Μια εισαγωγή στις τεχνικές αποθέσεως επιταξίας στην παραγωγή ημιαγωγών

Σε επεξεργασία ημιαγωγώνφωτολιθογραφίακαιΈξοδοςΑλλά ακριβώς δίπλα τους υπάρχει μια άλλη κρίσιμη κατηγορία:αποθέματα επιταξίας.

Γιατί είναι απαραίτητες αυτές οι διαδικασίες αποθέματος στην κατασκευή τσιπ;

Για παράδειγμα, μια απλή, τετράγωνη σούπα χωρίς προσθήκη είναι απαλή και αδιαμφισβήτητη.Άλλοι το προτιμούν γλυκό και με σιρόπι.Οι επιχρίσεις αυτές αλλάζουν δραματικά τη γεύση και το χαρακτήρα του πλατύ ψωμιού.Πλατείααντιπροσωπεύει τηνυποστρώμα, και τοεπικάλυψηαντιπροσωπεύειλειτουργικό επίπεδοΑκριβώς όπως διαφορετικά επιθέματα δημιουργούν διαφορετικές γεύσεις, διαφορετικά εναποθετημένα φιλμ προσδίδουν εντελώς διαφορετικές ηλεκτρικές ή οπτικές ιδιότητες στο βάσιμο πλακάκι.

Στην κατασκευή ημιαγωγών, ένα ευρύ φάσμαλειτουργικά στρώματαΣε αυτό το άρθρο παρουσιάζουμε σύντομα αρκετές ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνικές εναπόθεσης, συμπεριλαμβανομένων:

• MOCVD(Αποθέτηση χημικών ατμών μετάλλων-οργανικών)
• Επικαιροποίηση του ηλεκτρονικού εξοπλισμού
• PECVD(Αποσύνθεση χημικών ατμών με ενισχυμένο πλάσμα)

1- Η χημική αποσύνθεση ατμών μετάλλων-οργανικών (MOCVD)

Η MOCVD είναι μια κρίσιμη τεχνική για την εναπόθεση υψηλής ποιότηταςΕπιταξιακά στρώματα ημιαγωγών.Αυτά τα μονοκρυσταλλικά φύλλα χρησιμεύουν ως τα ενεργά στρώματα σε LED, λέιζερ και άλλες συσκευές υψηλής απόδοσης.

Ένα τυποποιημένο σύστημα MOCVD αποτελείται από πέντε κύρια υποσυστήματα, το καθένα από τα οποία διαδραματίζει ουσιαστικό και συντονισμένο ρόλο για τη διασφάλιση της ασφάλειας, της ακρίβειας και της αναπαραγωγικότητας της διαδικασίας ανάπτυξης:

(1) Σύστημα παράδοσης αερίου

Το υποσύστημα αυτό ελέγχει με ακρίβεια τη ροή, τον χρόνο και την αναλογία διαφόρων αερίων διαδικασίας που εισάγονται στον αντιδραστήρα.

• Αεριοφόροι αγωγοί(συνήθως N2 ή H2)
• Γραμμές εφοδιασμού με βιομεταλλικά πρόδρομα, συχνά μέσωΣυσκευές για την κατασκευή συσκευών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλεκτρικών συσκευών
• Πηγές αερίου υδρογόνου(π.χ. NH3, AsH3, PH3)
• Συλλέκτες διακόπτη αερίουγια τον έλεγχο των οδών ανάπτυξης/καθαρισμού

(2) Σύστημα αντιδραστήρα

Ο αντιδραστήρας είναι ο πυρήνας του συστήματος MOCVD, όπου συμβαίνει η πραγματική επιταξιακή ανάπτυξη.

• ΑΥπερίπτωση γραφίτη επικαλυμμένη με SiCπου κρατά το υπόστρωμα
• Ασύστημα θέρμανσης(π.χ. θερμαντήρες RF ή αντίστασης) για τον έλεγχο της θερμοκρασίας του υποστρώματος
• Ανιχνευτές θερμοκρασίας(θερμοσύνολα ή πυρόμετρα IR)
• Οπτικές οθόνεςγια διάγνωση in situ
• Αυτοματοποιημένα συστήματα επεξεργασίας πλακιδίωνγια την αποτελεσματική φόρτωση/αφόρτωση υποστρώματος

(3)Σύστημα ελέγχου διαδικασίας

Όλη η διαδικασία ανάπτυξης διαχειρίζεταιται από ένα συνδυασμό:

• Προγραμματιζόμενα λογικά ελεγκτικά (PLC)
• Ελεγκτές ροής μάζας (MFC)
• Ρυθμιστές πίεσης
• Αυπολογιστή υποδοχήςγια διαχείριση συνταγών και παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο

Τα συστήματα αυτά εξασφαλίζουν ακριβή έλεγχο της θερμοκρασίας, των ρυθμών ροής και του χρόνου σε κάθε στάδιο της διαδικασίας.

(4) Σύστημα παρακολούθησης επί τόπου

Για τη διατήρηση της ποιότητας και της συνέπειας του φιλμ, ενσωματώνονται εργαλεία παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο, όπως:

• Συστήματα αντανάκλασηςγια την παρακολούθησηεπιτακτική στρώσηπάχος και ρυθμός ανάπτυξης
• Αισθητήρες πέλματος κυψελώνγια την ανίχνευση έντασης ή καμπυλότητας
• Πυρομετρητές υπέρυθρουμε αντισταθμιστική αντανάκλαση για ακριβή μέτρηση θερμοκρασίας

Τα εργαλεία αυτά επιτρέπουν άμεσες προσαρμογές της διαδικασίας, βελτιώνοντας την ομοιομορφία και την ποιότητα του υλικού.

(5) Σύστημα μείωσης των εκπομπών

Τα τοξικά και πυροφορικά υποπροϊόντα που παράγονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, όπως το αρσίνιο ή η φωσφίνη, πρέπει να εξουδετερώνονται.

• Μηχανές καθαρισμού με καυστήρα
• Θερμικά οξειδωτικά
• Μηχανές καθαρισμού με χημικά

Τα εν λόγω συστήματα διασφαλίζουν τη συμμόρφωση με τα πρότυπα ασφάλειας και περιβάλλοντος.

Διαμόρφωση αντιδραστήρα στενά συνδεδεμένης κεφαλής ντους (CCS)

Πολλά προηγμένα συστήματα MOCVD υιοθετούνΣτενά συνδεδεμένη κεφαλή ντουζιέρας (CCS)Σε αυτή τη διαμόρφωση, μια πλάκα κεφαλαίου ντους εγχύει αέρια της ομάδας III και της ομάδας V χωριστά, αλλά σε κοντινή απόσταση από το περιστρεφόμενο υπόστρωμα.

Αυτό μειώνειΠαρασιτικές αντιδράσεις αέριας φάσηςκαι ενισχύειαποδοτικότητα εκμετάλλευσης των πρόδρομων ουσιώνΗ μικρή απόσταση μεταξύ της κεφαλής ντους και της πλακέτας εξασφαλίζει την ομοιόμορφη κατανομή του αερίου στην επιφάνεια της πλακέτας.περιστροφή του ευαίσθητουμειώνει τη διακύμανση του οριακού στρώματος, βελτιώνονταςεπιτακτική στρώσηομοιομορφία πάχους.

Επικαιροποίηση του ηλεκτρονικού εξοπλισμού

Πυροβολισμός με μαγνητόστρωμαείναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενοφυσική εναπόθεση ατμών (PVD)Χρησιμοποιεί ένα μαγνητικό πεδίο για να ενισχύσει την εκτόξευση ατόμων ή μορίων από έναστόχο υλικό, τα οποία στη συνέχεια κατατίθενται σευποστρώμαΗ μέθοδος αυτή εφαρμόζεται ευρέως στην κατασκευή ημιαγωγών, οπτικών επικαλύψεων, κεραμικών ταινιών και άλλων.

Αρχή λειτουργίας της διάσπαρσης μαγνητρώνων

Επιλογή στόχου υλικού

ΗστόχοΤο υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του υποστρώματοςμέταλλο,κράμα,οξείδιο,νιτρικό οξύΟ στόχος είναι τοποθετημένος σε μια συσκευή γνωστή ωςΚαθοδικός μαγνητρονίου.

Περιβάλλον κενού

Η διαδικασία ψεκασμού διεξάγεται υπόυψηλό κενόΗ ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρικήκαθαρότητακαιομοιομορφίατης κατατεθείσας ταινίας.

Παραγωγή πλάσματος

Ένααδρανές αέριο, συνήθωςΑργόνο (Ar), εισάγεται στο θάλαμο και ιονίζεται για να σχηματίσει έναπλάσμαΑυτό το πλάσμα αποτελείται απόθετικά φορτισμένα ιόντα Ar+καιελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία είναι απαραίτητα για την έναρξη της διαδικασίας ψεκασμού.

Εφαρμογή μαγνητικού πεδίου

Αμαγνητικό πεδίοΑυτό το μαγνητικό πεδίο παγιδεύει τα ηλεκτρόνια κοντά στο στόχο, αυξάνοντας το μήκος της διαδρομής τους και βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα ιονισμούπυκνό πλάσμαπεριοχή γνωστή ωςπλάσμα μαγνητρονίου.

Διαδικασία ψεκασμού

Τα ιόντα Ar+ επιταχύνονται προς την επιφάνεια του στόχου, βομβαρδίζοντάς το και εκτοπίζοντας τα άτομα από το στόχο μέσωμεταφορά ορμητικής δύναμηςΑυτά τα εκτοξευμένα άτομα ή σμήνη μετακινούνται στη συνέχεια μέσα από τον θάλαμο και συμπυκνώνονται στο υπόστρωμα, σχηματίζοντας έναλειτουργικό στρώμα ταινίας.

Η αποσύνθεση χημικών ατμών με ενίσχυση πλάσματος (PECVD)

Η αποσύνθεση χημικών ατμών με ενίσχυση πλάσματος (PECVD)είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική για την κατάθεση διαφόρων λειτουργικών λεπτών ταινιών, όπωςπυριτίου (Si),νιτρίδιο του πυριτίου (SiNx), καιδιοξείδιο του πυριτίου (SiO2)Ένα σχεδιακό διάγραμμα ενός τυπικού συστήματος PECVD παρουσιάζεται κατωτέρω.
 

Αρχή λειτουργίας

Στο PECVD, αέρια πρόδρομα που περιέχουν τα επιθυμητά στοιχεία του φιλμ εισάγονται σε ένα θάλαμο αποθέματος υπό κενό.εκκένωση λάμψηςΗ ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από μια εξωτερική πηγή ενέργειας, διεγείρει τα αέρια σε μιακατάσταση πλάσματοςΤα αντιδραστικά είδη στο πλάσμα υποβάλλονται σεχημικές αντιδράσεις, που οδηγεί στο σχηματισμό στερεού υφάσματος στηνεπιφάνεια υποστρώματος.

Η διέγερση πλάσματος μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας διάφορες πηγές ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων:

• Ενθουσιασμός ραδιοσυχνοτήτων (RF),
• Συνεχή ρεύμα (DC) υψηλής τάσης
• Παλμική διέγερση
• Ενθουσιασμός μικροκυμάτων

Η PECVD επιτρέπει την ανάπτυξη ταινιών μεεξαιρετική ομοιομορφίαΕπιπλέον, η τεχνική αυτή παρέχειισχυρή προσκόλληση ταινίαςκαι υποστηρίζειυψηλά ποσοστά κατάθεσηςσε σχετικάχαμηλές θερμοκρασίες υποστρώματος, καθιστώντας το κατάλληλο για θερμοκρασιακά ευαίσθητες εφαρμογές.

Μηχανισμός κατάθεσης

Η διαδικασία σχηματισμού φιλμ PECVD περιλαμβάνει συνήθως τρία βασικά βήματα:

Βήμα 1: Παραγωγή πλάσματος
Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, μια εκκένωση λάμψης ξεκινά, σχηματίζοντας ένα πλάσμα.ηλεκτρόνιασυγκρούονται με τα μόρια του αερίου-προκαθητήρα, προκαλώνταςπρώτης ανάγκηςπου διασπούν τα αέρια σειόντα,ριζικές ουσίες, καιΕνεργά είδη.

Βήμα 2: Μεταφορά και δευτερεύουσες αντιδράσεις
Τα προϊόντα της πρωταρχικής αντίδρασης μεταναστεύουν προς το υπόστρωμα.2 δευτερεύουσες αντιδράσειςεμφανίζονται μεταξύ των δραστικών ειδών, δημιουργώντας πρόσθετα ενδιάμεσα προϊόντα ή ενώσεις που σχηματίζουν φιλμ.

Βήμα 3: Ανταπόκριση επιφάνειας και ανάπτυξη φιλμ
Όταν φτάνουν στην επιφάνεια του υποστρώματος, και τα δύοπρωτογενήςκαιδευτερογενή είδηείναιαπορροφημένοΚαι αντιδρούν χημικά με την επιφάνεια, σχηματίζοντας ένα στερεό φιλμ.πτητικά υποπροϊόνταΗ ατμόσφαιρα της αντιδράσεως απελευθερώνεται στην αέρια φάση και αντλείται έξω από τον θάλαμο.

Αυτή η διαδικασία πολλών βημάτων επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο των ιδιοτήτων του φιλμ, όπως:πάχος,πυκνότητα,χημική σύνθεση, καιομοιομορφία∆εύτερον, θα πρέπει να αναπτυχθεί ηΚατασκευή ημιαγωγών,Φωτοβολταϊκά,MEMS, καιοπτικές επικάλυψεις.