Поўны агляд метадаў нанясення тонкіх плёнак: MOCVD, магнетроннае распыленне і PECVD

У вытворчасці паўправаднікоў, хоць фоталітаграфія і травленне з'яўляюцца найбольш часта згадваемымі працэсамі, эпітаксіяльныя або тонкаплёнкавыя метады нанясення не менш важныя. У гэтым артыкуле прадстаўлены некалькі распаўсюджаных метадаў нанясення тонкаплёнкавых матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца пры вырабе мікрасхем, у тым лікуMOCVD, магнетроннае распыленнеіПЭКВД.

Чаму працэсы тонкай плёнкі неабходныя ў вытворчасці мікрасхем?

Для прыкладу ўявіце сабе звычайную выпечаную аладку. Сама па сабе яна можа мець прэсны смак. Аднак, змазваючы паверхню рознымі соусамі — такімі як пікантная паста з фасолі або салодкі соладавы сіроп — вы можаце цалкам змяніць яе смак. Гэтыя пакрыцці, якія ўзмацняюць смак, падобныя натонкія плёнкіу паўправадніковых працэсах, у той час як сама лаваш прадстаўляесубстрат.

Пры вырабе мікрасхем тонкія плёнкі выконваюць мноства функцыянальных роляў — ізаляцыю, праводнасць, пасівацыю, паглынанне святла і г.д. — і кожная функцыя патрабуе пэўнай тэхнікі нанясення.

1. Металаарганічнае хімічнае асаджэнне з паравой фазы (MOCVD)

MOCVD — гэта высокапрасунуты і дакладны метад, які выкарыстоўваецца для нанясення высакаякасных тонкіх паўправадніковых плёнак і нанаструктур. Ён адыгрывае вырашальную ролю ў вырабе такіх прылад, як святлодыёды, лазеры і сілавая электроніка.

Асноўныя кампаненты сістэмы MOCVD:

• Сістэма падачы газу
  Адказвае за дакладнае ўвядзенне рэагентаў у рэакцыйную камеру. Гэта ўключае ў сябе кантроль патоку:

• Газы-носьбіты

• Металарганічныя папярэднікі

• Гідрыдныя газы
  Сістэма абсталявана шматхадовымі клапанамі для пераключэння паміж рэжымамі росту і прачысткі.

• Рэакцыявая камера
  Сэрца сістэмы, дзе адбываецца фактычны рост матэрыялу. Кампаненты ўключаюць:

  • Графітавы прыймальнік (трымальнік падкладкі)

  • Датчыкі награвальніка і тэмпературы

  • Аптычныя парты для маніторынгу на месцы

  • Рабатызаваныя рукі для аўтаматычнай загрузкі/выгрузкі пласцін

• Сістэма кантролю росту
  Складаецца з праграмуемых лагічных кантролераў і галоўнага кампутара. Гэта забяспечвае дакладны маніторынг і паўтаральнасць на працягу ўсяго працэсу нанясення.

• Маніторынг на месцы
  Такія прылады, як пірометры і рэфлектометры, вымяраюць:

  • Таўшчыня плёнкі

  • Тэмпература паверхні

  • Крывізна падкладкі
    Гэта дазваляе атрымліваць зваротную сувязь і карэкціроўку ў рэжыме рэальнага часу.

• Сістэма ачысткі выхлапных газаў
  Апрацоўвае таксічныя пабочныя прадукты з дапамогай тэрмічнага раскладання або хімічнага каталізу для забеспячэння бяспекі і адпаведнасці экалагічным нормам.

Канфігурацыя душавой лейкі з закрытым злучэннем (CCS):

У вертыкальных рэактарах MOCVD канструкцыя CCS дазваляе раўнамерна ўводзіць газы праз чаргуючыяся сопла ў канструкцыі душавой галоўкі. Гэта мінімізуе заўчасныя рэакцыі і паляпшае раўнамернае змешванне.

• Theкруцільны графітавы сусцэптардадаткова дапамагае гамагенізаваць памежны пласт газаў, паляпшаючы аднастайнасць плёнкі па ўсёй пласціне.

2. Магнетроннае распыленне

Магнетроннае распыленне — гэта метад фізічнага асаджэння з паравой фазы (PVD), які шырока выкарыстоўваецца для нанясення тонкіх плёнак і пакрыццяў, асабліва ў электроніцы, оптыцы і кераміцы.

Прынцып працы:

1. Мэтавы матэрыял
   Зыходны матэрыял, які трэба асадкаваць — метал, аксід, нітрыд і г.д. — фіксуецца на катодзе.

2. Вакуумная камера
   Працэс праводзіцца пад высокім вакуумам, каб пазбегнуць забруджвання.

3. Генерацыя плазмы
   Інэртны газ, звычайна аргон, іянізуецца з утварэннем плазмы.

4. Прымяненне магнітнага поля
   Магнітнае поле ўтрымлівае электроны паблізу мішэні, каб павысіць эфектыўнасць іянізацыі.

5. Працэс распылення
   Іоны бамбардзіруюць мішэнь, выбіваючы атамы, якія праходзяць праз камеру і асядаюць на падкладцы.

Перавагі магнетроннага распылення:

• Раўнамернае нанясенне плёнкіпа вялікіх тэрыторыях.

• Магчымасць нанясення складаных злучэнняў, у тым ліку сплаваў і керамікі.

• Наладжвальныя параметры працэсудля дакладнага кантролю таўшчыні, складу і мікраструктуры.

• Высокая якасць плёнкіз моцнай адгезіяй і механічнай трываласцю.

• Шырокая сумяшчальнасць з матэрыяламі, ад металаў да аксідаў і нітрыдаў.

• Нізкатэмпературная праца, падыходзіць для тэмпературна-адчувальных паверхняў.

3. Плазма-ўзмоцненае хімічнае асаджэнне з паравой фазы (PECVD)

PECVD шырока выкарыстоўваецца для нанясення тонкіх плёнак, такіх як нітрыд крэмнію (SiNx), дыяксід крэмнію (SiO₂) і аморфны крэмній.

Прынцып:

У сістэме PECVD газы-папярэднікі ўводзяцца ў вакуумную камеру, дзеплазма тлеючага разрадугенеруецца з дапамогай:

• РЧ-узбуджэнне

• Пастаянны ток высокага напружання

• Мікрахвалевыя або імпульсныя крыніцы

Плазма актывуе газафазныя рэакцыі, ствараючы рэактыўныя часціцы, якія асядаюць на падкладцы, утвараючы тонкую плёнку.

Этапы нанясення:

1. Утварэнне плазмы
   Узбуджаныя электрамагнітнымі палямі, газы-папярэднікі іянізуюцца, утвараючы рэактыўныя радыкалы і іоны.

2. Рэакцыя і транспарт
   Гэтыя віды падвяргаюцца другасным рэакцыям па меры руху да субстрата.

3. Павярхоўная рэакцыя
   Дасягнуўшы субстрата, яны адсарбуюцца, рэагуюць і ўтвараюць цвёрдую плёнку. Некаторыя пабочныя прадукты вылучаюцца ў выглядзе газаў.

Перавагі PECVD:

• Выдатная аднастайнасцьпа складзе і таўшчыні плёнкі.

• Моцная адгезіянават пры адносна нізкіх тэмпературах нанясення.

• Высокія хуткасці адкладання, што робіць яго прыдатным для вытворчасці ў прамысловай вытворчасці.

4. Метады характарыстыкі тонкіх плёнак

Разуменне ўласцівасцей тонкіх плёнак мае важнае значэнне для кантролю якасці. Распаўсюджаныя метады ўключаюць:

(1) Рэнтгенаўская дыфракцыя (XRD)

• МэтаАналізаваць крышталічныя структуры, пастаянныя рашоткі і арыентацыі.

• ПрынцыпЗыходзячы з закона Брэга, вымярае дыфракцыю рэнтгенаўскіх прамянёў праз крышталічны матэрыял.

• ПрыкладанніКрышталаграфія, фазавы аналіз, вымярэнне дэфармацыі і ацэнка тонкіх плёнак.

(2) Сканіруючая электронная мікраскапія (СЭМ)

• МэтаЗвярніце ўвагу на марфалогію і мікраструктуру паверхні.

• Прынцып: Выкарыстоўвае электронны прамень для сканавання паверхні ўзору. Выяўленыя сігналы (напрыклад, другасныя і зваротна рассеяныя электроны) выяўляюць дэталі паверхні.

• ПрыкладанніМатэрыялазнаўства, нанатэхналогіі, біялогія і аналіз разбурэння.

(3) Атамна-сілавая мікраскапія (АСМ)

• МэтаПаверхні выяваў з атамным або нанаметровым разрозненнем.

• ПрынцыпВостры зонд скануе паверхню, падтрымліваючы пастаянную сілу ўзаемадзеяння; вертыкальныя зрухі ствараюць трохмерную тапаграфію.

• ПрыкладанніДаследаванні нанаструктур, вымярэнне шурпатасці паверхні, біямалекулярныя даследаванні.