Yarıiletken işlemi: Kimyasal buhar birikimi (CVD)

Yarı iletkenlerde ve FPD panel ekranlarda ince filmlerin hazırlanması önemli bir süreçtir. İnce filmler (TF, ince film) hazırlamanın birçok yolu vardır, aşağıdaki iki yöntem yaygındır:

● CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme)

● PVD (fiziksel buhar birikimi)

Bunlar arasında, tampon katman/aktif katman/yalıtım tabakası, PECVD kullanılarak makinenin odasında biriktirilir.

● Özel gazlar kullanın: SiN ve Si/SiO2 filmlerinin biriktirilmesi için SiH4/NH3/N2O.

● Bazı CVD makinelerinin, taşıyıcı hareketliliğini arttırmak için hidrojenasyon için H2 kullanması gerekir.

● NF3 bir temizleme gazıdır. Karşılaştırıldığında: F2 oldukça toksiktir ve SF6'nın sera etkisi NF3'ünkinden daha yüksektir.

Yarı iletken cihaz prosesinde, yaygın olarak kullanılan SiO2/Si/SiN'ye ek olarak daha fazla ince film türü vardır; ayrıca W, Ti/TiN, HfO2, SiC vb. de vardır.

Bu aynı zamanda yarı iletken endüstrisinde çeşitli türlerde ince filmler yapmak amacıyla kullanılan gelişmiş malzemeler için birçok türde öncü maddenin bulunmasının da nedenidir.

Bunu şu şekilde açıklıyoruz:

1. CVD türleri ve bazı öncü gazlar

2. CVD'nin temel mekanizması ve film kalitesi

1. CVD türleri ve bazı öncü gazlar

CVD çok genel bir kavramdır ve birçok türe ayrılabilir.. Yaygın olanlar:

● Pecvd: Plazmayla Geliştirilmiş CVD

● LPCVD: Düşük Basınçlı CVD

● ALD: Atomik Katman Birikimi

● Mocvd: Metal-organik CVD

CVD işlemi sırasında kimyasal reaksiyonlardan önce öncü maddenin kimyasal bağlarının kırılması gerekir.

Kimyasal bağları kırmaya yönelik enerji ısıdan gelir, bu nedenle bölme sıcaklığı nispeten yüksek olacaktır; bu da panelin alt tabaka camı veya esnek ekranın PI malzemesi gibi bazı işlemler için uygun değildir. Bu nedenle, sıcaklık gerektiren bazı prosesleri karşılamak için proses sıcaklığını düşürmek amacıyla başka enerjinin (Plazma oluşturma vb.) girilmesiyle termal bütçe de azaltılacaktır.

Bu nedenle a-Si:H/SiN/poly-Si'nin PECVD biriktirmesi FPD görüntü endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yaygın CVD öncülleri ve filmleri:

Polikristalin silikon/tek kristal silikon Sio2 sin/sion w/ti wsi2 hfo2/sic

CVD'nin temel mekanizmasının adımları:

1. reaksiyon öncü gazı odaya girer

2. Gaz reaksiyonuyla üretilen ara ürünler

3. Gazın ara ürünleri substrat yüzeyine yayılır

4. Substrat yüzeyine adsorbe edildi ve dağıldı

5. Substrat yüzeyinde kimyasal reaksiyon meydana gelir, çekirdeklenme/ada oluşumu/film oluşumu

6. Yan ürünler, tedavi için yıkayıcıya girdikten sonra boşaltılır, vakum pompalanır ve boşaltılır

Daha önce de belirtildiği gibi, tüm işlem difüzyon/adsorpsiyon/reaksiyon gibi birçok adım içerir. Genel film oluşum oranı, sıcaklık/basınç/reaksiyon gazı tipi/substrat tipi gibi birçok faktörden etkilenir. Difüzyonun tahmin için bir difüzyon modeli vardır, adsorpsiyonun bir adsorpsiyon teorisi vardır ve kimyasal reaksiyonun bir reaksiyon kinetiği teorisi vardır.

Tüm süreçte en yavaş adım tüm reaksiyon hızını belirler. Bu, proje yönetiminin kritik yol yöntemine çok benzer. En uzun aktivite akışı, en kısa proje süresini belirler. Bu yolun süresini azaltmak için kaynak tahsis edilerek süre kısaltılabilir. Benzer şekilde CVD, tüm süreci anlayarak film oluşum hızını sınırlayan temel darboğazı bulabilir ve ideal film oluşum hızına ulaşmak için parametre ayarlarını düzenleyebilir.

2. CVD film kalitesinin değerlendirilmesi

Bazı filmler düz, bazıları delik doldurucu, bazıları ise oyuk doldurucu olup çok farklı işlevlere sahiptir. Ticari CVD makineleri temel gereksinimleri karşılamalıdır:

● Makine işleme kapasitesi, biriktirme oranı

● Tutarlılık

● Gaz fazı reaksiyonları parçacıklar üretemez. Gaz fazında parçacıklar üretmemek çok önemlidir.

Diğer bazı değerlendirme gereksinimleri aşağıdaki gibidir:

● İyi adım kapsamı

● Yüksek en boy oranı boşluklarını doldurabilme (uygunluk)

● İyi kalınlık tekdüzeliği

● Yüksek saflık ve yoğunluk

● Düşük film stresi ile yüksek derecede yapısal mükemmellik

● İyi elektriksel özellikler

● Alt tabaka malzemesine mükemmel yapışma