თხელი ფენის დეპონირების ტექნიკის ყოვლისმომცველი მიმოხილვა: MOCVD, მაგნიტრონული გაფრქვევა და PECVD

ნახევარგამტარების წარმოებაში, მიუხედავად იმისა, რომ ფოტოლითოგრაფია და გრავირება ყველაზე ხშირად ნახსენები პროცესებია, ეპიტაქსიური ან თხელი ფენის დეპონირების ტექნიკა თანაბრად კრიტიკულია. ეს სტატია წარმოგიდგენთ ჩიპების წარმოებაში გამოყენებულ რამდენიმე გავრცელებულ თხელი ფენის დეპონირების მეთოდს, მათ შორისMOCVD, მაგნეტრონული გაფრქვევადაPECVD.

რატომ არის თხელი აპკის პროცესები აუცილებელი ჩიპების წარმოებაში?

საილუსტრაციოდ, წარმოიდგინეთ უბრალო გამომცხვარი პური. თავისთავად, მას შეიძლება უგემური გემო ჰქონდეს. თუმცა, ზედაპირის სხვადასხვა სოუსით - მაგალითად, მარილიანი ლობიოს პასტით ან ტკბილი ალაოს სიროფით - წასმით, შეგიძლიათ მთლიანად შეცვალოთ მისი გემო. ეს არომატის გამაძლიერებელი საფარი მსგავსიათხელი ფილმებინახევარგამტარულ პროცესებში, მაშინ როდესაც თავად ბრტყელი პური წარმოადგენსსუბსტრატი.

ჩიპების დამზადებაში თხელი აპკები მრავალ ფუნქციურ როლს ასრულებენ — იზოლაციას, გამტარობას, პასივაციას, სინათლის შთანთქმას და ა.შ. — და თითოეული ფუნქცია მოითხოვს დეპონირების სპეციფიკურ ტექნიკას.

1. მეტალ-ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირება (MOCVD)

MOCVD არის მაღალგანვითარებული და ზუსტი ტექნიკა, რომელიც გამოიყენება მაღალი ხარისხის ნახევარგამტარული თხელი ფენების და ნანოსტრუქტურების დასაფენად. ის გადამწყვეტ როლს ასრულებს ისეთი მოწყობილობების წარმოებაში, როგორიცაა LED-ები, ლაზერები და დენის ელექტრონიკა.

MOCVD სისტემის ძირითადი კომპონენტები:

• გაზის მიწოდების სისტემა
  პასუხისმგებელია რეაქტანტების რეაქციის კამერაში ზუსტ შეყვანაზე. ეს მოიცავს შემდეგი პროცესების ნაკადის კონტროლს:

• გადამტანი აირები

• მეტალო-ორგანული წინამორბედები

• ჰიდრიდის აირები
  სისტემას აქვს მრავალმხრივი სარქველები ზრდისა და გაწმენდის რეჟიმებს შორის გადართვისთვის.

• რეაქციის კამერა
  სისტემის გული, სადაც ხდება მატერიალური ზრდა. კომპონენტები მოიცავს:

  • გრაფიტის დამჭერი (სუბსტრატის დამჭერი)

  • გამათბობელი და ტემპერატურის სენსორები

  • ოპტიკური პორტები ადგილზე მონიტორინგისთვის

  • რობოტული მკლავები ვაფლის ავტომატური ჩატვირთვის/გადმოტვირთვისთვის

• ზრდის კონტროლის სისტემა
  შედგება პროგრამირებადი ლოგიკური კონტროლერებისა და მასპინძელი კომპიუტერისგან. ესენი უზრუნველყოფენ ზუსტ მონიტორინგს და განმეორებადობას დეპონირების მთელი პროცესის განმავლობაში.

• ადგილზე მონიტორინგი
  ისეთი ხელსაწყოები, როგორიცაა პირომეტრები და რეფლექტომეტრები, ზომავენ:

  • ფირის სისქე

  • ზედაპირის ტემპერატურა

  • სუბსტრატის გამრუდება
    ეს საშუალებას იძლევა რეალურ დროში უკუკავშირისა და კორექტირების.

• გამონაბოლქვის გამწმენდი სისტემა
  ტოქსიკურ ქვეპროდუქტებს ამუშავებს თერმული დაშლის ან ქიმიური კატალიზის გამოყენებით, უსაფრთხოებისა და გარემოსდაცვითი შესაბამისობის უზრუნველსაყოფად.

დახურული შეერთების მქონე შხაპის თავის (CCS) კონფიგურაცია:

ვერტიკალურ MOCVD რეაქტორებში, CCS დიზაინი საშუალებას იძლევა, გაზები თანაბრად შეჰყავთ შხაპის თავის სტრუქტურაში მონაცვლეობითი საქშენების მეშვეობით. ეს მინიმუმამდე ამცირებს ნაადრევ რეაქციებს და აუმჯობესებს ერთგვაროვან შერევას.

• ისმბრუნავი გრაფიტის სუსცეპტორიდამატებით ხელს უწყობს გაზების სასაზღვრო ფენის ჰომოგენიზაციას, რაც აუმჯობესებს ფირის ერთგვაროვნებას ვაფლის გასწვრივ.

2. მაგნეტრონული გაფრქვევა

მაგნეტრონული გაფრქვევა არის ფიზიკური ორთქლის დეპონირების (PVD) მეთოდი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება თხელი ფენების და საფარის დასაფენად, განსაკუთრებით ელექტრონიკაში, ოპტიკასა და კერამიკაში.

მუშაობის პრინციპი:

1. სამიზნე მასალა
   დასალექი საწყისი მასალა — ლითონი, ოქსიდი, ნიტრიდი და ა.შ. — ფიქსირდება კათოდზე.

2. ვაკუუმური კამერა
   პროცესი ხორციელდება მაღალი ვაკუუმის ქვეშ, დაბინძურების თავიდან ასაცილებლად.

3. პლაზმის გენერაცია
   ინერტული აირი, როგორც წესი, არგონი, იონიზდება პლაზმის წარმოსაქმნელად.

4. მაგნიტური ველის გამოყენება
   მაგნიტური ველი ელექტრონებს სამიზნის მახლობლად აკავებს იონიზაციის ეფექტურობის გასაზრდელად.

5. გაფრქვევის პროცესი
   იონები ბომბავენ სამიზნეს, აძევებენ ატომებს, რომლებიც კამერაში გადიან და სუბსტრატზე ილექებიან.

მაგნეტრონული გაფრქვევის უპირატესობები:

• ერთგვაროვანი ფირის დეპონირებადიდ ტერიტორიებზე.

• რთული ნაერთების დეპონირების შესაძლებლობა, მათ შორის შენადნობები და კერამიკა.

• რეგულირებადი პროცესის პარამეტრებისისქის, შემადგენლობისა და მიკროსტრუქტურის ზუსტი კონტროლისთვის.

• მაღალი ხარისხის ფილმიძლიერი ადჰეზიით და მექანიკური სიმტკიცით.

• ფართო მასალების თავსებადობა, ლითონებიდან ოქსიდებამდე და ნიტრიდებამდე.

• დაბალი ტემპერატურის მუშაობა, შესაფერისია ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე სუბსტრატებისთვის.

3. პლაზმური გაძლიერებული ქიმიური ორთქლის დეპონირება (PECVD)

PECVD ფართოდ გამოიყენება ისეთი თხელი ფენების დასაფენად, როგორიცაა სილიციუმის ნიტრიდი (SiNx), სილიციუმის დიოქსიდი (SiO₂) და ამორფული სილიციუმი.

პრინციპი:

PECVD სისტემაში, პრეკურსორული აირები შეჰყავთ ვაკუუმურ კამერაში, სადაცპლაზმა „მბზინავი განმუხტვით“გენერირდება გამოყენებით:

• RF აგზნება

• მაღალი ძაბვა

• მიკროტალღური ან პულსური წყაროები

პლაზმა ააქტიურებს აირადის ფაზის რეაქციებს, რაც იწვევს რეაქტიული ნაწილაკების წარმოქმნას, რომლებიც სუბსტრატზე ილექება და თხელ ფენას წარმოქმნის.

დეპონირების ეტაპები:

1. პლაზმის ფორმირება
   ელექტრომაგნიტური ველებით აღგზნებული, წინამორბედი აირები იონიზდება და წარმოქმნის რეაქტიულ რადიკალებსა და იონებს.

2. რეაქცია და ტრანსპორტი
   ეს სახეობები სუბსტრატისკენ გადაადგილებისას მეორად რეაქციებს განიცდიან.

3. ზედაპირული რეაქცია
   სუბსტრატთან მოხვედრის შემდეგ, ისინი ადსორბირდებიან, რეაგირებენ და ქმნიან მყარ აპკს. ზოგიერთი თანმდევი პროდუქტი გამოიყოფა აირების სახით.

PECVD-ის უპირატესობები:

• შესანიშნავი ერთგვაროვნებაფირის შემადგენლობაში და სისქეში.

• ძლიერი ადჰეზიაშედარებით დაბალ დეპონირების ტემპერატურაზეც კი.

• მაღალი დეპონირების მაჩვენებლებირაც მას სამრეწველო მასშტაბის წარმოებისთვის შესაფერისს ხდის.

4. თხელი ფენის დახასიათების ტექნიკა

თხელი ფენების თვისებების გაგება ხარისხის კონტროლისთვის აუცილებელია. გავრცელებული ტექნიკა მოიცავს:

(1) რენტგენის დიფრაქცია (XRD)

• მიზანიკრისტალური სტრუქტურების, ბადის მუდმივებისა და ორიენტაციების ანალიზი.

• პრინციპიბრაგის კანონზე დაყრდნობით, ზომავს, თუ როგორ დიფრაქცირდება რენტგენის სხივები კრისტალურ მასალაში.

• აპლიკაციებიკრისტალოგრაფია, ფაზური ანალიზი, დეფორმაციის გაზომვა და თხელი ფენის შეფასება.

(2) სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპია (SEM)

• მიზანიდააკვირდით ზედაპირის მორფოლოგიას და მიკროსტრუქტურას.

• პრინციპინიმუშის ზედაპირის სკანირებისთვის იყენებს ელექტრონულ სხივს. აღმოჩენილი სიგნალები (მაგ., მეორადი და უკუგაფანტული ელექტრონები) ზედაპირის დეტალებს ავლენს.

• აპლიკაციებიმასალათმცოდნეობა, ნანოტექნოლოგია, ბიოლოგია და უკმარისობის ანალიზი.

(3) ატომური ძალის მიკროსკოპია (AFM)

• მიზანიგამოსახულების ზედაპირები ატომური ან ნანომეტრიული გარჩევადობით.

• პრინციპიბასრი ზონდი სკანირებს ზედაპირს მუდმივი ურთიერთქმედების ძალის შენარჩუნებით; ვერტიკალური გადაადგილებები წარმოქმნის 3D ტოპოგრაფიას.

• აპლიკაციებინანოსტრუქტურის კვლევა, ზედაპირის უხეშობის გაზომვა, ბიომოლეკულური კვლევები.