De filmvoorbereidingstechnologie (MOCVD, magnetronsputteren, PECVD) begrijpen

Begrijpen van de filmvoorbereidingstechnologie (MOCVD, magnetronsputtering, PECVD)

In dit artikel worden verschillende methoden voor het vervaardigen van dunne folies geïntroduceerd.gevolgd door de epitaxie (film).

Waarom is dunnefilmtechnologie nodig bij de productie van chips?

Bijvoorbeeld, in het dagelijks leven eten veel mensen graag pannenkoeken. Als een vierkantvormige pannenkoek niet gekruid en gebakken is, zal het geen smaak hebben en zal de textuur niet goed zijn.Sommige mensen hebben liever een zout smaakSommigen hebben liever een zoete smaak, dus ze borstelen een laag moutsuiker op het oppervlak.

Na het borstelen van de saus, is de laag van zout of zoete saus op het oppervlak van de pannenkoek als een film.en de pannenkoek zelf heet de basis.

Natuurlijk zijn er tijdens de chipverwerking vele soorten functies voor de films, en de overeenkomstige filmvoorbereidingsmethoden variëren ook.we zullen kort enkele veel voorkomende filmvoorbereidingsmethoden introduceren, met inbegrip van MOCVD, magnetronsputtering, PECVD, enz....

Ik.Metalen organische chemische dampafzetting (MOCVD)

Het MOCVD-epitaxiale groeissysteem is een zeer complex en geavanceerd apparaat dat een cruciale rol speelt bij de bereiding van hoogwaardige halfgeleiderfilms en nanostructuren.

Het MOCVD-systeem bestaat uit vijf kerncomponenten, die elk verschillende, maar onderling verbonden functies vervullen en gezamenlijk de efficiëntie en veiligheid van het materiaalgroeiproces waarborgen.

1.1 Gastransportsystem:De belangrijkste verantwoordelijkheid van dit subsysteem is het nauwkeurig controleren van de levering van verschillende reagentia aan de reactiekamer, met inbegrip van de meting van reagentia,het tijdstip en de volgorde van de levering;, alsmede de regulering van de totale gasstroom.

Het bestaat uit verschillende subsystemen, waaronder het subsysteem voor de gasvoorziening voor het vervoer van de reagentia, het subsysteem voor de voorziening van metaalorganische (MO) bronnen,het subsysteem voor de levering van hydrides, en de groei/ventilatie multiplex klep voor het regelen van de gasstroomrichting.

AIXTRON CCS 3 x 2" Onderzoeksniveau Nitride MOCVD-systeem

Schematisch schema van het gaspad van het MOCVD-systeem

1.2 Reactiecamersysteem:Dit is het kerncomponent van het MOCVD-systeem, dat verantwoordelijk is voor het werkelijke materiaalgroeiproces.

Deze sectie omvat een grafietbasis voor het ondersteunen van het substraat, een verwarmer voor het verwarmen van het substraat, een temperatuursensor voor het controleren van de temperatuur van de groeimedia,een optisch detectievensterHet laatste wordt gebruikt om het laad- en losproces te automatiseren, waardoor de productie-efficiëntie wordt verbeterd.De onderstaande figuur toont het verwarmingsdiagram van de MOCVD-reactorkamer.

Schematisch schema van het groeiprijs van MOCVD in de kamer

1.3 Groeibeheersysteem:Het is samengesteld uit een programmeerbare controller en een besturingscomputer en is verantwoordelijk voor de nauwkeurige controle en monitoring van het gehele MOCVD-groeiproces.

De controller is verantwoordelijk voor het verzamelen, verwerken en uitzenden van verschillende signalen, terwijl de besturingscomputer verantwoordelijk is voor het registreren en monitoren van elk stadium van materiaalgroei,het waarborgen van de stabiliteit en herhaalbaarheid van het proces.

1.4 In-situ monitoring systeem:Het bestaat uit reflectiecorrigeerde infraroodstralingsthermometers, reflectiebewakingsapparatuur en warpage-bewakingsapparatuur.

Dit systeem kan de belangrijkste parameters tijdens het materiaalgroeiproces in realtime controleren, zoals de dikte en uniformiteit van de film, evenals de temperatuur van het substraat.het maakt onmiddellijke aanpassingen en optimalisaties van het groeiproces mogelijk.

1.5 Systemen voor de behandeling van uitlaatgassen:Verantwoordelijk voor de behandeling van de giftige deeltjes en gassen die tijdens het reactieproces worden gegenereerd.

Door middel van methoden zoals kraken of chemische katalyse kunnen deze schadelijke stoffen effectief worden ontbonden en opgenomen.het waarborgen van de veiligheid van de bedrijfsomgeving en de naleving van milieubeschermingsnormen.

Bovendien worden MOCVD-apparatuur meestal geïnstalleerd in ultrazuive ruimtes die zijn uitgerust met geavanceerde veiligheidswaarschuwingssystemen, effectieve ventilatiesystemen en strikte temperatuur- en luchtvochtigheidscontrolesystemen.Deze hulpmiddelen en veiligheidsmaatregelen zorgen niet alleen voor de veiligheid van de gebruikers, maar ook de stabiliteit van het groeiproces en de kwaliteit van de eindproducten verbeteren.

Het ontwerp en de werking van het MOCVD-systeem weerspiegelen de hoge normen inzake nauwkeurigheid, herhaalbaarheid en veiligheid die vereist zijn op het gebied van de fabricage van halfgeleidermaterialen.Het is een van de belangrijkste technologieën voor de productie van hoogwaardige elektronische en opto-elektronische apparaten..

Het verticale type dichtgekoppelde spuitkop (Closed-Coupled-Showerhead, CCS) MOCVD-systeem in de apparatuurkamer wordt gebruikt voor het kweken van epitaxiale films.

Dit systeem is ontworpen met een unieke structuur van het sproeihoofd, waarvan het kernmerk ligt in het vermogen om de voorreacties effectief te verminderen en een efficiënte gasmenging te bereiken.Deze gassen worden in de reactiecamer geïnjecteerd door de verweven sproeiholten op de sproeihop, waarbij zij volledig worden gemengd en aldus de gelijkvormigheid en efficiëntie van de reactie verbeteren.

De structuur van de sproeikop maakt het mogelijk het reactiegas gelijkmatig over het onderliggende substraat te verdelen,waarborgen van de consistentie van de reactiegasconcentratie op alle plaatsen op het substraatDit is cruciaal voor het vormen van een epitaxiale film met een uniforme dikte.

Bovendien bevordert de rotatie van de grafiet schijf de gelijkmatigheid van de chemische reactie grenslaag, waardoor een meer uniforme groei van de epitaxiale film.,door de randlaag van de dunne chemische reactie te verminderen, helpt het lokale concentratieverschil tot een minimum te beperken, waardoor de algemene uniformiteit van de filmgroei wordt verbeterd.

(a) De eigenlijke spuitkop en de gedeeltelijk vergrote foto ervan, (b) De interne structuur van de spuitkop

II.Magnetronsputtelen

Magnetronsputtering is een fysieke dampafzettingstechniek die gewoonlijk wordt gebruikt voor dunne filmafzetting en oppervlaktecoating.

Het maakt gebruik van een magnetisch veld om de atomen of moleculen van een doelmateriaal van het oppervlak van het doelmateriaal los te laten en vormt vervolgens een film op het oppervlak van het substraatmateriaal.

Deze technologie wordt op grote schaal toegepast bij de vervaardiging van halfgeleiderapparaten, optische coatings, keramische coatings en andere velden.

Schematisch schema van het magnetronsputteringprincipe

Het principe van magnetronsputtering is als volgt:

1Selectie van het doelmateriaal:Het doelmateriaal is het materiaal dat op het substraatmateriaal moet worden afgezet. Het kan metalen, legeringen, oxiden, nitriden enz. zijn.Het doelmateriaal wordt meestal bevestigd aan een apparaat dat een doelpistool wordt genoemd..

2Vacuümomgeving:Het sputteringsproces moet worden uitgevoerd in een hoge vacuümomgeving om de interactie tussen gasmoleculen en het doelmateriaal te voorkomen.Dit draagt bij tot de zuiverheid en uniformiteit van de afgezette film..

3. geïoniseerd gas:Tijdens het sputteringsproces wordt een inert gas (zoals argon) meestal ingevoerd om het te ioniseren in een plasma.Dat heet "elektronenwolk plasma"..

4. Magnetische veldtoepassing:Een magnetisch veld wordt aangebracht tussen het doelmateriaal en het substraatmateriaal. Dit magnetisch veld beperkt het elektronwolkplasma tot het oppervlak van het doelmateriaal,waarbij een hoge energietoestand wordt behouden.

5Sputteringsproces:Door een hoogenergetisch elektronenwolkplasma aan te brengen, worden de atomen of moleculen van het doelmateriaal geraakt en worden ze daardoor vrijgegeven.Deze vrijgekomen atomen of moleculen zullen zich in de vorm van damp op het oppervlak van het substraatmateriaal afzetten, een film vormen.

De voordelen van magnetronsputtering zijn onder meer:

1. Eenvormigheid van de gedeponeerde film:Het magnetisch veld kan helpen de transmissie van ionen te regelen, waardoor een uniforme filmdepositie wordt bereikt.waarborgen dat de dikte en de eigenschappen van de film op het hele substraatoppervlak gelijk blijven.

2- Voorbereiding van complexe legeringen en verbindingen:Magnetronsputtering kan worden gebruikt om complexe legerings- en samengestelde films te maken, die moeilijker te bereiken zijn met andere afzettingstechnieken.

3- Beheersbaarheid en veranderbaarheid:Door parameters zoals de samenstelling van het doelmateriaal, de gasdruk en de afzetsnelheid aan te passen, kunnen de eigenschappen van de film, waaronder dikte, samenstelling en microstructuur, worden bepaald.kan nauwkeurig worden bestuurd.

4. Film van hoge kwaliteit:Magnetronsputtering kan doorgaans hoogwaardige, dichte en uniforme films met uitstekende hechting en mechanische eigenschappen produceren.

5.Multifunctionaliteit:Het is toepasbaar op verschillende soorten materialen, met inbegrip van metalen, oxiden, nitrides, enz. Daarom heeft het brede toepassingen op verschillende gebieden.

6. Afzetting bij lage temperatuur:In vergelijking met andere technieken kan magnetronsputtering bij lage temperaturen of zelfs bij kamertemperatuur worden uitgevoerd.met een vermogen van meer dan 10 W,.

Over het algemeen is magnetronsputtering een zeer controleerbare en flexibele technologie voor het maken van dunne folie, die van toepassing is op een breed scala aan toepassingsgebieden, van elektronische apparaten tot optische coatings,enz..

III. Plasmaverbeterde chemische dampdepositie

Plasma-verbeterde chemische dampdepositie (PECVD) wordt veel gebruikt bij de bereiding van verschillende films (zoals silicium, siliciumnitride en siliciumdioxide, enz.).

Het structuurschema van het PECVD-systeem is in de volgende figuur weergegeven.

Schematisch schema van de structuur van het met plasma versterkte chemische stofafzettingssysteem

Het basisprincipe is als volgt: in de afzettingskamer worden gasvormige stoffen die de bestanddelen van de film bevatten, ingevoerd.de gasvormige stoffen ondergaan chemische reacties om plasma te producerenWanneer dit plasma op het substraat wordt afgezet, groeit een filmmateriaal.

De methoden voor het initiëren van gloedontlading zijn onder meer: radiofrequentie-excitatie, gelijkstroom-high voltage-excitatie, pulse-excitatie en microgolf-excitatie.

De dikte en de samenstelling van de door PECVD geprepareerde folies vertonen een uitstekende uniformiteit.de met deze methode afgezette films hebben een sterke hechting en kunnen bij relatief lage afzettingstemperaturen hoge afzettingshasten bereiken.

De groei van dunne folies verloopt in het algemeen volgens de volgende drie processen:

De eerste stap is dat het reactieve gas, onder de opwinding van het elektromagnetische veld, een gloedontlading ondergaat om plasma te genereren.

Tijdens dit proces botsen elektronen met het reactief gas en starten ze een primaire reactie, die leidt tot de ontbinding van het reactief gas en de opwekking van ionen en reactieve groepen.

De tweede stap is dat de verschillende producten die uit de primaire reactie ontstaan, zich naar het substraat verplaatsen.terwijl verschillende actieve groepen en ionen secundaire reacties ondergaan om secundaire producten te vormen.

In de derde fase worden verschillende primaire en secundaire produkten op het substraatoppervlak geadsorbeerd en worden deze vervolgens met het oppervlak gereageerd.er is een afgifte van gasvormige moleculaire stoffen.

IV. Technieken voor het karakteriseren van dunne folie

4.1 Röntgendiffractie (XRD)

XRD (X-ray diffractie) is een veelgebruikte techniek voor het analyseren van kristalstructuren.

Het toont informatie zoals de roosterparameters,kristalstructuur en kristaloriëntatie van het materiaal door het meten van de diffractiepatronen van röntgenstralen op de kristalstructuur binnen het materiaal.

XRD wordt veel gebruikt op verschillende gebieden, zoals materiaalwetenschappen, vaste stoffenfysica, chemie en geologie.

Schematisch schema van het XRD-testprincipe

Het basisprincipe van XRD is gebaseerd op de wet van Bragg.als het atoom- of ionenrooster in het kristal in een specifieke opstelling isDe hoek en de intensiteit van de diffractie kunnen informatie geven over de structuur van het kristal.

Bruker D8 Discover röntgendiffractometer

Instrumentencompositie: een typisch XRD-instrument bestaat uit de volgende componenten:

1. Röntgenbron: Een apparaat dat röntgenstralen uitzendt, meestal met wolfraam- of koperdoelen om röntgenstralen te genereren.

2. Proefplatform: een platform voor het plaatsen van monsters, dat kan worden gedraaid om de hoek van de monsters aan te passen.

3. Röntgendetector: wordt gebruikt om de intensiteit en de hoek van diffractie van licht te meten.

4Controlesysteem en analysesysteem: dit omvat het softwaresysteem voor het controleren van de röntgenbron, het verzamelen, analyseren en interpreteren van gegevens.

Toepassingsgebieden: XRD heeft belangrijke toepassingen op vele gebieden, waaronder maar niet beperkt tot:

1. Kristallografisch onderzoek: wordt gebruikt om de kristalstructuur van kristallen te analyseren, roosterparameters en kristaloriëntatie te bepalen.

2Materiële karakterisering: analyse van informatie zoals de kristallenstructuur, de fasecompositie en de kristaldefecten van het materiaal.

3Chemische analyse: Het identificeren van de kristalstructuur van anorganische en organische verbindingen en het bestuderen van de wisselwerking tussen moleculen.

4Filmanalyse: Dit wordt gebruikt om de kristallenstructuur, dikte en roostermatching van de film te bestuderen.

5Mineralogie en geologie: wordt gebruikt voor het identificeren van de soorten en de inhoud van mineralen en het bestuderen van de samenstelling van geologische monsters.

6. Onderzoek naar geneesmiddelen: het analyseren van de kristalstructuur van een geneesmiddel is nuttig om de eigenschappen en interacties ervan te begrijpen.

Over het algemeen is XRD een krachtige analytische techniek die wetenschappers en ingenieurs in staat stelt een diepgaand inzicht te krijgen in de kristallenstructuur en eigenschappen van materialen.het bevorderen van onderzoek en toepassingen op het gebied van materiaalwetenschappen en aanverwante gebieden.

Foto van de XRD-diffractometer

4.2 Scannende elektronenmicroscoop (SEM)

De scanning electron microscope (SEM) is een veelgebruikt type microscoop. Het gebruikt een elektronenstraal in plaats van een lichtstraal om het monster te verlichten,een hoogresolutionaire waarneming van het oppervlak en de morfologie mogelijk maken.

SEM wordt veel gebruikt op gebieden als materiaalwetenschappen, biologie en geologie.

Het basisbeginsel van SEM is als volgt:

SEM maakt gebruik van een elektronenpistool om een elektronenstraal te genereren.De elektronenstraal gaat door een collimatiesysteem, die bestaat uit een reeks elektronenlenzen, om de elektronenstraal te focussen en uit te lijnen, waardoor de stabiliteit en focus van de straal worden gewaarborgd.de elektronenstraal scant het oppervlak van het monster.

De positie van de elektronenstraal kan nauwkeurig worden gecontroleerd, waardoor op het monster scanpixels worden gegenereerd.

Het monster moet geleidend zijn omdat in het SEM de elektronenstraal met het monsteroppervlak moet reageren om secundaire elektronen te genereren.enz.Als elektronenstralen met hoge energie het oppervlak van het monster raken, wisselen ze af met de atomen en moleculen in het monster.verschillende signalen genererenDe SEM-detectie analyseert de verschillende signalen die uit het monsteroppervlak worden gegenereerd, met name secundaire elektronen (SE) en terugverspreide elektronen (BSE).

Deze signalen geven informatie over de oppervlaktemorfologie, structuur en samenstelling van het monster.SEM kan de pixelinformatie van het monsteroppervlak verkrijgenDeze informatie wordt verwerkt en weergegeven door een computer, waardoor hoge resolutiebeelden van het monsteroppervlak worden gegenereerd.

Fysiek beeld van SEM

4.3 Atomic Force Microscope (AFM)

Atomic Force Microscope (AFM) is een microscopische techniek met een hoge resolutie, die voornamelijk wordt gebruikt om de kenmerken van monsters op atoomschaal en op nanoschaal te observeren.Het werkingsprincipe is gebaseerd op de wisselwerking tussen de sonde en het monsteroppervlakDoor de positiewijzigingen van de sonde te meten, kan de topografie en topologische informatie van het monsteroppervlak worden verkregen.

Bij AFM wordt een zeer fijne sonde gebruikt, meestal gemaakt van silicium of andere materialen met een nanoschaalpunt.met het puntje van de sonde dicht bij het oppervlak van het monsterWanneer de sonde dicht bij het monsteroppervlak staat, vinden er interacties plaats tussen de atomen en moleculen van het monster en de sonde, met inbegrip van elektrostatische krachten, van der Waalskrachten,en chemische bindingsinteracties, enz. De beweging van de kantilever of piezo-elektrische inrichting wordt gecontroleerd om een bepaalde kracht tussen de punt van de sonde en het monsteroppervlak te behouden.

AFM maakt gebruik van een feedback systeem om een constante kracht te handhaven tussen de sonde en het monster.het terugkoppelingssysteem past automatisch de positie van de lift aan om de kracht constant te houdenDe sonde en het monster bewegen relatief tot elkaar, meestal op een tweedimensionaal raster, en vormen een scan.de ongelijkheid van het monsteroppervlak zorgt ervoor dat de positie van de proefspits verandertDoor de positieverandering van de sonde te meten, kan topologische informatie van het monsteroppervlak worden verkregen.de verzamelde gegevens worden verwerkt om een topologisch beeld met hoge resolutie van het monsteroppervlak te genereren;.

AFM heeft uitgebreide toepassingen op meerdere gebieden.het helpen van onderzoekers om een dieper inzicht te krijgen in de oppervlaktemorfologie en structuur van materialen, en zelfs de manipulatie van nanoschaalstructuren mogelijk maken.

De voordelen van AFM omvatten hoge resolutie, niet-destructief en meerdere werkwijzen, waardoor het een krachtig hulpmiddel is voor observatie en onderzoek op nanoschaal.

Fysiek beeld van de AFM

Schematisch schema van het meetprincipe en de werkwijze van atoomkrachtmicroscopie

Conclusies

ZMSH is gespecialiseerd in geavanceerde dunne-film afzettingstechnologieën, waaronder MOCVD, Magnetron Sputtering en PECVD.en functionele coating toepassingen. Onze diensten omvatten op maat gemaakte systeemontwerp, parameteroptimalisatie en hoogzuivere filmgroei, samen met de verkoop van precisie-afzettingstoestellen om aan de behoeften van R & D en industriële productie te voldoen.

Hier zijn de aanbevolen SiC-producten van ZMSH:

* Neem contact met ons op voor eventuele auteursrechtelijke problemen, en wij zullen deze onmiddellijk aanpakken.