Pelajari tentang teknologi pelapisan chip dan metode pengujian dalam satu artikel

Proses ini melibatkan pengendapan atom atau molekul dari lapisan material demi lapisan pada permukaan substrat untuk membentuk film tipis dengan sifat dan struktur spesifik, sehingga proses pertumbuhannya secara langsung mempengaruhi struktur film serta sifat terakhirnya.

Kinetika pertumbuhan epitaxial dari film tipis menggambarkan evolusi berbagai perubahan dinamis dalam proses pertumbuhan film tipis, yang melibatkan banyak tautan kunci seperti difusi permukaan, adsorpsi, desorpsi, dan agregasi. Interaksi antara tautan ini mempengaruhi struktur, morfologi, dan sifat film.

Ketika atom atau molekul ditembak pada substrat, mereka bertabrakan dengan permukaan substrat, menyebabkan satu bagian tercermin dan bagian lain tetap di permukaan.

0200-00435 cincin atas, silikon

Atom dan molekul yang tetap di permukaan dipengaruhi oleh energi mereka sendiri dan suhu substrat, dan difusi dan migrasi permukaan terjadi. Beberapa terlepas dari permukaan, sementara yang lain sebagian diserap oleh permukaan pada suhu tinggi untuk membentuk kondensat. Seluruh proses kondensasi mencakup langkah -langkah seperti pembentukan nukleus, pembentukan pulau, penggabungan, dan pertumbuhan, yang berpuncak pada pembentukan film tipis kontinu.

Film-film epitaxial berkualitas tinggi adalah dasar untuk membuat perangkat yang baik, dan untuk mewujudkan pembuatan perangkat berkinerja tinggi, perlu secara komprehensif mempertimbangkan sifat-sifat bahan, persyaratan aplikasi, kondisi pertumbuhan dan faktor-faktor lain ketika memilih teknologi pertumbuhan untuk mencapai kontrol yang tepat dan pertumbuhan film berkualitas tinggi.

Berikut adalah beberapa teknik epitaxy film tipis yang umum:

0200-00417 Masukkan cincin, silikon 150mm, datar.

Teknologi Sputtering Magnetron

Magnetron Sputtering adalah metode deposisi fisik. Jenis peralatan ini memiliki struktur yang relatif sederhana, mudah untuk mengendalikan pertumbuhan film tipis dengan menyesuaikan parameter, dan cocok untuk persiapan bahan film yang sedikit lebih besar, dan teknologi ini banyak digunakan dalam industri dan laboratorium.

Diagram skematik ditunjukkan di bawah ini, terutama melalui percepatan elektron di bawah aksi medan listrik, mengenai atom AR dan mengionisasi atom AR ke dalam AR+ dan elektron.

Ketika ion argon berkecepatan tinggi mencapai target, atom target mendapatkan momentum yang cukup untuk melepaskan diri dari target dan jatuh pada substrat untuk membentuk film yang padat. Teknologi sputtering magnetron dibagi menjadi sputtering DC dan sputtering frekuensi radio. Secara umum, ketika target adalah bahan dengan konduktivitas yang buruk, seperti semikonduktor dan keramik, sumber saat ini yang terhubung ke target adalah catu daya frekuensi radio; Ketika targetnya adalah AU, TI dan bahan logam lainnya, catu daya yang terhubung adalah sumber DC.

Deposisi uap kimia senyawa organometalik

MOCVD adalah metode pertumbuhan kemoepitaxial. Sejak 60 -an abad ke -20, teknologi ini diusulkan oleh Manasevit dan yang lainnya dari Rockwell Company di Amerika Serikat, dan sekarang telah menjadi teknologi utama untuk persiapan massal film tipis semikonduktor. Dengan mengangkut reaktan ke dalam ruang melalui gas pembawa dan menjalani reaksi kimia dalam kondisi yang sesuai, persiapan film GA2O3 diambil sebagai contoh:

Sumber logam-organik adalah triethylgallium (TEGA), oksigen digunakan sebagai gas reaksi, dan argon gas inert digunakan sebagai gas pembawa, dan sumber reaksi logam-organik yang diperlukan untuk percobaan yang ditransmisikan ke ruang reaksi dalam bentuk gas pembawa, dan dicampur dengan oksigen dalam chamber reaksi, dan akhirnya komposisi. Film epitaxial berkualitas tinggi setelah kontrol proporsi gas yang tepat.

Bagan aliran reaksi MOCVD adalah sebagai berikut:

Teknologi MOCVD memiliki karakteristik berikut:

Berbagai macam bahan dapat disiapkan: dapat digunakan untuk menyiapkan hampir semua bahan semikonduktor senyawa, seperti silikida, nitrida, oksida, dll. Oleh karena itu, teknologi ini telah menjadi teknologi persiapan film tipis yang sangat penting dalam industri semikonduktor.

2. Laju pertumbuhan terus disesuaikan pada kisaran yang luas, dan cocok untuk pertumbuhan lapisan ultra-tipis dari film majemuk. Dengan menyesuaikan dan mengendalikan laju aliran aliran gas reaktan, parameter seperti laju pertumbuhan film dan konsentrasi doping dapat dengan mudah disesuaikan selama penggunaan teknologi ini. Selain itu, karena gas reaksi di ruang reaksi dapat diaktifkan kapan saja, teknologi ini dapat membuat bahan membentuk antarmuka yang jelas selama pertumbuhan heteroepitaxial, yang kondusif untuk persiapan heterostruktur kompleks.

3. Film yang disiapkannya memiliki kemurnian dan keseragaman yang baik, pengulangan tinggi, dan tingkat otomatisasi peralatan yang tinggi, yang memungkinkan untuk menghasilkan secara massal area yang luas dan cocok untuk produksi industri.

4.in-Situ Monitoring lebih lanjut memastikan kualitas dan kinerja film selama proses pertumbuhan. Dengan keunggulan dan karakteristiknya yang unik, teknologi MOCVD menempati posisi penting di bidang persiapan film tipis semikonduktor, dan memberikan dukungan yang kuat untuk penelitian ilmiah dan aplikasi industri.

Sistem Epitaxy Balok Molekul Laser

Laser Molecular Beam Epitaxy (LMBE) mulai berkembang pada tahun 90-an abad terakhir, adalah teknologi pembuatan film presisi tinggi baru, LMBE tidak hanya mewarisi keunggulan efisiensi tinggi, fleksibilitas dan cocok untuk berbagai bahan dalam persiapan PLD, tetapi juga merealisasikan peraturan yang tepat.

Teknologi pemantauan real-time ini memungkinkan para peneliti untuk mengamati status pertumbuhan film secara real time dan menyesuaikan parameter pertumbuhan dalam waktu untuk memastikan bahwa kualitas dan kinerja film ini dalam kondisi terbaiknya.

Menurut karakteristik LMBE, teknologi ini dapat digunakan untuk menumbuhkan bahan superlattice semikonduktor, dan juga cocok untuk pertumbuhan film tipis multi-elemen, melelting tinggi, dan kompleks, seperti superkonduktor, kristal optik, feroelektrik, piezoelektrik, feromagnet, dan poli-polimer organik.

Selain itu, metode ini juga dapat melakukan penelitian dasar tentang interaksi laser-materi yang sesuai dan fisika dan kimia proses pembentukan film. Prinsip dasar LMBE adalah menggunakan laser berenergi tinggi untuk mencapai target, sehingga atom-atom pada target akan jatuh, mencapai substrat, nukleat pada permukaan substrat dan terus berkumpul, dan secara bertahap berkembang menjadi film lengkap.

Diagram skematis dari sistem epitaxy balok molekul laser ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Metode epitaxial ini memiliki karakteristik berikut:

1. Resolusi tinggi dari struktur film tipis: laju pertumbuhan lambat, umumnya sekitar satu lapisan atom per detik, sehingga epitaxial film dengan metode pertumbuhan ini memiliki kualitas yang seragam dan kristalinitas yang sangat baik, yang sangat cocok untuk pertumbuhan superlattice dan film tipis lainnya yang perlu dikontrol secara akurat.

2. Proses pertumbuhan dilakukan dalam kondisi vakum yang sangat tinggi, yang dapat mencapai pertumbuhan epitaxial dengan kemurnian tinggi.

3. Proses pertumbuhan dan laju pertumbuhan dapat dikontrol secara ketat, dan dapat dipantau oleh RHEED, sehingga pemantauan waktu nyata dapat dicapai untuk mencapai kontrol yang akurat dari ketebalan pertumbuhan film.

4. Teknik karakterisasi film tipis biasanya menggunakan XRD, SEM, TEM, mikroskop gaya atom (AFM), spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) dan spektroskopi penyerapan yang dapat dipandang oleh ultraviolet untuk menentukan jenis kristal, kualitas pita, Karakteristik Morfologi, Komposisi Kimia dan Komposisi Kimia, seperti yang baik. Defect. Newe.

(1) difraktometer sinar-X

XRD adalah sarana untuk mempelajari struktur kristal dan menganalisis komposisi bahan. Prinsip kerja utama adalah menggunakan sinar sinar-X untuk menyinari permukaan struktur kristal yang akan diukur, karena sinar-X dan jarak permukaan dalam kristal serupa, sehingga fenomena interferensi akan terjadi dan menghasilkan pinggiran difraksi yang kuat. Hubungan difraksi memenuhi rumus difraksi bragg:

Metode pengujian ini banyak digunakan dalam fisika materi terkondensasi, ilmu material, mineralogi, dan bidang lainnya karena nyaman dan cepat dan tidak menyebabkan kerusakan pada material.

 

(2) Mikroskop gaya atom

AFM dapat menganalisis struktur dan kekasaran permukaan material padat. Prinsip kerja AFM terutama untuk menerapkan probe untuk sepenuhnya menghubungi atom pada permukaan sampel yang akan diukur, dan untuk gambar perubahan gaya atom antara probe dan atom permukaan dengan menganalisis resolusi nanometer.

(3) Memindai mikroskop elektron

Penerapan SEM dalam semikonduktor terutama untuk mengamati pertumbuhan permukaan sampel, dan SEM penampang dapat mengamati keadaan pertumbuhan dan analisis ketebalan sampel multilayer. Prinsip dasarnya adalah menggunakan sinar elektron untuk menghasilkan gambar sampel yang diperbesar, memindai sampel dengan balok elektron yang terfokus, dan kemudian menyelidiki elektron sekunder/elektron backscattered yang dihasilkan pada permukaan sampel untuk pencitraan.

(4) Mikroskop elektron transmisi

TEM terutama digunakan untuk pencitraan sampel magnifikasi tinggi. Prinsip dasarnya adalah bahwa elektron yang dipancarkan oleh pistol elektron dipercepat pada tekanan tinggi, yaitu sekitar 100-400 kV, dan kemudian difokuskan pada sampel oleh lensa kondensor. Sampel harus cukup tipis untuk dilewati elektron. Elektron yang ditransmisikan membentuk pola difraksi di bidang fokus belakang dan mikroskop yang diperbesar di bidang gambar.

Dengan lensa lain, gambar mikroskopis dan pola difraksi dapat diproyeksikan ke layar fosfor untuk pengamatan atau dokumentasi elektrofotografi. Pola difraksi yang diperoleh dengan metode ini dapat memberikan informasi struktural tentang sampel. Dalam pemindaian transmisi elektron mikroskop (batang), balok dengan diameter sekitar 0. 1 nm digunakan untuk memindai sampel uji, dan lensa objektif mendeteksi elektron yang diangkut pada semua titik yang dipindai oleh balok dan sesuai dengan area tetap pada bidang fokus belakang.

Elektron primer dalam batang juga menghasilkan elektron sekunder, elektron backscattered, sinar-X, dan cahaya di atas sampel, seperti pada SEM. Hamburan elektron inelastik di bawah sampel dapat digunakan untuk menganalisis kehilangan energi elektron. Ini menjadikan perangkat mikroskop elektron analitik yang sebenarnya, dan TEM resolusi tinggi (HTEM) dapat memberikan informasi struktural dari urutan atom, juga dikenal sebagai pencitraan kisi. Ini adalah cara penting dari analisis antarmuka, terutama dalam pengembangan sirkuit terintegrasi semikonduktor.

(5) Spektroskopi fotoelektron sinar-X

XPS adalah teknik analisis permukaan yang kuat yang dapat digunakan untuk mempelajari kimia permukaan bahan padat. Ketika sinar-X menyinari permukaan material, fotoelektron yang melarikan diri kemudian ditangkap oleh peralatan deteksi khusus dalam sistem XPS. Dengan mengukur energi dan kuantitas fotoelektron ini, banyak informasi dapat diperoleh tentang elemen permukaan material. Sebagai contoh, elemen yang berbeda memiliki energi pengikat elektron yang berbeda, jadi dengan menganalisis distribusi energi fotoelektron, dimungkinkan untuk menentukan jenis elemen pada permukaan material. Hasil data yang diperoleh dapat digunakan sebagai absis dengan energi pengikat elektron sebagai absis dan intensitas relatif sebagai ordinat untuk memplot spektrum fotoelektron material untuk analisis informasi elemen sampel.

(6) Spektroskopi serapan UV-vis

Molekul suatu zat memiliki kemampuan untuk menyerap gelombang elektromagnetik dari ultraviolet ke daerah yang terlihat (umumnya 190-800 nm), menghasilkan transisi elektron valensi dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi, yaitu, spektrum serapan ultraviolet-visibel dapat diperoleh. Dengan menganalisis data dari spektrum UV-VIS, pita penyerapan utama material dapat diperoleh. Dikombinasikan dengan formula Tauc, lebar celah pita bahan disimpulkan.