Një Përmbledhje Gjithëpërfshirëse e Teknikave të Depozitimit të Filmit të Hollë: MOCVD, Spërkatja Magnetronike dhe PECVD

Në prodhimin e gjysmëpërçuesve, ndërsa fotolitografia dhe gdhendja janë proceset më të përmendura, teknikat e depozitimit epitaksial ose të filmit të hollë janë po aq të rëndësishme. Ky artikull prezanton disa metoda të zakonshme të depozitimit të filmit të hollë të përdorura në prodhimin e çipave, duke përfshirëMOCVD, spërkatje magnetronike, dhePECVD.

Pse proceset e filmit të hollë janë thelbësore në prodhimin e çipave?

Për ta ilustruar, imagjinoni një bukë të sheshtë të pjekur. Vetë mund të ketë shije të zbehtë. Megjithatë, duke e lyer sipërfaqen me salca të ndryshme - si një pastë fasulesh të kripura ose shurup malti të ëmbël - mund ta transformoni plotësisht shijen e saj. Këto shtresa që përmirësojnë shijen janë të ngjashme mefilma të hollënë proceset gjysmëpërçuese, ndërsa vetë buka e sheshtë përfaqësonsubstrati.

Në prodhimin e çipave, filmat e hollë kryejnë role të shumta funksionale - izolim, përçueshmëri, pasivizim, thithje të dritës, etj. - dhe secili funksion kërkon një teknikë specifike depozitimi.

1. Depozitimi Kimik i Avujve Metal-Organikë (MOCVD)

MOCVD është një teknikë shumë e përparuar dhe precize që përdoret për depozitimin e filmave të hollë gjysmëpërçues dhe nanostrukturave me cilësi të lartë. Ajo luan një rol vendimtar në prodhimin e pajisjeve si LED-et, lazerët dhe elektronika e fuqisë.

Komponentët kryesorë të një sistemi MOCVD:

• Sistemi i Furnizimit me Gaz
  Përgjegjës për futjen e saktë të reagentëve në dhomën e reagimit. Kjo përfshin kontrollin e rrjedhës së:

• Gazrat bartës

• Pararendësit metalo-organik

• Gazrat hidride
  Sistemi përmban valvola shumëkahëshe për ndërrimin midis modaliteteve të rritjes dhe pastrimit.

• Dhoma e Reagimit
  Zemra e sistemit ku ndodh rritja aktuale e materialit. Komponentët përfshijnë:

  • Mbajtës grafiti (mbajtës i substratit)

  • Sensorë ngrohësi dhe temperature

  • Porta optike për monitorim në vend

  • Krahë robotikë për ngarkim/shkarkim automatik të pllakave të petëzuara

• Sistemi i Kontrollit të Rritjes
  Përbëhet nga kontrollues logjikë të programueshëm dhe një kompjuter pritës. Këta sigurojnë monitorim të saktë dhe përsëritshmëri gjatë gjithë procesit të depozitimit.

• Monitorimi në vend
  Mjete të tilla si pirometrat dhe reflektometrat matin:

  • Trashësia e filmit

  • Temperatura e sipërfaqes

  • Lakimi i substratit
    Këto mundësojnë reagime dhe rregullime në kohë reale.

• Sistemi i Trajtimit të Shkarkimeve
  Trajton nënproduktet toksike duke përdorur dekompozim termik ose katalizë kimike për të siguruar sigurinë dhe pajtueshmërinë mjedisore.

Konfigurimi i kokës së dushit me çiftëzim të mbyllur (CCS):

Në reaktorët vertikalë MOCVD, dizajni CCS lejon që gazrat të injektohen në mënyrë uniforme përmes grykave alternative në një strukturë të kokës së dushit. Kjo minimizon reaksionet e parakohshme dhe rrit përzierjen uniforme.

• I/E/Të/Tësusceptor grafiti rrotulluesndihmon më tej në homogjenizimin e shtresës kufitare të gazeve, duke përmirësuar uniformitetin e filmit në të gjithë pllakëzën.

2. Spërkatja me magnetron

Spërkatja me magnetron është një metodë fizike e depozitimit të avullit (PVD) që përdoret gjerësisht për depozitimin e filmave dhe veshjeve të holla, veçanërisht në elektronikë, optikë dhe qeramikë.

Parimi i Punës:

1. Materiali i synuar
   Materiali burimor që do të depozitohet - metal, oksid, nitrit etj. - është i fiksuar në një katodë.

2. Dhoma e vakumit
   Procesi kryhet nën vakum të lartë për të shmangur ndotjen.

3. Gjenerimi i plazmës
   Një gaz inert, zakonisht argoni, jonizohet për të formuar plazmën.

4. Zbatimi i fushës magnetike
   Një fushë magnetike kufizon elektronet pranë objektivit për të rritur efikasitetin e jonizimit.

5. Procesi i spërkatjes
   Jonet bombardojnë objektivin, duke zhvendosur atomet që udhëtojnë nëpër dhomë dhe depozitohen në substrat.

Avantazhet e spërkatjes me magnetron:

• Depozitimi i njëtrajtshëm i filmitnëpër zona të mëdha.

• Aftësia për të depozituar komponime komplekse, duke përfshirë lidhjet dhe qeramikën.

• Parametrat e procesit të akordueshëmpër kontroll të saktë të trashësisë, përbërjes dhe mikrostrukturës.

• Cilësi e lartë filmime ngjitje të fortë dhe rezistencë mekanike.

• Përputhshmëri e gjerë materialesh, nga metalet te oksidet dhe nitridet.

• Funksionim në temperaturë të ulët, i përshtatshëm për substrate të ndjeshme ndaj temperaturës.

3. Depozitimi Kimik i Avujve të Përmirësuar me Plazmë (PECVD)

PECVD përdoret gjerësisht për depozitimin e filmave të hollë si nitridi i silicit (SiNx), dioksidi i silicit (SiO₂) dhe silici amorf.

Parimi:

Në një sistem PECVD, gazrat pararendës futen në një dhomë vakumi ku njëplazma e shkarkimit të shkëlqimitgjenerohet duke përdorur:

• Ngacmim RF

• Tension i lartë DC

• Burime me mikrovalë ose pulsime

Plazma aktivizon reaksionet e fazës së gaztë, duke gjeneruar specie reaktive që depozitohen në substrat për të formuar një film të hollë.

Hapat e depozitimit:

1. Formimi i plazmës
   Të ngacmuar nga fushat elektromagnetike, gazrat pararendës jonizohen për të formuar radikale dhe jone reaktive.

2. Reagimi dhe Transporti
   Këto specie i nënshtrohen reaksioneve dytësore ndërsa lëvizin drejt substratit.

3. Reagimi sipërfaqësor
   Me të arritur në substrat, ato adsorbohen, reagojnë dhe formojnë një film të ngurtë. Disa nënprodukte çlirohen si gazra.

Përfitimet e PECVD:

• Uniformitet i shkëlqyernë përbërjen dhe trashësinë e filmit.

• Ngjitje e fortëedhe në temperatura relativisht të ulëta të depozitimit.

• Shkalla të Larta të Depozitimit, duke e bërë atë të përshtatshëm për prodhim në shkallë industriale.

4. Teknikat e Karakterizimit të Filmit të Hollë

Të kuptuarit e vetive të filmave të hollë është thelbësore për kontrollin e cilësisë. Teknikat e zakonshme përfshijnë:

(1) Difraksioni i rrezeve X (XRD)

• QëllimiAnalizoni strukturat kristalore, konstantet e rrjetës dhe orientimet.

• ParimiBazuar në Ligjin e Bragg-ut, mat se si rrezet X difraktohen përmes një materiali kristalor.

• AplikacionetKristalografia, analiza e fazës, matja e deformimit dhe vlerësimi i filmit të hollë.

(2) Mikroskopia Elektronike Skanuese (SEM)

• QëllimiVëzhgoni morfologjinë dhe mikrostrukturën e sipërfaqes.

• ParimiPërdor një rreze elektronesh për të skanuar sipërfaqen e mostrës. Sinjalet e zbuluara (p.sh., elektronet sekondare dhe të shpërndara prapa) zbulojnë detajet e sipërfaqes.

• AplikacionetShkenca e materialeve, nanoteknologjia, biologjia dhe analiza e dështimeve.

(3) Mikroskopia e Forcës Atomike (AFM)

• QëllimiSipërfaqet e imazhit me rezolucion atomik ose nanometër.

• ParimiNjë sondë e mprehtë skanon sipërfaqen duke ruajtur forcën konstante të bashkëveprimit; zhvendosjet vertikale gjenerojnë një topografi 3D.

• AplikacionetHulumtimi i nanostrukturës, matja e ashpërsisë së sipërfaqes, studimet biomolekulare.