Yfirlit yfir þunnfilmuútfellingaraðferðir: MOCVD, segulspúttering og PECVD

Í framleiðslu hálfleiðara, þótt ljósritun og etsun séu algengustu aðferðirnar sem nefndar eru, eru epitaxial eða þunnfilmuútfellingaraðferðir jafn mikilvægar. Þessi grein kynnir nokkrar algengar þunnfilmuútfellingaraðferðir sem notaðar eru í örgjörvaframleiðslu, þar á meðalMOCVD, segulspúttrunogPECVD.

Hvers vegna eru þunnfilmuframleiðsluferli nauðsynleg í örgjörvaframleiðslu?

Til dæmis, ímyndaðu þér flatbrauð. Það eitt og sér gæti verið bragðlaust. Hins vegar, með því að pensla yfirborðið með mismunandi sósum - eins og bragðmiklu baunamauki eða sætu maltsírópi - geturðu gjörbreytt bragðinu. Þessar bragðbætandi hjúpanir eru svipaðar ogþunnar filmurí hálfleiðaraferlum, en flatbrauðið sjálft táknarundirlag.

Í flísasmíði gegna þunnfilmur fjölmörgum hlutverkum — einangrun, leiðni, óvirkjun, ljósgleypni o.s.frv. — og hvert hlutverk krefst sérstakrar útfellingaraðferðar.

1. Útfelling málm-lífrænna efnagufa (MOCVD)

MOCVD er mjög háþróuð og nákvæm tækni sem notuð er til að setja hágæða hálfleiðaraþunnfilmur og nanóbyggingar. Hún gegnir lykilhlutverki í framleiðslu tækja eins og LED-ljósa, leysigeisla og rafeindabúnaðar.

Lykilþættir MOCVD kerfis:

• Gasafhendingarkerfi
  Ber ábyrgð á nákvæmri innleiðingu hvarfefna í hvarfklefann. Þetta felur í sér flæðisstýringu á:

• Burðargas

• Málm-lífræn forverar

• Hýdríðgas
  Kerfið er með fjölvega loka til að skipta á milli vaxtar- og hreinsunarhams.

• Viðbragðsklefi
  Hjarta kerfisins þar sem raunverulegur efnisvöxtur á sér stað. Meðal íhluta eru:

  • Grafít susceptor (hvarfefnishaldari)

  • Hitaskynjarar og hitaskynjarar

  • Sjóntengi fyrir eftirlit á staðnum

  • Vélmennaarmar fyrir sjálfvirka hleðslu/losun á skífum

• Vaxtarstýringarkerfi
  Samanstendur af forritanlegum rökstýringum og tölvu. Þetta tryggir nákvæma vöktun og endurtekningarhæfni í gegnum allt útfellingarferlið.

• Eftirlit á staðnum
  Verkfæri eins og hitamælar og endurskinsmælar mæla:

  • Þykkt filmu

  • Yfirborðshitastig

  • Kúgun undirlags
    Þetta gerir kleift að fá endurgjöf og aðlögun í rauntíma.

• Útblástursmeðferðarkerfi
  Meðhöndlar eitraðar aukaafurðir með varmauppbroti eða efnahvötun til að tryggja öryggi og umhverfissamræmi.

Stilling á lokuðum sturtuhaus (CCS):

Í lóðréttum MOCVD hvarfefnum gerir CCS hönnunin kleift að lofttegundir séu dæltar jafnt inn í gegnum skiptis stúta í sturtuhausbyggingu. Þetta lágmarkar ótímabæra efnahvörf og eykur jafna blöndun.

• Hinnsnúnings grafítviðnámsmælirhjálpar enn frekar til við að einsleita mörk lofttegunda, sem bætir einsleitni filmunnar yfir skífuna.

2. Segulspúttrun

Segulspúttering er aðferð til að setja á þunnfilmur og húðanir með segulmagnaðir vírar (PVD) sem er mikið notuð til að setja á þunnfilmur og húðanir, sérstaklega í rafeindatækni, ljósfræði og keramik.

Vinnuregla:

1. Markmiðsefni
   Upprunaefnið sem á að setja niður — málmur, oxíð, nítríð o.s.frv. — er fest á katóðu.

2. Lofttæmishólf
   Ferlið er framkvæmt undir miklu lofttæmi til að forðast mengun.

3. Plasmaframleiðsla
   Óvirkt gas, venjulega argon, er jónað til að mynda plasma.

4. Umsókn um segulsvið
   Segulsvið heldur rafeindum nálægt skotmarkinu til að auka jónunarvirkni.

5. Sprautunarferli
   Jónir ráðast á skotmarkið og losa atóm sem ferðast í gegnum hólfið og setjast á undirlagið.

Kostir segulspúttunar:

• Samræmd filmuútfellingyfir stór svæði.

• Geta til að setja flókin efnasambönd, þar á meðal málmblöndur og keramik.

• Stillanleg ferlisbreyturtil að stjórna nákvæmri þykkt, samsetningu og örbyggingu.

• Hágæða kvikmyndmeð sterkri viðloðun og vélrænum styrk.

• Víðtæk efnissamrýmanleiki, frá málmum til oxíða og nítríða.

• Lághitaaðgerð, hentugur fyrir hitanæm undirlag.

3. Plasma-aukin efnagufuútfelling (PECVD)

PECVD er mikið notað til að setja saman þunnfilmur eins og kísillnítríð (SiNx), kísildíoxíð (SiO₂) og ókristölluð kísill.

Meginregla:

Í PECVD kerfi eru forveralofttegundir settar inn í lofttæmishólf þar semglóandi útblástursplasmaer búið til með því að nota:

• RF örvun

• Jafnstraums háspenna

• Örbylgju- eða púlsgjafar

Plasmaið virkjar gasfasahvörfin og myndar hvarfgjörn efni sem setjast á undirlagið og mynda þunna filmu.

Útfellingarskref:

1. Plasmamyndun
   Undir áhrifum rafsegulsviða jónast forveragös og mynda hvarfgjörn stakeindir og jónir.

2. Viðbrögð og flutningur
   Þessar tegundir gangast undir aukaverkanir þegar þær færast í átt að undirlaginu.

3. Yfirborðsviðbrögð
   Þegar þau ná til undirlagsins taka þau upp, hvarfast og mynda fasta himnu. Sumar aukaafurðir losna sem lofttegundir.

Kostir PECVD:

• Frábær einsleitnií samsetningu og þykkt filmu.

• Sterk viðloðunjafnvel við tiltölulega lágt útfellingarhitastig.

• Hátt innlánshlutfall, sem gerir það hentugt fyrir iðnaðarframleiðslu.

4. Aðferðir til að greina þunnfilmu

Að skilja eiginleika þunnfilma er nauðsynlegt fyrir gæðaeftirlit. Algengar aðferðir eru meðal annars:

(1) Röntgengeislun (XRD)

• TilgangurGreina kristalbyggingu, grindarfasta og stefnur.

• MeginreglaMælir, byggt á lögmáli Braggs, hvernig röntgengeislar falla í gegnum kristallað efni.

• UmsóknirKristallagrafía, fasagreining, álagsmælingar og þunnfilmumat.

(2) Skannandi rafeindasmásjá (SEM)

• TilgangurAthugaðu yfirborðsformgerð og örbyggingu.

• MeginreglaNotar rafeindageisla til að skanna yfirborð sýnisins. Mæld merki (t.d. auka- og afturdreifðar rafeindir) sýna smáatriði á yfirborðinu.

• UmsóknirEfnisfræði, nanótækni, líffræði og bilanagreining.

(3) Atómkraftssmásjá (AFM)

• TilgangurMyndfletir með atóm- eða nanómetraupplausn.

• MeginreglaSkarpur mælir skannar yfirborðið og viðheldur stöðugum víxlverkunarkrafti; lóðréttar tilfærslur mynda þrívíddar landslag.

• UmsóknirRannsóknir á nanóbyggingu, mælingar á yfirborðshrjúfleika, rannsóknir á lífsameindum.