Жұқа пленканы тұндыру әдістеріне толық шолу: MOCVD, магнетронды шашырату және PECVD

Жартылай өткізгіштерді өндіруде фотолитография және сызу ең жиі айтылған процестер болғанымен, эпитаксиалды немесе жұқа қабықшаны тұндыру әдістері бірдей маңызды. Бұл мақалада чиптерді өндіруде қолданылатын бірнеше жалпы жұқа қабықшаны тұндыру әдістері, соның ішіндеMOCVD, магнетронды шашырау, жәнеPECVD.

Неліктен чип өндірісінде жұқа пленка процестері маңызды?

Суреттеу үшін қарапайым пісірілген нанды елестетіңіз. Өздігінен оның дәмі жұмсақ болуы мүмкін. Дегенмен, дәмді бұршақ пастасы немесе тәтті уыт сиропы сияқты әртүрлі соустармен бетті щеткамен щеткамен оның дәмін толығымен өзгерте аласыз. Дәмді жақсартатын бұл жабындар ұқсасжұқа пленкаларжартылай өткізгіш процестерде, ал шелпек өзі білдіредісубстрат.

Чиптерді өндіруде жұқа қабықшалар көптеген функционалды рөлдерді атқарады - оқшаулау, өткізгіштік, пассивация, жарықты сіңіру және т.б. және әрбір функция арнайы тұндыру әдісін қажет етеді.

1. Металл-органикалық химиялық буларды тұндыру (MOCVD)

MOCVD - жоғары сапалы жартылай өткізгішті жұқа қабықшалар мен наноқұрылымдарды тұндыру үшін қолданылатын жоғары жетілдірілген және дәл әдіс. Ол жарықдиодты шамдар, лазерлер және электр электроникасы сияқты құрылғыларды жасауда шешуші рөл атқарады.

MOCVD жүйесінің негізгі компоненттері:

• Газды жеткізу жүйесі
  Реакцияға түсетін заттарды реакция камерасына дәл енгізуге жауапты. Бұл ағынды бақылауды қамтиды:

• Тасымалдаушы газдар

• Металл-органикалық прекурсорлар

• Гидридті газдар
  Жүйеде өсу және тазарту режимдері арасында ауысуға арналған көп жақты клапандар бар.

• Реакция камерасы
  Нақты материалдық өсу орын алатын жүйенің жүрегі. Компоненттерге мыналар жатады:

  • Графит қабылдағыш (субстрат ұстағышы)

  • Жылытқыш және температура сенсорлары

  • In-situ бақылауға арналған оптикалық порттар

  • Вафлиді автоматтандырылған тиеу/түсіруге арналған роботты қолдар

• Өсуді бақылау жүйесі
  Бағдарламаланатын логикалық контроллерлерден және негізгі компьютерден тұрады. Бұл тұндыру процесінде дәл бақылауды және қайталануды қамтамасыз етеді.

• In-situ мониторингі
  Пирометрлер мен рефлекторлар сияқты құралдар мыналарды өлшейді:

  • Пленка қалыңдығы

  • Бет температурасы

  • Субстраттың қисаюы
    Олар нақты уақыттағы кері байланыс пен реттеуге мүмкіндік береді.

• Шығарынды тазарту жүйесі
  Қауіпсіздікті және қоршаған ортаны сақтауды қамтамасыз ету үшін термиялық ыдырау немесе химиялық катализ арқылы улы жанама өнімдерді өңдейді.

Жабық қосылатын душ басы (CCS) конфигурациясы:

Тік MOCVD реакторларында CCS дизайны газдарды душ кабинасының құрылымындағы ауыспалы саптамалар арқылы біркелкі айдауға мүмкіндік береді. Бұл ерте реакцияларды азайтады және біркелкі араластыруды жақсартады.

• Theайналмалы графит қабылдағышәрі қарай газдардың шекаралық қабатын гомогенизациялауға көмектеседі, пластинадағы пленканың біркелкілігін жақсартады.

2. Магнетронды шашырату

Магнетронды шашырату - жұқа қабықшалар мен жабындарды тұндыру үшін, әсіресе электроникада, оптикада және керамикада кеңінен қолданылатын будың физикалық тұндыру (PVD) әдісі.

Жұмыс принципі:

1. Мақсатты материал
   Тұндырылатын бастапқы материал — металл, оксид, нитрид және т.б. — катодқа бекітіледі.

2. Вакуумдық камера
   Ластануды болдырмау үшін процесс жоғары вакуумда орындалады.

3. Плазма генерациясы
   Инертті газ, әдетте аргон, плазманы қалыптастыру үшін иондалады.

4. Магниттік өрісті қолдану
   Магниттік өріс ионизация тиімділігін арттыру үшін нысанаға жақын электрондарды шектейді.

5. Шашырату процесі
   Иондар нысананы бомбалайды, камера арқылы өтетін атомдарды ығыстырып, субстратқа орналастырады.

Магнетронды шашыраудың артықшылықтары:

• Біркелкі пленка орналастыруүлкен аумақтарда.

• Кешенді қосылыстарды депозитке салу мүмкіндігі, соның ішінде қорытпалар мен керамика.

• Реттелетін процесс параметрлеріқалыңдығын, құрамын және микроқұрылымын дәл бақылау үшін.

• Жоғары фильм сапасыкүшті адгезиямен және механикалық беріктігімен.

• Кең материал үйлесімділігі, металдардан оксидтерге және нитридтерге дейін.

• Төмен температурада жұмыс істеу, температураға сезімтал субстраттар үшін қолайлы.

3. Плазмамен күшейтілген химиялық будың тұндыру (PECVD)

PECVD кремний нитриді (SiNx), кремний диоксиді (SiO₂) және аморфты кремний сияқты жұқа қабықшаларды тұндыру үшін кеңінен қолданылады.

Принцип:

PECVD жүйесінде прекурсорлық газдар вакуумдық камераға енгізіледі, мұнда ажарқыраған разряд плазмасыкөмегімен жасалады:

• РЖ қозу

• тұрақты жоғары кернеу

• Микротолқынды пеш немесе импульстік көздер

Плазма жұқа қабықша түзу үшін субстратқа шөгетін реактивті түрлерді тудырып, газ-фазалық реакцияларды белсендіреді.

Тұндыру қадамдары:

1. Плазманың түзілуі
   Электромагниттік өрістермен қоздырылған прекурсорлық газдар иондалып, реактивті радикалдар мен иондар түзеді.

2. Реакция және тасымалдау
   Бұл түрлер субстратқа қарай жылжыған кезде екінші реттік реакцияларға ұшырайды.

3. Беттік реакция
   Субстратқа жеткенде олар адсорбцияланады, реакцияға түседі және қатты пленка түзеді. Кейбір жанама өнімдер газ түрінде шығарылады.

PECVD артықшылықтары:

• Тамаша біркелкілікпленка құрамы мен қалыңдығы бойынша.

• Күшті адгезиятіпті салыстырмалы түрде төмен тұндыру температурасында.

• Депозиттердің жоғары мөлшерлемесі, оны өнеркәсіптік ауқымдағы өндіріске қолайлы етеді.

4. Жұқа қабықшаларды сипаттау әдістері

Сапаны бақылау үшін жұқа пленкалардың қасиеттерін түсіну өте маңызды. Жалпы техникаларға мыналар жатады:

(1) Рентген сәулелерінің дифракциясы (XRD)

• Мақсат: Кристалл құрылымдарын, тор константаларын және бағдарларды талдау.

• Принцип: Брегг заңына сүйене отырып, рентген сәулелерінің кристалдық материал арқылы дифракциялануын өлшейді.

• Қолданбалар: Кристаллография, фазалық талдау, деформацияны өлшеу және жұқа қабықшаны бағалау.

(2) Сканерлеуші ​​электрондық микроскопия (SEM)

• Мақсат: Бетінің морфологиясы мен микроқұрылымын бақылаңыз.

• Принцип: Үлгі бетін сканерлеу үшін электронды сәулені пайдаланады. Анықталған сигналдар (мысалы, қайталама және кері шашыраған электрондар) беттік мәліметтерді көрсетеді.

• Қолданбалар: Материалтану, нанотехнология, биология және сәтсіздіктерді талдау.

(3) Атомдық күш микроскопиясы (AFM)

• Мақсат: Атомдық немесе нанометрлік ажыратымдылықтағы кескін беттері.

• Принцип: Үшкір зонд тұрақты әрекеттесу күшін сақтай отырып, бетті сканерлейді; тік жылжулар 3D топографиясын жасайды.

• Қолданбалар: Наноқұрылымды зерттеу, беттің кедір-бұдырлығын өлшеу, биомолекулалық зерттеулер.