In wiidweidich oersjoch fan tinne-filmôfsettingstechniken: MOCVD, magnetronsputtering en PECVD

Yn 'e produksje fan healgeleiders, wylst fotolitografy en etsen de meast neamde prosessen binne, binne epitaksiale of tinne-filmôfsettingstechniken like kritysk. Dit artikel yntrodusearret ferskate mienskiplike tinne-filmôfsettingsmetoaden dy't brûkt wurde by chipfabrikaasje, ynklusyfMOCVD, magnetronsputtering, enPECVD.

Wêrom binne tinne-filmprosessen essensjeel yn chipproduksje?

Om te yllustrearjen, stel jo in gewoane bakte platbrea foar. Op himsels kin it flau smaakje. Troch it oerflak lykwols te boarsteljen mei ferskate sauzen - lykas in hartige beanepasta of swiete moutsiroop - kinne jo de smaak folslein feroarje. Dizze smaakferbetterjende coatings binne fergelykber meitinne filmsyn healgeleiderprosessen, wylst it flakbrea sels desubstraat.

By chipfabrikaasje tsjinje tinne films ferskate funksjonele rollen - isolaasje, gelieding, passivaasje, ljochtabsorpsje, ensfh. - en elke funksje fereasket in spesifike ôfsettingstechnyk.

1. Metaal-Organyske Gemyske Dampôfsetting (MOCVD)

MOCVD is in tige avansearre en presys technyk dy't brûkt wurdt foar it ôfsetten fan tinne films en nanostrukturen fan hege kwaliteit dy't healgeleiders brûke. It spilet in krúsjale rol yn 'e fabrikaazje fan apparaten lykas LED's, lasers en krêftelektronika.

Wichtige ûnderdielen fan in MOCVD-systeem:

• Gasleveringssysteem
  Ferantwurdlik foar de krekte ynfiering fan reaktanten yn 'e reaksjekeamer. Dit omfettet streamkontrôle fan:

• Draaggassen

• Metaal-organyske foargongers

• Hydride gassen
  It systeem hat mearwegskleppen foar it wikseljen tusken groei- en purge-modi.

• Reaksjekeamer
  It hert fan it systeem dêr't de werklike materiaalgroei plakfynt. Komponinten omfetsje:

  • Graphite susceptor (substraathâlder)

  • Ferwaarmings- en temperatuersensors

  • Optyske poarten foar yn-situ monitoring

  • Robotyske earms foar automatysk laden/lossen fan wafers

• Groeikontrôlesysteem
  Bestiet út programmeerbere logyske controllers en in hostkompjûter. Dizze soargje foar krekte monitoaring en werhelberens yn it heule ôfsettingsproses.

• Yn-situ monitoaring
  Ark lykas pyrometers en reflektometers mjitte:

  • Filmdikte

  • Oerflaktemperatuer

  • Substraatkromming
    Dizze meitsje feedback en oanpassing yn realtime mooglik.

• Útlaatbehannelingssysteem
  Behannelet giftige byprodukten mei termyske ûntbining of gemyske katalyse om feiligens en miljeu-neilibjen te garandearjen.

Konfiguraasje fan sletten dûskop (CCS):

Yn fertikale MOCVD-reaktors makket it CCS-ûntwerp it mooglik om gassen unifoarm ynjektearre te wurden troch ôfwikseljende nozzles yn in dûskopstruktuer. Dit minimalisearret te betiid reaksjes en ferbetteret unifoarme minging.

• Derotearjende grafyt-susceptorhelpt fierder by it homogenisearjen fan 'e grinslaach fan gassen, wêrtroch't de filmuniformiteit oer de wafer ferbettere wurdt.

2. Magnetronsputtering

Magnetronsputtering is in metoade foar fysike dampôfsetting (PVD) dy't breed brûkt wurdt foar it ôfsetten fan tinne films en coatings, benammen yn elektroanika, optika en keramyk.

Wurkprinsipe:

1. Doelmateriaal
   It boarnemateriaal dat ôfset wurde moat - metaal, okside, nitride, ensfh. - wurdt fêstmakke op in katode.

2. Vakuümkeamer
   It proses wurdt útfierd ûnder hege fakuüm om fersmoarging te foarkommen.

3. Plasma-generaasje
   In inert gas, typysk argon, wurdt ionisearre om plasma te foarmjen.

4. Magnetyske fjildapplikaasje
   In magnetysk fjild beheint elektroanen tichtby it doel om de ionisaasje-effisjinsje te ferbetterjen.

5. Sputterproses
   Ionen bombardearje it doel, wêrtroch't atomen dy't troch de keamer reizgje en op it substraat ôfsette, loskomme.

Foardielen fan magnetronsputtering:

• Uniforme filmôfsettingoer grutte gebieten.

• Mooglikheid om komplekse ferbiningen te deponearjen, ynklusyf legearingen en keramyk.

• Ynstelbere prosesparametersfoar krekte kontrôle fan dikte, gearstalling en mikrostruktuer.

• Hege filmkwaliteitmei sterke adhesion en meganyske sterkte.

• Brede materiaalkompatibiliteit, fan metalen oant oksiden en nitriden.

• Leechtemperatueroperaasje, geskikt foar temperatuergefoelige substraten.

3. Plasma-fersterke gemyske dampôfsetting (PECVD)

PECVD wurdt in soad brûkt foar it ôfsetten fan tinne films lykas silisiumnitride (SiNx), silisiumdiokside (SiO₂) en amorf silisium.

Prinsipe:

Yn in PECVD-systeem wurde foargongergassen yn in fakuümkeamer ynfierd dêr't ingloei-ûntladingsplasmawurdt generearre mei help fan:

• RF-eksitaasje

• DC hege spanning

• Mikrogolf- of pulsboarnen

It plasma aktivearret de gasfaze-reaksjes, wêrtroch reaktive soarten generearre wurde dy't op it substraat ôfsette om in tinne film te foarmjen.

Deposysjestappen:

1. Plasmafoarming
   Oanstutsen troch elektromagnetyske fjilden ionisearje foargongergassen om reaktive radikalen en ioanen te foarmjen.

2. Reaksje en ferfier
   Dizze soarten ûndergeane sekundêre reaksjes as se nei it substraat bewege.

3. Oerflakreaksje
   As se it substraat berikke, adsorbearje se, reagearje se en foarmje se in fêste film. Guon byprodukten wurde frijlitten as gassen.

PECVD-foardielen:

• Uitstekende Uniformiteityn filmkomposysje en dikte.

• Sterke adhesionsels by relatyf lege ôfsettingstemperatueren.

• Hege ôfsettingsraten, wêrtroch't it geskikt is foar produksje op yndustriële skaal.

4. Techniken foar karakterisaasje fan tinne film

It begripen fan 'e eigenskippen fan tinne films is essensjeel foar kwaliteitskontrôle. Faak foarkommende techniken omfetsje:

(1) Röntgendiffraksje (XRD)

• DoelAnalysearje kristalstrukturen, roosterkonstanten en oriïntaasjes.

• PrinsipeMjit op basis fan 'e wet fan Bragg hoe't röntgenstrielen troch in kristallijn materiaal diffraktearje.

• ApplikaasjesKristallografy, faze-analyze, spanningsmjitting en tinne-filmevaluaasje.

(2) Skannende elektronenmikroskopie (SEM)

• DoelObservearje oerflakmorfology en mikrostruktuer.

• PrinsipeBrûkt in elektronenstriel om it oerflak fan it stekproef te scannen. Detektearre sinjalen (bygelyks sekundêre en weromfersprate elektroanen) litte details fan it oerflak sjen.

• ApplikaasjesMateriaalkunde, nanotechnology, biology en falingsanalyse.

(3) Atoomkrêftmikroskopie (AFM)

• DoelOfbyldingsoerflakken mei atomêre of nanometerresolúsje.

• PrinsipeIn skerpe sonde scant it oerflak wylst in konstante ynteraksjekrêft behâlden wurdt; fertikale ferpleatsingen generearje in 3D-topografy.

• ApplikaasjesNanostruktuerûndersyk, mjitting fan oerflakteruwheid, biomolekulêre stúdzjes.