството на чипови, тенките филмови служат за бројни функционални улоги - изолација, спроводливост, пасивација, апсорпција на светлина итн. - и секоја функција бара специфична техника на депозиција.

1. Метално-органско хемиско таложење на пареа (MOCVD)

MOCVD е високо напредна и прецизна техника што се користи за таложење на висококвалитетни полупроводнички тенки филмови и наноструктури. Игра клучна улога во производството на уреди како LED диоди, ласери и енергетска електроника.

Клучни компоненти на MOCVD системот:

• Систем за испорака на гас
  Одговорен за прецизно внесување на реактанти во реакционата комора. Ова вклучува контрола на протокот на:

• Носечки гасови

• Метално-органски прекурсори

• Хидридни гасови
  Системот има повеќенасочни вентили за префрлување помеѓу режимите на раст и прочистување.

• Реакциона комора
  Срцето на системот каде што се случува вистинскиот раст на материјалот. Компонентите вклучуваат:

  • Графитен сусцептор (држач на подлогата)

  • Сензори за грејач и температура

  • Оптички порти за мониторинг на лице место

  • Роботски раце за автоматско полнење/растоварување на плочки

• Систем за контрола на растот
  Се состои од програмабилни логички контролери и домаќински компјутер. Тие обезбедуваат прецизно следење и повторување во текот на целиот процес на депонирање.

• Мониторинг на лице место
  Алатки како што се пирометри и рефлектометри мерат:

  • Дебелина на филмот

  • Температура на површината

  • Закривеност на подлогата
    Ова овозможува повратни информации и прилагодување во реално време.

• Систем за третман на издувни гасови
  Ги третира токсичните нуспроизводи со употреба на термичко распаѓање или хемиска катализа за да се обезбеди безбедност и усогласеност со еколошките прописи.

Конфигурација на туш со затворен спој (CCS):

Кај вертикалните MOCVD реактори, дизајнот на CCS овозможува гасовите рамномерно да се вбризгуваат преку наизменични млазници во структура на туш. Ова ги минимизира предвремените реакции и го подобрува рамномерното мешање.

• Наротирачки графитен сусцептордополнително помага во хомогенизација на граничниот слој на гасови, подобрувајќи ја униформноста на филмот низ целата плочка.

2. Магнетронско распрскување

Магнетронското распрскување е метод на физичко таложење со пареа (PVD) што се користи нашироко за таложење на тенки филмови и премази, особено во електрониката, оптиката и керамиката.

Принцип на работа:

1. Целен материјал
   Изворниот материјал што треба да се депонира - метал, оксид, нитрид итн. - е фиксиран на катода.

2. Вакуумска комора
   Процесот се изведува под висок вакуум за да се избегне контаминација.

3. Генерација на плазма
   Инертен гас, обично аргон, се јонизира за да формира плазма.

4. Примена на магнетно поле
   Магнетното поле ги ограничува електроните во близина на целта за да ја зголеми ефикасноста на јонизацијата.

5. Процес на распрскување
   Јоните ја бомбардираат целта, поместувајќи ги атомите што патуваат низ комората и се таложат на подлогата.

Предности на магнетронското распрскување:

• Униформно нанесување на филмниз големи површини.

• Способност за депонирање на комплексни соединенија, вклучувајќи легури и керамика.

• Параметри на процесот што може да се подесуваатза прецизна контрола на дебелината, составот и микроструктурата.

• Висок квалитет на филмсо силна адхезија и механичка цврстина.

• Широка компатибилност на материјалите, од метали до оксиди и нитриди.

• Работа на ниска температура, погоден за подлоги чувствителни на температура.

3. Хемиско таложење на пареа засилено со плазма (PECVD)

PECVD е широко користен за таложење на тенки филмови како силициум нитрид (SiNx), силициум диоксид (SiO₂) и аморфен силициум.

Принцип:

Во PECVD систем, прекурсорните гасови се внесуваат во вакуумска комора каде штоплазма со сјајно празнењесе генерира со помош на:

• RF возбудување

• Висок напон на еднонасочна струја

• Микробранови или пулсирачки извори

Плазмата ги активира реакциите во гасна фаза, генерирајќи реактивни видови кои се таложат на подлогата и формираат тенок филм.

Чекори за депонирање:

1. Формирање на плазма
   Возбудени од електромагнетни полиња, прекурсорните гасови јонизираат за да формираат реактивни радикали и јони.

2. Реакција и транспорт
   Овие видови подлежат на секундарни реакции како што се движат кон подлогата.

3. Површинска реакција
   По достигнувањето на подлогата, тие се адсорбираат, реагираат и формираат цврст филм. Некои нуспроизводи се ослободуваат како гасови.

Предности на PECVD:

• Одлична униформноство составот и дебелината на филмот.

• Силна адхезијадури и при релативно ниски температури на таложење.

• Високи стапки на таложење, што го прави погоден за производство на индустриско ниво.

4. Техники за карактеризација на тенок филм

Разбирањето на својствата на тенките филмови е од суштинско значење за контрола на квалитетот. Вообичаените техники вклучуваат:

(1) Дифракција на Х-зраци (XRD)

• НаменаАнализирајте ги кристалните структури, константите на решетката и ориентациите.

• ПринципВрз основа на Бреговиот закон, мери како Х-зраците се дифракционираат низ кристален материјал.

• АпликацииКристалографија, фазна анализа, мерење на деформација и евалуација на тенок филм.

(2) Скенирање на електронска микроскопија (SEM)

• НаменаНабљудувајте ја површинската морфологија и микроструктурата.

• Принцип: Користи електронски зрак за скенирање на површината на примерокот. Детектираните сигнали (на пр., секундарни и обратно расеани електрони) откриваат детали од површината.

• Апликации: Наука за материјали, нанотехнологија, биологија и анализа на дефекти.

(3) Атомска силова микроскопија (AFM)

• Намена: Површини на слики со атомска или нанометарска резолуција.

• ПринципОстра сонда ја скенира површината додека одржува константна сила на интеракција; вертикалните поместувања генерираат 3Д топографија.

• АпликацииИстражување на наноструктури, мерење на површинска грубост, биомолекуларни студии.