Lær om tynd filmforberedelsesteknologi i en artikel

LæreAboutTHinFilmPReparationTEknologi iOneArticle

Tynd film epitaksial vækst er en nøglematerialforberedelsesmetode, der er vidt brugt i halvlederenheder, optoelektronik og nanoteknologi.

Denne proces involverer deponering af atomer eller molekyler af det materielle lag efter lag på overfladen af ​​underlaget for at danne en film med specifikke egenskaber og struktur, så dens vækstproces påvirker direkte strukturen af ​​filmen og dens endelige egenskaber.

Sammenlignet med bulkmaterialer har tynde film egenskaberne ved let forberedelse, let ændring og lave omkostninger. På samme tid er tynde - film - -baserede enheder mindre i masse og størrelse og er lettere at integrere med Si - -baseret CMOS og mikro - Electro - mekanisk system (MEMS) teknologier til at opnå høj integration.

På nuværende tidspunkt inkluderer teknologien til fremstilling af tynde film hovedsageligt sputteringaflejring, vakuumfordampning, molekylærbjælkepitaxy (MBE), kemisk badaflejring (CBD) og andre metoder.

0020-33806 Upper Chamber DPS + Poly

Vakuumfordampningsmetode

Vakuumfordampning er en metode til opvarmning af råmaterialer (også kendt som mål) i fordampercontaineren i et vakuumkammer, der sublimerer deres atomer eller molekyler til dannelse af en dampstrøm, der transporterer dem til overfladen af ​​et fast underlag med en lavere temperatur og derefter re - contensing og deponerer dem til en tynd film. Vakuumfordampningsbelægningsudstyr inkluderer hovedsageligt vakuumkammer, fordampningskilde eller fordampningsvarmer, underlag, underlagsvarmer og termometer. Normalt skal smeltepunktet for det materiale, der er deponeret ved termisk fordampning, være under 1500 grader, og fordampningshastigheden justeres med mængden af ​​opvarmningsstrøm under deponeringsprocessen. For at sikre ensartetheden af ​​sammensætningen og tykkelsen af ​​den fordampede film og gentageligheden af ​​fordampningsprocessen er det også nødvendigt at yderligere udstyre substratet Rotary Table og det kvarts delvise filmtykkelsesovervågningssystem. Vakuumfordampningsbelægning består af tre hovedprocesser, som vist på figuren:

Ved at tage elektronstrålefordampning som et eksempel omdannes det faste - fase -mål til en dampfase ved høj temperatur.

Derefter transporteres de fordampede atomer eller molekyler mellem fordampningskilden og underlag, og antallet af kollisioner mellem gassen - fasepartikler og resterende gasmolekyler i vakuumkammeret under flyvning påvirkes direkte af vakuumgraden og afstanden mellem målet involverer deponering af damp - fasepartikler på overfladen af ​​underlaget, som involverer centrale trin, såsom damp - fasemateriale kondensation, dannelse af nucleation center, nukleationsvækst og til sidst dannelsen af ​​en kontinuerlig film.

Da substrattemperaturen er signifikant lavere end måltemperaturen, vil gassen - fastfasepartikler gennemgå en direkte gas - fast faseovergang på substratoverfladen. Det er vigtigt at understrege, at alle ovenstående processtrin skal afsluttes i et højt vakuummiljø. Hvis vakuumet er utilstrækkeligt, vil de fordampede partikler ofte kollidere med de resterende gasmolekyler, hvilket ikke kun vil føre til kontaminering af filmlaget ved urenheder til dannelse af oxider, men også kan være vanskelige at danne en ensartet og tæt filmstruktur på grund af spredningseffekten af ​​gasmolekyler, derudover kan målet også være oxideret og forbrændt ved høje og høje filmstruktur. Vakuumfordampning er blevet brugt til at fremstille tynde film i årtier og er meget alsidig.

I de senere år, for at hæmme eller undgå den kemiske reaktion mellem filmråmaterialer og containere ved høje temperaturer, er der blevet foretaget mange forbedringer til crucibles og opvarmningsmetoder, såsom: ved anvendelse af højt smeltepunktvarme - resistent bornitrid -keramiske korsler; Ved hjælp af en elektronstråle eller laser som opvarmningskilde opvarmes et lille område af råmaterialets overflade, så området når en høj temperatur øjeblikkeligt.

Som svar på de stigende krav til funktionel filmydelse bruges multi - kilde Co - fordampning og sekventielle fordampningsmetoder til at fremstille sammensatte film med komplekse kompositioner eller multi - lag sammensatte film.

Derudover har forskere udviklet en reaktionsfordampningsmetode til sammensatte film, der er tilbøjelige til komponentsegregation under fordampning.

Vakuumfordampningsmetoden har fordelene ved lave omkostninger, enkelt udstyr og let drift, og vækstmekanismen for filmen, der er deponeret ved denne metode, er enkel, filmrenheden er høj, filmtykkelsen er præcis og kontrollerbar, og klar grafik kan opnås ved at bruge maskepladen. Den vigtigste ulempe ved denne metode er, at den kinetiske energi i gassen - fase -atomer produceret ved termisk fordampning er lavere end for sputteraflejring, og bindingen mellem substratet og underlaget efter re - størkning er svag, hvilket kan forbedres ved opvarmning af substratet.

Metode til sputteraflejring

Sputteraflejringsteknologi er en vigtig gren af ​​fysisk dampaflejring (PVD) teknologi. Det fungerer ved at bruge radiofrekvensenergi eller laserstråler til at aktivere sjældne gasser (AR, O2, N2 osv.) I vakuumkammeret til dannelse af høj - energiplasma. Ionerne i disse plasmaer fremskynder bombardementet af måloverfladen under virkningen af ​​det elektriske felt, og målatomerne får tilstrækkelig energi til at bryde væk fra gitterbindingen gennem kinetisk energioverførsel og migrerer derefter i gasform og deponering på overfladen af ​​underlaget til at danne en tynd film.

Sputteraflejringsteknologien, der i øjeblikket anvendes, inkluderer hovedsageligt diode -sputtering, Tripole Sputtering, Reactive Sputtering og Magnetron Sputtering, blandt hvilke Magnetron Sputtering er den mest anvendte og mest industrialiserede tynde film Sputtering Deposition Technology, og dets udstyr og princip er vist på figuren.

Denne teknologi konstruerer et lukket magnetfelt i et vakuumkammer, og dens retning parallelt med måloverfladen kan begrænse plasmaet og sekundære elektroner til området nær målet, hvilket forbedrer argons ioniseringseffektivitet. Denne magnetiske indeslutningseffekt kan samtidig øge antallet af høje - energi ladede partikler og deres kinetiske energi i plasmaet, hvilket i høj grad forbedrer bombardementseffekten af ​​høje - energipartikler på overfladen af ​​det sputterende mål og opnå en signifikant stigning i deponeringshastigheden af ​​tynde film.

På grund af den høje filmdannelseshastighed har atomer ikke nok tid til at migrere til den laveste energiposition i krystalgitteret, så halvlederfilm, der er forberedt ved hjælp af magnetron -sputtering, har generelt høj defektdensitet.

Imidlertid kan denne teknik bruges til at deponere store områder med tynde film og kan opnå præcis kontrol af filmtykkelsen gennem kvartskrystaloscillatorer.

Metode til afsætning af kemisk badekar

Den tidligste film af bly saltforbindelser, der er deponeret ved hjælp af CBD -metoden, er PBS, der går tilbage til 2. verdenskrigs æra. I tresserne i forrige århundrede er denne teknologi blevet brugt i vid udstrækning til at deponere PBSE -film. Det skematiske diagram over almindelige CBD -reaktorenheder og principper er vist på figuren:

Under visse betingelser gennemgår forløberen en hydrolyse-reaktion for at producere Pb 2+ og SE2- i opløsningen, og når koncentrationen af ​​disse to ioner øges for at overskride opløsningskoncentrationsproduktkonstanten, genereres PBSE-nedbør fra opløsningen til dannelse af en PBSE-film.

Pb 2+ kilderne er normalt Pb (NO3) 2 og Pb (CH3COO) 2, og SE2-ion-kilderne er (NH2) 2CSE og Na2SESO3.

0040-02544 Overkrop, DPS Metal

Kerneteknologien inden for CBD -teknologi til deponering af tynde film er at regulere hydrolysereaktionen af ​​forløbere og kontrollere afsætningshastigheden og filmdannelseskvaliteten for PBSE -film ved at kontrollere koncentrationen af ​​forløbere, pH, reaktionstemperatur, reaktionstid og andre procesparametre.

CBD -proces er mainstream -metoden til forberedelse af PBSE -film på grund af dens enkle enhed, hurtig filmdannelse, lave procesomkostninger og let kontrol af reaktionen.

Derudover reagerer det normalt ved temperaturer under 100 grader og er meget kompatibel med substratmaterialer.