Una Panoramica Cumpleta di e Tecniche di Deposizione di Film Sottili: MOCVD, Magnetron Sputtering è PECVD

In a fabricazione di semiconduttori, mentre a fotolitografia è l'incisione sò i prucessi i più citati, e tecniche di deposizione epitassiale o di film sottile sò ugualmente critiche. Questu articulu presenta parechji metudi cumuni di deposizione di film sottile utilizati in a fabricazione di chip, cumpresiMOCVD, sputtering di magnetron, èPECVD.

Perchè i prucessi di film sottile sò essenziali in a fabricazione di chip?

Per illustrà, imaginate un pane pianu cottu in casa. Da per sè, puderia avè un sapore insipido. Tuttavia, spazzolendu a superficia cù diverse salse - cum'è una pasta di fagioli saporita o un sciroppu di maltu dolce - pudete trasfurmà cumpletamente u so sapore. Questi rivestimenti chì miglioranu u sapore sò simili àfilmi sottiliin i prucessi di semiconduttori, mentre chì u pane pianu stessu rapprisenta usubstratu.

In a fabricazione di chip, i filmi sottili servenu numerosi roli funziunali - isolamentu, cunduttività, passivazione, assorbimentu di luce, ecc. - è ogni funzione richiede una tecnica di deposizione specifica.

1. Deposizione Chimica da Vapore Metallo-Organica (MOCVD)

MOCVD hè una tecnica assai avanzata è precisa aduprata per a deposizione di film sottili è nanostrutture semiconduttori di alta qualità. Ghjoca un rolu cruciale in a fabricazione di dispositivi cum'è LED, laser è elettronica di putenza.

Cumponenti chjave di un sistema MOCVD:

• Sistema di consegna di gas
  Rispunsevule di l'introduzione precisa di i reagenti in a camera di reazione. Questu include u cuntrollu di u flussu di:

• Gasi vettore

• Precursori metallo-organichi

• Gasi idruri
  U sistema hè dotatu di valvole multivie per cambià trà e modalità di crescita è di spurgu.

• Camera di Reazione
  U core di u sistema induve si faci a crescita vera di u materiale. I cumpunenti includenu:

  • Susceptor di grafite (supportu di substratu)

  • Sensori di riscaldamentu è di temperatura

  • Porte ottiche per u monitoraghju in situ

  • Bracci robotichi per u caricamentu/scaricamentu automatizatu di wafer

• Sistema di cuntrollu di a crescita
  Cumpostu da cuntrolli di logica programmabile è un urdinatore principale. Quessi assicuranu un monitoraghju precisu è a ripetibilità in tuttu u prucessu di deposizione.

• Monitoraghju in situ
  Strumenti cum'è i pirometri è i riflettometri misuranu:

  • Spessore di u film

  • Temperatura di a superficia

  • Curvatura di u substratu
    Quessi permettenu feedback è aghjustamenti in tempu reale.

• Sistema di Trattamentu di Scaricu
  Tratta i sottoprodotti tossichi aduprendu a decomposizione termica o a catalisi chimica per assicurà a sicurezza è a conformità ambientale.

Cunfigurazione di u soffione di doccia à accoppiamentu chjusu (CCS):

In i reattori MOCVD verticali, u disignu CCS permette di iniettà uniformemente i gasi attraversu ugelli alternati in una struttura di soffione doccia. Questu minimizza e reazioni premature è migliora a miscelazione uniforme.

• Ususcettore di grafite rotanteaiuta ancu à omogeneizà u stratu limite di i gasi, migliurendu l'uniformità di a film in tutta a cialda.

2. Pulverizazione catodica di magnetroni

U sputtering magnetron hè un metudu di deposizione fisica da vapore (PVD) utilizatu largamente per deposità film sottili è rivestimenti, in particulare in elettronica, ottica è ceramica.

Principiu di travagliu:

1. Materiale di destinazione
   U materiale surghjente da deposità - metallu, ossidu, nitruru, ecc. - hè fissatu nantu à un catodu.

2. Camera di Vuoto
   U prucessu hè realizatu sottu altu vacuum per evità a contaminazione.

3. Generazione di Plasma
   Un gas inertu, tipicamente argon, hè ionizatu per furmà plasma.

4. Applicazione di u Campu Magneticu
   Un campu magneticu confina l'elettroni vicinu à u bersagliu per migliurà l'efficienza di ionizazione.

5. Prucessu di sputtering
   L'ioni bombardanu u bersagliu, spiazzendu l'atomi chì viaghjanu per a camera è si depositanu nantu à u sustratu.

Vantaghji di a sputtering magnetron:

• Deposizione di film uniformeattraversu vaste zone.

• Capacità di deposità cumposti cumplessi, cumprese leghe è ceramiche.

• Parametri di prucessu sintonizabiliper un cuntrollu precisu di u spessore, a cumpusizione è a microstruttura.

• Alta qualità di filmcù una forte adesione è resistenza meccanica.

• Ampia cumpatibilità di i materiali, da i metalli à l'ossidi è i nitruri.

• Funzionamentu à bassa temperatura, adattatu per substrati sensibili à a temperatura.

3. Deposizione Chimica da Vapore Aumentata da Plasma (PECVD)

U PECVD hè largamente utilizatu per a deposizione di film sottili cum'è u nitruru di siliciu (SiNx), u diossidu di siliciu (SiO₂) è u siliciu amorfu.

Principiu:

In un sistema PECVD, i gasi precursori sò introdutti in una camera à vuoto induve unplasma à scarica luminescentehè generatu aduprendu:

• Eccitazione RF

• Alta tensione CC

• Fonti à microonde o pulsate

U plasma attiva e reazzioni in fase gassosa, generendu spezie reattive chì si depositanu nantu à u sustratu per furmà una pellicola fina.

Passi di Deposizione:

1. Formazione di Plasma
   Eccitati da i campi elettromagnetichi, i gasi precursori si ionizzanu per furmà radicali è ioni reattivi.

2. Reazione è Trasportu
   Queste spezie subiscenu reazzioni secundarie mentre si movenu versu u sustratu.

3. Reazione di superficia
   Quandu ghjunghjenu à u sustratu, adsorbenu, reagiscenu è formanu una pellicola solida. Certi sottoprodotti sò liberati cum'è gasi.

Benefici di PECVD:

• Eccellente uniformitàin a cumpusizione è u spessore di u filmu.

• Forte adesioneancu à temperature di deposizione relativamente basse.

• Alti tassi di deposizione, rendendulu adattatu per a pruduzzione à scala industriale.

4. Tecniche di Caratterizazione di Film Sottili

Capisce e proprietà di i filmi fini hè essenziale per u cuntrollu di qualità. E tecniche cumuni includenu:

(1) Diffrazione di raggi X (XRD)

• ScopuAnalizà e strutture cristalline, e custanti di reticolo è l'orientazioni.

• PrincipiuBasatu annantu à a lege di Bragg, misura cumu i raggi X diffractanu attraversu un materiale cristallinu.

• ApplicazioniCristallografia, analisi di fase, misurazione di deformazione è valutazione di film sottili.

(2) Microscopia elettronica à scansione (SEM)

• Scopu: Osservate a morfologia di a superficia è a microstruttura.

• PrincipiuUtilizza un fasciu d'elettroni per scansà a superficia di u campione. I signali rilevati (per esempiu, elettroni secundarii è retrodiffusi) rivelanu dettagli di a superficia.

• ApplicazioniScienza di i materiali, nanotecnologia, biologia è analisi di guasti.

(3) Microscopia à forza atomica (AFM)

• ScopuSuperfici d'imagine à risoluzione atomica o nanometrica.

• PrincipiuUna sonda affilata scansiona a superficia mantenendu una forza d'interazione custante; i spustamenti verticali generanu una topografia 3D.

• ApplicazioniRicerca di nanostrutture, misurazione di a rugosità superficiale, studii biomolecolari.