Aflați mai multe despre tehnologia de pregătire a filmului subțire într -un singur articol

ÎnvăţaABoutTHinFilmPreparaţieTEchnologie înONEArtic

Creșterea epitaxială a filmului subțire este o metodă cheie de pregătire a materialelor care este utilizată pe scară largă în dispozitivele semiconductoare, optoelectronica și nanotehnologia.

Acest proces implică depunerea de atomi sau molecule ale stratului de material prin strat pe suprafața substratului pentru a forma o peliculă cu proprietăți și structură specifice, astfel încât procesul său de creștere afectează în mod direct structura filmului și proprietățile sale finale.

În comparație cu materialele în vrac, filmele subțiri au caracteristicile pregătirii ușoare, modificări ușoare și costuri reduse. În același timp, filmul subțire - {- dispozitivele bazate mai mici în masă și dimensiune și sunt mai ușor de integrat cu Si - CMOS bazat pe Si - CMOS și Micro - Electro - Sistem mecanic (MEMS) Tehnologii pentru a obține o integrare ridicată.

În prezent, tehnologia pentru pregătirea filmelor subțiri include în principal depunerea de sputtering, evaporarea în vid, epitaxia cu fascicul molecular (MBE), depunerea chimică a băii (CBD) și alte metode.

0020-33806 Camera superioară DPS + POLY

Metoda de evaporare a vidului

Evaporarea în vid este o metodă de încălzire a materiilor prime (cunoscute și sub denumirea de ținte) în recipientul evaporator într -o cameră de vid, sublimându -și atomii sau moleculele pentru a forma un flux de vapori, transportându -le la suprafața unui substrat solid cu un temperatură mai scăzută, apoi le re -- Condensarea și depunerea lor într -un film subțire. Echipamentele de acoperire cu evaporare în vid include în principal camera de vid, sursa de evaporare sau încălzitorul de evaporare, substratul, încălzitorul de substrat și termometrul. În mod normal, punctul de topire al materialului depus de evaporarea termică trebuie să fie sub 1500 grade, iar rata de evaporare este ajustată de cantitatea de curent de încălzire în timpul procesului de depunere. Pentru a asigura uniformitatea compoziției și grosimii filmului evaporat și repetabilitatea procesului de evaporare, este necesară, de asemenea, echiparea suplimentară a tabelului rotativ al substratului și a sistemului de monitorizare a grosimii parțiale a cuarțului. Acoperirea de evaporare în vid este formată din trei procese principale, așa cum se arată în figura:

Luând ca exemplu evaporarea fasciculului de electroni, în primul rând, ținta solidă - faza este transformată într -o fază de vapori la temperatură ridicată.

Apoi, atomii sau moleculele vaporizate sunt transportate între sursa de evaporare și substrat, iar numărul de coliziuni între particulele de fază de gaz - și moleculele reziduale de gaze în camera de vid în timpul zborului este direct afectat de gradul de vid și de distanța dintre țintă și substrat, care determină calea medie liberă a epuizării atomului evaporat. Vapori - particule de fază pe suprafața substratului, care implică pași cheie, cum ar fi vapori - condensare a materialului de fază, formarea centrului de nucleare, creșterea nucleării și, în final, formarea unui film continuu.

Deoarece temperatura substratului este semnificativ mai mică decât temperatura țintă, particulele de fază solidă - vor suferi un gaz direct - tranziția în fază solidă pe suprafața substratului. Este important să subliniem că toate etapele procesului de mai sus trebuie să fie finalizate într -un mediu cu vid ridicat. Dacă vidul este insuficient, particulele evaporate se vor ciocni frecvent cu moleculele reziduale de gaz, ceea ce nu numai că va duce la contaminarea stratului de film prin impurități pentru a forma oxizi, dar poate fi dificil să formezi o structură uniformă și densă de film datorită efectului de împrăștiere al moleculelor de gaz, în plus, ținta poate fi și oxidată și ars la temperaturi de gaz. Evaporarea în vid a fost utilizată pentru fabricarea de filme subțiri de zeci de ani și este foarte versatilă.

În ultimii ani, pentru a inhiba sau evita reacția chimică dintre materiile prime și recipientele de film la temperaturi ridicate, s -au făcut multe îmbunătățiri la creuzete și metode de încălzire, cum ar fi: utilizarea căldurii cu punct de topire ridicat - Crucible ceramice de nitru de bor rezistente; Folosind un fascicul de electroni sau un laser ca sursă de încălzire, o suprafață mică a suprafeței materiei prime este încălzită, astfel încât zona să atingă instantaneu o temperatură ridicată.

Ca răspuns la cerințele crescânde pentru performanța funcțională a filmului, multi - sursă co - Evaporarea și metodele de evaporare secvențială sunt utilizate pentru fabricarea filmelor compozite cu compoziții complexe sau multi - filme compozite.

În plus, cercetătorii au dezvoltat o metodă de evaporare a reacției pentru filmele compuse care sunt predispuse la segregarea componentelor în timpul evaporării.

Metoda de evaporare a vidului are avantajele costurilor reduse, echipamentelor simple și funcționării ușoare, iar mecanismul de creștere al filmului depus de această metodă este simplu, puritatea filmului este ridicată, grosimea filmului este precisă și controlabilă, iar o grafică clară poate fi obținută prin utilizarea plăcii de mască. Principalul dezavantaj al acestei metode este faptul că energia cinetică a atomilor de fază a gazului - produsă prin evaporarea termică este mai mică decât cea a depunerii sputterului, iar legătura dintre substrat și substrat după relemarea substratului.

Metoda depunerii sputterului

Tehnologia de depunere a sputterului este o ramură importantă a tehnologiei de depunere a vaporilor fizici (PVD). Funcționează folosind energia de frecvență radio sau fascicule laser pentru a activa gazele rarefiate (AR, O2, N2, etc.) în camera de vid pentru a forma plasmă energetică ridicată -. Ionii din aceste plasme accelerează bombardarea suprafeței țintă sub acțiunea câmpului electric, iar atomii țintă obțin suficientă energie pentru a se desprinde de robia de zăbrele prin transferul de energie cinetică, apoi migrează sub formă gazoasă și depozit pe suprafața substratului pentru a forma un film subțire.

Tehnologia de depunere a sputter -ului utilizat în prezent include în principal sputtering diode, sputtering teripole, sputtering reactiv și sputtering cu magnetron, printre care sputtering -ul cu magnetron este cea mai utilizată și cea mai industrializată tehnologie de depunere a sputteringului cu filme subțiri, iar echipamentul și principiul său sunt prezentate în figură.

Această tehnologie construiește un câmp magnetic închis într -o cameră de vid, iar direcția sa paralelă cu suprafața țintă poate limita plasma și electronii secundari la zona din apropierea țintei, sporind eficiența ionizării argonului. Acest efect de închisoare magnetică poate crește simultan numărul de particule ridicate ridicate de energie - și energia cinetică a acestora în plasmă, sporind astfel foarte mult efectul de bombardament al particulelor de energie ridicate - pe suprafața țintei de sputter și obținerea unei creșteri semnificative a ratei de depunere a filmelor subțiri.

Datorită ratei ridicate de formare a filmului, atomii nu au suficient timp pentru a migra până la cea mai mică poziție energetică în rețeaua de cristal, astfel încât filmele cu semiconductor preparate folosind sputtering de magnetron au, în general, o densitate mare de defecte.

Cu toate acestea, această tehnică poate fi folosită pentru a depune suprafețe mari de pelicule subțiri și poate obține un control precis al grosimii filmului prin oscilatoarele de cristal de cuarț.

Metoda de depunere a băilor chimice

Cel mai vechi film de compuși de sare de plumb depus folosind metoda CBD este PBS, care datează din epoca celui de -al Doilea Război Mondial. În anii șaizeci de secolul trecut, această tehnologie a fost utilizată pe scară largă pentru a depune filme PBSE. Schema schematică a dispozitivelor și principiilor comune ale reactorului CBD este prezentată în figura:

În anumite condiții, precursorul suferă o reacție de hidroliză pentru a produce Pb 2+ și SE2- în soluție, iar atunci când concentrația acestor doi ioni crește pentru a depăși constanta produsului de concentrație a soluției, precipitația PBSE va fi generată de la soluție pentru a forma o peliculă PBSE.

Sursele Pb 2+ sunt de obicei Pb (NO3) 2 și PB (CH3COO) 2, iar sursele de ioni sunt (NH2) 2CSE și NA2SESO3.

0040-02544 corpul superior, metalul DPS

Tehnologia de bază a tehnologiei CBD pentru depunerea de filme subțiri este de a regla reacția de hidroliză a precursorilor și de a controla rata de depunere și calitatea de formare a filmelor de filme PBSE prin controlul concentrației de precursori, pH, temperatura de reacție, timpul de reacție și alți parametri de proces.

Procesul CBD este metoda principală pentru pregătirea filmelor PBSE datorită dispozitivului său simplu, formarea rapidă a filmului, costului scăzut al procesului și controlul ușor al reacției.

În plus, reacționează de obicei la temperaturi sub 100 de grade și este foarte compatibil cu materialele de substrat.