Yarı iletken üretiminde epitaksi biriktirme tekniklerine giriş

Yarıiletken işlemede,fotolitografiVeaşınmagenellikle en sık tartışılan adımlardır. Ancak onların yanında bir başka önemli kategori var:epitaksi birikimi.

Bu biriktirme süreçleri çip üretiminde neden gereklidir?

İşte bir benzetme: sade, kare bir gözleme hayal edin. Herhangi bir tepesi olmadan, mülayim ve dikkat çekicidir. Bazı insanlar fıstığı yüzeye daha iyi koymayı tercih eder; Diğerleri tatlı tercih eder ve şurup yayar. Bu kaplamalar, gözleme tadı ve karakterini önemli ölçüde değiştirir. Bu benzetmedefaturatemsil edersubstratvekaplamatemsil ederişlevsel katman. Farklı soslar farklı lezzetler yaratırsa, farklı biriktirilmiş filmler temel gofret için tamamen farklı elektrik veya optik özellikler verir.

Yarıiletken imalatında, çok çeşitlifonksiyonel katmanlarcihazlar oluşturmak için gofret üzerine yatırılır. Her katman türü belirli bir biriktirme yöntemi gerektirir. Bu makalede, aşağıdakileri içeren birkaç yaygın olarak kullanılan biriktirme tekniğini kısaca tanıtıyoruz:

• Mocvd(Metal-organik kimyasal buhar birikimi)
• Magnetron Püskürtme
• Pecvd(Plazma güçlendirilmiş kimyasal buhar birikimi)

1. Metal-Organik Kimyasal Buhar Birikimi (MOCVD)

MOCVD, yüksek kaliteli biriktirme için kritik bir tekniktir.Epitaksiyal yarı iletken katmanlar.Bu tek kristalli filmler LED'lerde, lazerlerde ve diğer yüksek performanslı cihazlarda aktif katmanlar olarak işlev görür.

Standart bir MOCVD sistemi, her biri büyüme sürecinin güvenliğini, hassasiyetini ve tekrarlanabilirliğini sağlamak için önemli ve koordineli bir rol oynayan beş ana alt sistemden oluşur:

(1) gaz dağıtım sistemi

Bu alt sistem, reaktöre sokulan çeşitli proses gazlarının akışını, zamanlamasını ve oranını tam olarak kontrol eder. Şunları içerir:

• Taşıyıcı gaz hatları(genellikle n₂ veya h₂)
• Metal-organik öncü tedarik hatları, genellikleBubblers veya buharlaştırıcılar
• Hidrit Gaz Kaynakları(Örn., NH₃, Ash₃, Ph₃)
• Gaz anahtarlama manifoldlarıBüyüme/temizleme yollarını kontrol etmek için

(2) Reaktör Sistemi

Reaktör, gerçek epitaksiyal büyümenin meydana geldiği MOCVD sisteminin çekirdeğidir. Genellikle şunları içerir:

• ASIC kaplı grafit suyenisubstratı tutan
• Aısıtma sistemisubstrat sıcaklığını kontrol etmek için (örn. RF veya dirençli ısıtıcılar)
• Sıcaklık Sensörleri(termokupllar veya IR pirometreleri)
• Optik ViewportsYerinde teşhis için
• Otomatik gofret taşıma sistemleriVerimli substrat yükleme/boşaltma için

(3)Proses Kontrol Sistemi

Tüm büyüme süreci aşağıdakilerin bir kombinasyonu ile yönetilir.

• Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLCS)
• Kütle Akış Kontrolörleri (MFC'ler)
• Basınç Denetleyicileri
• Aana bilgisayarTarif yönetimi ve gerçek zamanlı izleme için

Bu sistemler, sürecin her aşamasında sıcaklık, akış hızları ve zamanlamanın kesin kontrolünü sağlar.

(4) Yerinde izleme sistemi

Film kalitesini ve tutarlılığını korumak için gerçek zamanlı izleme araçları entegre edilmiştir, örneğin:

• Yansıtma sistemleriizleme içinepitaksiyal katmankalınlık ve büyüme oranı
• Gofret yay sensörleriStres veya eğriliği tespit etmek için
• Kızılötesi pirometrelerDoğru sıcaklık ölçümü için yansıtma telafisi ile

Bu araçlar anında işlem ayarlamalarına izin verir, tekdüzelik ve malzeme kalitesini iyileştirir.

(5) egzoz azaltma sistemi

Arsin veya fosfin gibi işlem sırasında üretilen toksik ve piroforik yan ürünler nötralize olmalıdır. Egzoz sistemi genellikle şunları içerir:

• Brülör sallayanlar
• Termal oksitleyiciler
• Kimyasal yıkayıcılar

Bunlar güvenlik ve çevre standartlarına uyumu sağlar.

Yakın bağlanmış duş başlığı (CCS) reaktör konfigürasyonu

Birçok gelişmiş MOCVD sistemi birYakın bağlanmış duş başlığı (CCS)Tasarım, özellikle GAN tabanlı epitaksi için. Bu konfigürasyonda, bir duş başlığı plakası grup III ve Grup V gazlarını ayrı ayrı, ancak dönen substratın yakınında enjekte eder.

Bu en aza indirirparazitik gaz fazı reaksiyonlarıve geliştiriröncü kullanım verimliliği. Duş başlığı ve gofret arasındaki kısa mesafe, gofret yüzeyinde düzgün gaz dağılımı sağlar. Bu arada,Sindancının dönüşüsınır katmanı varyasyonunu azaltarak daha da iyileştirirepitaksiyal katmanKalınlık tekdüzeliği.

Magnetron Püskürtme

Magnetron Püskürtmeyaygın olarak kullanılanFiziksel buhar birikimi (PVD)Fonksiyonel katmanlar ve yüzey kaplamaları imal etmek için teknik. Atomların veya moleküllerin atomlarını artırmak için manyetik bir alan kullanır.hedef malzeme, daha sonra birsubstratİnce bir film oluşturmak için. Bu yöntem, yarı iletken cihazlar, optik kaplamalar, seramik filmler ve daha fazlasının imalatında kapsamlı bir şekilde uygulanır.

Magnetron püskürtmesinin çalışma prensibi

Hedef Malzeme Seçimi

.hedefsubstrat üzerine bırakılacak kaynak malzemedir. Bu birmetal-alaşım-oksit-nitrürveya başka bir bileşik. Hedef olarak bilinen bir cihaza monte edilir.manyetron katot.

Vakum ortamı

Püskürtme işlemi altında gerçekleştiriliryüksek vakumProses gazları ve ortam kirleticileri arasındaki istenmeyen etkileşimleri en aza indirmek için koşullar. Bu,saflıkVetekdüzelikyatırılan filmin.

Plazma üretimi

Birinert gaz, tipik olarakArgon (AR), odaya sokulur ve birplazma. Bu plazma,Pozitif yüklü ar⁺ iyonlarıVeücretsiz elektronlarpüskürtme işlemini başlatmak için gerekli olan.

Manyetik Alan Uygulaması

Amanyetik alanhedef yüzeyin yakınında uygulanır. Bu manyetik alan, hedefe yakın elektronları yakalar, yol uzunluğunu artırır ve iyonizasyon verimliliğini artırır -yoğun plazmaolarak bilinen bölgemanyetron plazması.

Püskürtme süreci

AR⁺ iyonları, negatif önyargılı hedef yüzeye doğru hızlandırılır, bombardımanı ve atomları hedeften yerinden çıkarır.momentum transferi. Bu çıkarılan atomlar veya kümeler daha sonra odadan geçer ve substrat üzerine yoğunlaşarak birfonksiyonel film katmanı.

Plazma destekli kimyasal buhar birikimi (PECVD)

Plazma destekli kimyasal buhar birikimi (PECVD)çeşitli fonksiyonel ince filmleri yatırmak için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir, örneğinSilikon (SI)-Silikon Nitrür (SINX), VeSilikon Dioksit (Sio₂). Tipik bir PECVD sisteminin şematik diyagramı aşağıda gösterilmiştir.
 

Çalışma prensibi

PECVD'de, istenen film elemanlarını içeren gaz öncüleri bir vakum biriktirme odasına sokulur. Aparlama deşarjıGazları heyecanlandıran harici bir güç kaynağı kullanılarak üretilirplazma durumu. Plazmadaki reaktif türlerkimyasal reaksiyonlar, üzerinde sağlam bir film oluşumuna yol açansubstrat yüzeyi.

Plazma uyarımı, aşağıdakileri içeren farklı enerji kaynakları kullanılarak elde edilebilir:

• Radyo Frekansı (RF) Uyarma-
• Doğru Akım (DC) Yüksek voltaj uyarımı
• Darbeli uyarma
• Mikrodalga uyarımı

PECVD, filmlerin büyümesini sağlar.Mükemmel tekdüzelikhem kalınlık hem de bileşimde. Ayrıca, bu teknik sağlarGüçlü film yapışmave desteklerYüksek biriktirme oranlarınispetendüşük substrat sıcaklıkları, sıcaklığa duyarlı uygulamalar için uygun hale getirir.

Biriktirme mekanizması

PECVD Film Oluşturma süreci tipik olarak üç temel adım içerir:

1. Adım: Plazma üretimi
Bir elektromanyetik alanın etkisi altında, bir plazma oluşturan bir parıltı deşarjı başlatılır. Yüksek enerjilielektronlaröncü gaz molekülleriyle çarpışarak,Birincil reaksiyonlargazları içine parçalayaniyonlar-radikaller, Veaktif türler.

Adım 2: Taşıma ve ikincil reaksiyonlar
Birincil reaksiyon ürünleri substrata doğru göç eder. Bu ulaşım sırasında,ikincil reaksiyonlarAktif türler arasında meydana gelir, ek ara maddeler veya film oluşturan bileşikler üretir.

Adım 3: Yüzey reaksiyonu ve film büyümesi
Substrat yüzeyine ulaştıktan sonra her ikisi deöncelikVeikincil türlervar olanadsorbeve yüzey ile kimyasal olarak tepki vererek sağlam bir film oluşturun. Eşzamanlı olarak,değişken yan ürünlerreaksiyon gaz fazına salınır ve odadan pompalanır.

Bu çok aşamalı işlem, film özellikleri üzerinde kesin kontrol sağlarkalınlık-yoğunluk-kimyasal bileşim, Vetekdüzelik—Pecvd yapmak kritik bir teknolojiyarı iletken imalat-fotovoltaik-Mem, Veoptik kaplamalar.