In halfgeleiervervaardiging, terwyl fotolitografie en ets die mees genoemde prosesse is, is epitaksiale of dunfilmafsettingstegnieke ewe krities. Hierdie artikel stel verskeie algemene dunfilmafsettingsmetodes bekend wat in skyfievervaardiging gebruik word, insluitendMOCVD, magnetron-sputtering, enPECVD.
Waarom is dunfilmprosesse noodsaaklik in skyfievervaardiging?
Ter illustrasie, verbeel jou 'n gewone gebakte platbrood. Op sy eie mag dit flauw smaak. Deur die oppervlak egter met verskillende souse te borsel – soos 'n hartige boontjiepasta of soet moutstroop – kan jy die geur heeltemal verander. Hierdie geurversterkende bedekkings is soortgelyk aandun filmsin halfgeleierprosesse, terwyl die platbrood self diesubstraat.
In skyfievervaardiging dien dun films talle funksionele rolle—isolasie, geleidingsvermoë, passivering, ligabsorpsie, ens.—en elke funksie vereis 'n spesifieke afsettingstegniek.
1. Metaal-Organiese Chemiese Dampafsetting (MOCVD)
MOCVD is 'n hoogs gevorderde en presiese tegniek wat gebruik word vir die afsetting van hoëgehalte-halfgeleier-dunfilms en nanostrukture. Dit speel 'n belangrike rol in die vervaardiging van toestelle soos LED's, lasers en kragelektronika.
Sleutelkomponente van 'n MOCVD-stelsel:
- Gasleweringstelsel
Verantwoordelik vir die presiese invoer van reaktante in die reaksiekamer. Dit sluit vloeibeheer in van:
-
Draergasse
-
Metaal-organiese voorlopers
-
Hidriedgasse
Die stelsel beskik oor meerwegkleppe vir die oorskakeling tussen groei- en suiweringsmodusse.
-
Reaksiekamer
Die hart van die stelsel waar werklike materiaalgroei plaasvind. Komponente sluit in:-
Grafiet susceptor (substraathouer)
-
Verwarmer- en temperatuursensors
-
Optiese poorte vir in-situ monitering
-
Robotarms vir outomatiese waferlaai/aflaai
-
- Groeibeheerstelsel
Bestaan uit programmeerbare logiese beheerders en 'n gasheerrekenaar. Dit verseker presiese monitering en herhaalbaarheid dwarsdeur die afsettingsproses. -
In-situ Monitering
Gereedskap soos pirometers en reflektometers meet:-
Filmdikte
-
Oppervlaktemperatuur
-
Substraatkromming
Dit maak intydse terugvoer en aanpassing moontlik.
-
- Uitlaatbehandelingstelsel
Behandel giftige neweprodukte deur termiese ontbinding of chemiese katalise te gebruik om veiligheid en omgewingsnakoming te verseker.
Geslote-gekoppelde stortkop (CCS) konfigurasie:
In vertikale MOCVD-reaktore laat die CCS-ontwerp toe dat gasse eenvormig ingespuit word deur afwisselende spuitstukke in 'n stortkopstruktuur. Dit verminder voortydige reaksies en verbeter eenvormige vermenging.
-
Dieroterende grafiet-susseptorhelp verder om die grenslaag van gasse te homogeniseer, wat die filmuniformiteit oor die wafer verbeter.
2. Magnetron-sputtering
Magnetronsputtering is 'n fisiese dampafsettingsmetode (PVD) wat wyd gebruik word vir die afsetting van dun films en bedekkings, veral in elektronika, optika en keramiek.
Werkbeginsel:
-
Teikenmateriaal
Die bronmateriaal wat neergelê moet word—metaal, oksied, nitride, ens.—word op 'n katode vasgemaak. -
Vakuumkamer
Die proses word onder hoë vakuum uitgevoer om kontaminasie te voorkom. -
Plasma-generasie
'n Inerte gas, tipies argon, word geïoniseer om plasma te vorm. -
Magnetiese Veld Toepassing
'n Magneetveld beperk elektrone naby die teiken om ionisasie-doeltreffendheid te verbeter. -
Sputterproses
Ione bombardeer die teiken en verdryf atome wat deur die kamer beweeg en op die substraat neerslaan.
Voordele van Magnetron-sputtering:
-
Eenvormige filmafsettingoor groot gebiede.
-
Vermoë om komplekse verbindings te deponeer, insluitend legerings en keramiek.
-
Verstelbare Prosesparametersvir presiese beheer van dikte, samestelling en mikrostruktuur.
-
Hoë filmgehaltemet sterk adhesie en meganiese sterkte.
-
Breë Materiaalversoenbaarheid, van metale tot oksiede en nitriede.
-
Lae-temperatuur werking, geskik vir temperatuurgevoelige substrate.
3. Plasma-versterkte Chemiese Dampafsetting (PECVD)
PECVD word wyd gebruik vir die afsetting van dun films soos silikonnitried (SiNx), silikondioksied (SiO₂) en amorfe silikon.
Beginsel:
In 'n PECVD-stelsel word voorlopergasse in 'n vakuumkamer ingebring waar 'ngloei-ontladingsplasmaword gegenereer deur gebruik te maak van:
-
RF-opwekking
-
GS hoë spanning
-
Mikrogolf- of gepulseerde bronne
Die plasma aktiveer die gasfasereaksies, wat reaktiewe spesies genereer wat op die substraat neerslaan om 'n dun film te vorm.
Deponeringsstappe:
-
Plasmavorming
Opgewek deur elektromagnetiese velde, ioniseer voorlopergasse om reaktiewe radikale en ione te vorm. -
Reaksie en Vervoer
Hierdie spesies ondergaan sekondêre reaksies soos hulle na die substraat beweeg. -
Oppervlakreaksie
Wanneer hulle die substraat bereik, adsorbeer hulle, reageer en vorm 'n soliede film. Sommige neweprodukte word as gasse vrygestel.
PECVD Voordele:
-
Uitstekende Eenvormigheidin filmsamestelling en dikte.
-
Sterk Adhesieselfs by relatief lae afsettingstemperature.
-
Hoë Depositokoerse, wat dit geskik maak vir produksie op industriële skaal.
4. Dunfilmkarakteriseringstegnieke
Om die eienskappe van dun films te verstaan, is dit noodsaaklik vir gehaltebeheer. Algemene tegnieke sluit in:
(1) X-straaldiffraksie (XRD)
-
DoelAnaliseer kristalstrukture, roosterkonstantes en oriëntasies.
-
BeginselGebaseer op Bragg se Wet, meet hoe X-strale deur 'n kristallyne materiaal diffrakteer.
-
ToepassingsKristallografie, fase-analise, spanningsmeting en dunfilm-evaluering.
(2) Skandeerelektronmikroskopie (SEM)
-
Doel: Neem oppervlakmorfologie en mikrostruktuur waar.
-
BeginselGebruik 'n elektronstraal om die monsteroppervlak te skandeer. Opgespoorde seine (bv. sekondêre en terugverspreide elektrone) onthul oppervlakbesonderhede.
-
ToepassingsMateriaalkunde, nanotegnologie, biologie en falingsanalise.
(3) Atoomkragmikroskopie (AFM)
-
DoelBeeldoppervlakke teen atoom- of nanometerresolusie.
-
Beginsel'n Skerp sonde skandeer die oppervlak terwyl 'n konstante interaksiekrag gehandhaaf word; vertikale verplasings genereer 'n 3D-topografie.
-
ToepassingsNanostruktuurnavorsing, oppervlakruheidmeting, biomolekulêre studies.
Plasingstyd: 25 Junie 2025