Ħarsa Ġenerali Komprensiva lejn it-Tekniki ta' Depożizzjoni ta' Film Irqiq: MOCVD, Magnetron Sputtering, u PECVD

Fil-manifattura tas-semikondutturi, filwaqt li l-fotolitografija u l-inċiżjoni huma l-proċessi l-aktar imsemmija, it-tekniki ta' depożizzjoni epitassjali jew ta' film irqiq huma daqstant kritiċi. Dan l-artikolu jintroduċi diversi metodi komuni ta' depożizzjoni ta' film irqiq użati fil-fabbrikazzjoni taċ-ċippijiet, inklużMOCVD, sputtering tal-manjetron, uPECVD.

Għaliex il-Proċessi ta' Film Irqiq Huma Essenzjali fil-Manifattura taċ-Ċipep?

Biex nispjegaw dan, immaġina ħobż ċatt moħmi sempliċi. Waħdu, jista’ jkollu togħma bla togħma. Madankollu, billi tiddispjaċi l-wiċċ b’zlazi differenti—bħal pejst tal-fażola mielħa jew ġulepp tal-malt ħelu—tista’ tbiddel it-togħma tiegħu kompletament. Dawn il-kisi li jtejbu t-togħma huma simili għalfilms irqaqfi proċessi tas-semikondutturi, filwaqt li l-ħobż ċatt innifsu jirrappreżenta l-sottostrat.

Fil-fabbrikazzjoni taċ-ċippijiet, il-films irqaq iservu bosta rwoli funzjonali—insulazzjoni, konduttività, passivazzjoni, assorbiment tad-dawl, eċċ.—u kull funzjoni teħtieġ teknika ta' depożizzjoni speċifika.

1. Depożizzjoni Kimika tal-Fwar Metallo-Organiku (MOCVD)

L-MOCVD hija teknika avvanzata ħafna u preċiża użata għad-depożizzjoni ta' films irqaq u nanostrutturi semikondutturi ta' kwalità għolja. Għandha rwol kruċjali fil-fabbrikazzjoni ta' apparati bħal LEDs, lejżers, u elettronika tal-enerġija.

Komponenti Ewlenin ta' Sistema MOCVD:

• Sistema ta' Kunsinna tal-Gass
  Responsabbli għall-introduzzjoni preċiża tar-reaġenti fil-kamra tar-reazzjoni. Dan jinkludi l-kontroll tal-fluss ta':

• Gassijiet trasportaturi

• Prekursuri metall-organiċi

• Gassijiet tal-idruri
  Is-sistema għandha valvi b'ħafna modi biex taqleb bejn il-modi ta' tkabbir u ta' tneħħija.

• Kamra tar-Reazzjoni
  Il-qalba tas-sistema fejn iseħħ it-tkabbir attwali tal-materjal. Il-komponenti jinkludu:

  • Susceptor tal-grafita (detentur tas-sottostrat)

  • Sensuri tat-tisħin u tat-temperatura

  • Portijiet ottiċi għal monitoraġġ in situ

  • Dirgħajn robotiċi għat-tagħbija/ħatt awtomatizzat tal-wejfers

• Sistema ta' Kontroll tat-Tkabbir
  Jikkonsisti minn kontrolluri tal-loġika programmabbli u kompjuter ospitanti. Dawn jiżguraw monitoraġġ preċiż u ripetibbiltà matul il-proċess ta' depożizzjoni.

• Monitoraġġ in situ
  Għodod bħal pirometri u riflettometri jkejlu:

  • Ħxuna tal-film

  • Temperatura tal-wiċċ

  • Kurvatura tas-sottostrat
    Dawn jippermettu feedback u aġġustament f'ħin reali.

• Sistema ta' Trattament tal-Egżost
  Jittratta prodotti sekondarji tossiċi bl-użu ta' dekompożizzjoni termali jew katalisi kimika biex jiżgura s-sikurezza u l-konformità ambjentali.

Konfigurazzjoni tar-Ras tad-Doċċa Magħluqa (CCS):

Fir-reatturi MOCVD vertikali, id-disinn tas-CCS jippermetti li l-gassijiet jiġu injettati b'mod uniformi permezz ta' żennuni alternanti fi struttura ta' ras tad-doċċa. Dan jimminimizza r-reazzjonijiet prematuri u jtejjeb it-taħlit uniformi.

• Il-susċettur tal-grafita li jdurjgħin aktar biex jomoġenizza s-saff tal-konfini tal-gassijiet, u b'hekk itejjeb l-uniformità tal-film madwar il-wejfer.

2. Sputtering tal-Manjetron

L-isputtering tal-manjetron huwa metodu ta' depożizzjoni fiżika tal-fwar (PVD) użat ħafna għad-depożizzjoni ta' films irqaq u kisi, partikolarment fl-elettronika, l-ottika, u ċ-ċeramika.

Prinċipju ta' Ħidma:

1. Materjal fil-Mira
   Il-materjal tas-sors li għandu jiġi depożitat—metall, ossidu, nitrid, eċċ.—huwa ffissat fuq katodu.

2. Kamra tal-Vakwu
   Il-proċess jitwettaq taħt vakwu għoli biex tiġi evitata l-kontaminazzjoni.

3. Ġenerazzjoni tal-Plażma
   Gass inert, tipikament argon, jiġi jonizzat biex jifforma plażma.

4. Applikazzjoni tal-Kamp Manjetiku
   Kamp manjetiku jillimita l-elettroni ħdejn il-mira biex itejjeb l-effiċjenza tal-jonizzazzjoni.

5. Proċess ta' Sputtering
   Il-joni jibbumbardjaw il-mira, u jkeċċu l-atomi li jivvjaġġaw mill-kompartiment u jiddepożitaw fuq is-sottostrat.

Vantaġġi tal-Magnetron Sputtering:

• Depożizzjoni Uniformi tal-Filmfuq żoni kbar.

• Kapaċità li Tiddepożita Komposti Kumplessi, inklużi ligi u ċeramika.

• Parametri tal-Proċess Aġġustabbligħal kontroll preċiż tal-ħxuna, il-kompożizzjoni u l-mikrostruttura.

• Kwalità Għolja tal-Filmb'adeżjoni qawwija u saħħa mekkanika.

• Kompatibilità Wiesgħa tal-Materjal, minn metalli għal ossidi u nitridi.

• Operazzjoni f'Temperatura Baxxa, adattat għal sottostrati sensittivi għat-temperatura.

3. Depożizzjoni Kimika tal-Fwar Imsaħħa bil-Plażma (PECVD)

Il-PECVD jintuża ħafna għad-depożizzjoni ta' films irqaq bħal nitrur tas-silikon (SiNx), dijossidu tas-silikon (SiO₂), u silikon amorfu.

Prinċipju:

F'sistema PECVD, il-gassijiet prekursuri jiġu introdotti f'kamra tal-vakwu fejnplażma ta' skariku tad-dawlhuwa ġġenerat bl-użu ta':

• Eċċitazzjoni RF

• Vultaġġ għoli DC

• Sorsi tal-microwave jew pulsati

Il-plażma tattiva r-reazzjonijiet fil-fażi tal-gass, u tiġġenera speċi reattivi li jiddepożitaw fuq is-sottostrat biex jiffurmaw film irqiq.

Passi ta' Depożizzjoni:

1. Formazzjoni tal-Plażma
   Eċċitati minn kampi elettromanjetiċi, il-gassijiet prekursuri jonizzaw biex jiffurmaw radikali u joni reattivi.

2. Reazzjoni u Trasport
   Dawn l-ispeċi jgħaddu minn reazzjonijiet sekondarji hekk kif jimxu lejn is-sottostrat.

3. Reazzjoni tal-wiċċ
   Malli jilħqu s-sottostrat, jassorbu, jirreaġixxu, u jiffurmaw film solidu. Xi prodotti sekondarji jiġu rilaxxati bħala gassijiet.

Benefiċċji tal-PECVD:

• Uniformità Eċċellentifil-kompożizzjoni u l-ħxuna tal-film.

• Adeżjoni Qawwijaanke f'temperaturi ta' depożizzjoni relattivament baxxi.

• Rati Għolja ta' Depożizzjoni, u b'hekk huwa adattat għall-produzzjoni fuq skala industrijali.

4. Tekniki ta' Karatterizzazzjoni ta' Film Irqiq

Il-fehim tal-proprjetajiet tal-films irqaq huwa essenzjali għall-kontroll tal-kwalità. Tekniki komuni jinkludu:

(1) Diffrazzjoni tar-raġġi-X (XRD)

• SkopAnalizza l-istrutturi tal-kristall, il-kostanti tal-kannizzata, u l-orjentazzjonijiet.

• PrinċipjuIbbażat fuq il-Liġi ta' Bragg, ikejjel kif ir-raġġi-X jiddiffrattaw minn ġo materjal kristallin.

• ApplikazzjonijietKristalografija, analiżi tal-fażi, kejl tat-tensjoni, u evalwazzjoni ta' film irqiq.

(2) Mikroskopija Elettronika tal-Iskannjar (SEM)

• SkopOsserva l-morfoloġija u l-mikrostruttura tal-wiċċ.

• PrinċipjuJuża raġġ ta' elettroni biex jiskennja l-wiċċ tal-kampjun. Sinjali skoperti (eż., elettroni sekondarji u mxerrda lura) jiżvelaw dettalji tal-wiċċ.

• ApplikazzjonijietXjenza tal-materjali, nanoteknoloġija, bijoloġija, u analiżi tal-ħsarat.

(3) Mikroskopija tal-Forza Atomika (AFM)

• SkopUċuħ tal-immaġni b'riżoluzzjoni atomika jew nanometrika.

• PrinċipjuSonda li taqta' sew tiskennja l-wiċċ filwaqt li żżomm forza ta' interazzjoni kostanti; l-ispostamenti vertikali jiġġeneraw topografija 3D.

• ApplikazzjonijietRiċerka dwar in-nanostruttura, kejl tal-ħruxija tal-wiċċ, studji bijomolekulari.