Μάθετε σχετικά με την τεχνολογία επίστρωσης τσιπ και τις μεθόδους δοκιμών σε ένα άρθρο

Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την εναπόθεση ατόμων ή μορίων του υλικού στρώματος με στρώμα στην επιφάνεια του υποστρώματος για να σχηματίσει μια λεπτή μεμβράνη με συγκεκριμένες ιδιότητες και δομή, έτσι ώστε η διαδικασία ανάπτυξης να επηρεάζει άμεσα τη δομή της μεμβράνης καθώς και τις τελικές του ιδιότητες.

Η κινητική επιταξιακής ανάπτυξης των λεπτών μεμβρανών περιγράφει την εξέλιξη διαφόρων δυναμικών αλλαγών στη διαδικασία ανάπτυξης των λεπτών μεμβρανών, που περιλαμβάνουν πολλαπλούς βασικούς δεσμούς όπως η διάχυση της επιφάνειας, η προσρόφηση, η εκρόφηση και η συσσωμάτωση. Η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των συνδέσεων επηρεάζει τη δομή, τη μορφολογία και τις ιδιότητες της μεμβράνης.

Όταν τα άτομα ή τα μόρια πυροβολούνται στο υπόστρωμα, συγκρούονται με την επιφάνεια του υποστρώματος, προκαλώντας αντανακλασμένη ένα μέρος και το άλλο μέρος να παραμείνει στην επιφάνεια.

0200-00435 Κορυφαία δακτύλιο, πυρίτιο

Τα άτομα και τα μόρια που παραμένουν στην επιφάνεια επηρεάζονται από τη δική τους ενέργεια και τη θερμοκρασία του υποστρώματος και συμβαίνουν διάχυση και μετανάστευση επιφάνειας. Ορισμένα αποσπαστούν από την επιφάνεια, ενώ άλλοι προσροφούνται μερικώς από την επιφάνεια σε υψηλές θερμοκρασίες για να σχηματίσουν συμπυκνώματα. Ολόκληρη η διαδικασία συμπύκνωσης περιλαμβάνει βήματα όπως ο σχηματισμός πυρήνα, ο σχηματισμός των νησιών, η συγχώνευση και η ανάπτυξη, με αποκορύφωμα το σχηματισμό ενός συνεχούς λεπτού φιλμ.

Οι επιταξιακές μεμβράνες υψηλής ποιότητας αποτελούν τη βάση για την πραγματοποίηση καλών συσκευών και προκειμένου να πραγματοποιηθεί η κατασκευή συσκευών υψηλής απόδοσης, είναι απαραίτητο να εξεταστούν ολοκληρωτικά τις ιδιότητες των υλικών, των απαιτήσεων εφαρμογής, των συνθηκών ανάπτυξης και άλλων παραγόντων κατά την επιλογή τεχνολογιών ανάπτυξης για την επίτευξη ακριβούς ελέγχου και υψηλής ποιότητας ανάπτυξης των ταινιών.

Ακολουθούν μερικές κοινές τεχνικές επιταξίας λεπτών φιλμ:

0200-00417 Εισαγάγετε δακτύλιο, πυρίτιο 150mm, επίπεδη.

Τεχνολογία ψεκασμού μαγνητρόνου

Το sputtering magnetron είναι μια μέθοδος φυσικής εναπόθεσης. Αυτός ο τύπος εξοπλισμού έχει μια σχετικά απλή δομή, είναι εύκολος στον έλεγχο της ανάπτυξης λεπτών μεμβρανών, προσαρμόζοντας τις παραμέτρους και είναι κατάλληλη για την παρασκευή ελαφρώς μεγαλύτερων φιλμ υλικών και αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και τα εργαστήρια.

Το σχηματικό διάγραμμα φαίνεται παρακάτω, κυρίως μέσω της επιτάχυνσης των ηλεκτρονίων κάτω από τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου, χτυπώντας το άτομο AR και ιονίζοντας το άτομο AR σε AR+ και ηλεκτρόνια.

Όταν τα υψηλής ταχύτητας ιόντα αργού χτύπησαν τον στόχο, τα άτομα στόχου κερδίζουν αρκετή ορμή για να απομακρυνθούν από το στόχο και να πέσουν στο υπόστρωμα για να σχηματίσουν μια πυκνή μεμβράνη. Η τεχνολογία ψεκασμού Magnetron χωρίζεται σε ψεκασμό DC και ραδιοσυχνότητα. Σε γενικές γραμμές, όταν ο στόχος είναι υλικό με κακή αγωγιμότητα, όπως ημιαγωγοί και κεραμικά, η πηγή ρεύματος που συνδέεται με τον στόχο είναι μια τροφοδοσία ραδιοσυχνοτήτων. Όταν ο στόχος είναι AU, TI και άλλα μεταλλικά υλικά, η συνδεδεμένη τροφοδοσία είναι μια πηγή DC.

Χημική εναπόθεση ατμών των οργανομεταλλικών ενώσεων

Το MOCVD είναι μια μέθοδος χημειοπαταξικής ανάπτυξης. Από τη δεκαετία του '60 του 20ου αιώνα, αυτή η τεχνολογία προτάθηκε από την Manasevit και άλλους της Rockwell Company στις Ηνωμένες Πολιτείες και έχει γίνει τώρα η mainstream τεχνολογία για τη μαζική προετοιμασία λεπτών ταινιών ημιαγωγών. Με τη μεταφορά των αντιδραστηρίων στο θάλαμο μέσω ενός αερίου φορέα και υποβάλλονται σε χημική αντίδραση υπό κατάλληλες συνθήκες, η παρασκευή των ταινιών GA2O3 λαμβάνεται ως παράδειγμα:

Η μεταλλική-οργανική πηγή είναι τριεθυλογαλίο (TEGA), το οξυγόνο χρησιμοποιείται ως αέριο αντίδρασης και το αργό αδρανούς αερίου χρησιμοποιείται ως αέριο φορέα και η αντίδραση μετάλλου-οργανικής αντίδρασης που απαιτεί Υψηλής ποιότητας επιταξιακής μεμβράνης μετά από ακριβή έλεγχο του ποσοστού του αερίου.

Το διάγραμμα ροής αντίδρασης του MOCVD έχει ως εξής:

Η τεχνολογία MOCVD έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

Μπορεί να παρασκευαστεί μια ευρεία ποικιλία υλικών: μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή σχεδόν όλων των σύνθετων υλικών ημιαγωγών, όπως τα πυριτικά, τα νιτρίδια, τα οξείδια κλπ. Ως εκ τούτου, αυτή η τεχνολογία έχει γίνει μια πολύ σημαντική τεχνολογία παρασκευής λεπτών φιλμ στη βιομηχανία ημιαγωγών.

2. Ο ρυθμός ανάπτυξης είναι συνεχώς ρυθμιζόμενος σε ένα ευρύ φάσμα και είναι κατάλληλο για την ανάπτυξη εξαιρετικά λεπτών στρωμάτων σύνθετων μεμβράνων. Με τη ρύθμιση και τον έλεγχο του ρυθμού ροής του ρεύματος αερίου αντιδραστηρίου, οι παραμέτρους όπως ο ρυθμός ανάπτυξης της μεμβράνης και η συγκέντρωση ντόπινγκ μπορούν εύκολα να ρυθμιστούν κατά τη χρήση αυτής της τεχνολογίας. Επιπλέον, επειδή το αέριο αντίδρασης στο θάλαμο αντίδρασης μπορεί να μετατραπεί ανά πάσα στιγμή, αυτή η τεχνολογία μπορεί να καταστήσει το υλικό να σχηματίζει μια προφανή διεπαφή κατά τη διάρκεια της ετεροεπικευχικής ανάπτυξης, η οποία ευνοεί την παρασκευή σύνθετων ετεροδομών.

3. Η μεμβράνη που παρασκευάζεται από αυτό έχει καλή καθαρότητα και ομοιομορφία, υψηλή επαναληψιμότητα και υψηλό βαθμό αυτοματοποίησης του εξοπλισμού, γεγονός που καθιστά δυνατή τη μαζική παραγωγή μεγάλης έκτασης και είναι κατάλληλο για βιομηχανική παραγωγή.

4. Η παρακολούθηση της SITU εξασφαλίζει περαιτέρω την ποιότητα και την απόδοση της ταινίας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης. Με τα μοναδικά πλεονεκτήματα και τα χαρακτηριστικά της, η τεχνολογία MOCVD καταλαμβάνει μια σημαντική θέση στον τομέα της προετοιμασίας λεπτών φιλμ ημιαγωγών και παρέχει ισχυρή υποστήριξη για επιστημονικές ερευνητικές και βιομηχανικές εφαρμογές.

Σύστημα επιταξίας μοριακής δέσμης λέιζερ

Το Laser Molecular Beam Epitaxy (LMBE) άρχισε να αναπτύσσεται στη δεκαετία του '90 του περασμένου αιώνα, είναι μια νέα τεχνολογία που δημιουργεί το LMBE, η LMBE όχι μόνο κληρονομεί την τεχνολογία της υψηλής απόδοσης, την ευελιξία και την κατάλληλη για μια ποικιλία υλικών στην προετοιμασία του PLD αλλά και την ακριβή ρύθμιση της διαδικασίας ανάπτυξης της ταινίας.

Αυτή η τεχνολογία παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο επιτρέπει στους ερευνητές να παρατηρούν την κατάσταση ανάπτυξης της ταινίας σε πραγματικό χρόνο και να προσαρμόσουν τις παραμέτρους ανάπτυξης εγκαίρως για να εξασφαλίσουν ότι η ποιότητα και η απόδοση της ταινίας είναι στο καλύτερό τους.

Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του LMBE, αυτή η τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη υλικών υπεραγωγών ημιαγωγών και είναι επίσης κατάλληλη για την ανάπτυξη πολλαπλών στοιχείων, υψηλών επιπέδων και σύνθετων λεπτών λεπτών μεμβρανών, όπως υπεραγωγοί, οπτικούς κρυστάλλους, σιδηροηλεκτρικά, πιεζοηλεκτρικά, σιδηρομαγνάθια και οργανικούς πολυμέρους.

Επιπλέον, αυτή η μέθοδος μπορεί επίσης να διεξάγει βασική έρευνα σχετικά με την αντίστοιχη αλληλεπίδραση με λέιζερ και τη φυσική και τη χημεία της διαδικασίας σχηματισμού ταινιών. Η βασική αρχή του LMBE είναι να χρησιμοποιήσει ένα λέιζερ υψηλής ενέργειας για να χτυπήσει τον στόχο, έτσι ώστε τα άτομα στο στόχο να πέσουν, να φτάσουν στο υπόστρωμα, να πυρήνουν στην επιφάνεια του υποστρώματος και να συνεχίσουν να συσσωματώνονται και να επεκτείνουν σταδιακά σε μια πλήρη μεμβράνη.

Το σχηματικό διάγραμμα του συστήματος επιταξίας μοριακής δέσμης λέιζερ εμφανίζεται στο παρακάτω σχήμα.

Αυτή η επιταξιακή μέθοδος έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Υψηλή ανάλυση της δομής λεπτού φιλμ: Ο ρυθμός ανάπτυξης είναι αργός, γενικά περίπου ένα ατομικό στρώμα ανά δευτερόλεπτο, οπότε η επιταξιακή μεμβράνη με αυτή τη μέθοδο ανάπτυξης έχει ομοιόμορφη ποιότητα και εξαιρετική κρυσταλλικότητα, η οποία είναι πολύ κατάλληλη για την ανάπτυξη του superlattice και άλλων λεπτών μεμβρανών που πρέπει να ελέγχονται με ακρίβεια.

2. Η διαδικασία ανάπτυξης διεξάγεται υπό εξαιρετικά υψηλές συνθήκες κενού, οι οποίες μπορούν να επιτύχουν επιταξονική ανάπτυξη υψηλής καθαρότητας.

3. Η διαδικασία ανάπτυξης και ο ρυθμός ανάπτυξης μπορούν να ελεγχθούν αυστηρά και να παρακολουθούνται από την RHEED, οπότε η παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο μπορεί να επιτευχθεί για να επιτευχθεί ακριβής έλεγχος του πάχους ανάπτυξης του φιλμ.

4. Οι τεχνικές χαρακτηρισμού λεπτού φιλμ συνήθως χρησιμοποιούν XRD, SEM, TEM, μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM), φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) και φασματοσκοπία απορρόφησης υπεριώδους ορατών για τον προσδιορισμό του τύπου κρυστάλλου, της ποιότητας των κρυστάλλων, των χαρακτηριστικών της ζώνης, της μορφολογίας, της χημικής σύνθεσης και των αλεξίπτωτων, καθώς και του σχηματισμού και της δομής της ζώνης.

(1) Διεθρόμετρο ακτίνων Χ

Το XRD είναι ένα μέσο για τη μελέτη της κρυσταλλικής δομής και την ανάλυση της σύνθεσης των υλικών. Η κύρια αρχή λειτουργίας είναι να χρησιμοποιηθεί μια δέσμη ακτίνων Χ για την ακτινοβολία της επιφάνειας της κρυσταλλικής δομής, επειδή η ακτινογραφία και η απόσταση επιφάνειας στον κρύσταλλο είναι παρόμοια, οπότε το φαινόμενο παρεμβολής θα συμβεί και θα παράγει ισχυρές περιθώρια περίθλασης. Η σχέση περίθλασης ικανοποιεί τον τύπο περίθλασης Bragg:

Αυτή η μέθοδος δοκιμής χρησιμοποιείται ευρέως στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης, στην επιστήμη των υλικών, στην ορυκτολογία και σε άλλους τομείς επειδή είναι βολικό και γρήγορο και δεν προκαλεί βλάβη στο υλικό.

 

(2) Μικροσκοπία ατομικής δύναμης

Το AFM μπορεί να αναλύσει τη δομή και την τραχύτητα των επιφανειών στερεών υλικών. Η αρχή λειτουργίας του AFM είναι κυρίως να εφαρμόσει τον ανιχνευτή για να επικοινωνήσει πλήρως τα άτομα στην επιφάνεια του δείγματος που πρόκειται να μετρηθεί και να απεικονιστεί η ατομική δύναμη μεταβολών μεταξύ του ανιχνευτή και των ατόμων επιφάνειας αναλύοντας την ανάλυση νανομέτρου.

(3) Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης

Η εφαρμογή του SEM σε ημιαγωγούς είναι κυρίως η παρατήρηση της επιφανειακής ανάπτυξης των δειγμάτων και η SEM διατομής μπορεί να παρατηρήσει την ανάλυση ανάπτυξης και το πάχος των πολυστρωματικών δειγμάτων. Η βασική αρχή είναι να χρησιμοποιήσετε μια δέσμη ηλεκτρονίων για να δημιουργήσετε μια διευρυμένη εικόνα του δείγματος, να σαρώσετε το δείγμα με μια εστιασμένη δέσμη ηλεκτρονίων και στη συνέχεια να διερευνήσετε τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια/ηλεκτρόνια που παράγονται στην επιφάνεια του δείγματος για απεικόνιση.

(4) Ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης

Το TEM χρησιμοποιείται κυρίως για την απεικόνιση υψηλής μεγέθους των δειγμάτων. Η βασική αρχή είναι ότι τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από το πιστόλι ηλεκτρονίων επιταχύνονται με υψηλή πίεση, το οποίο είναι περίπου 100-400 kV, και στη συνέχεια επικεντρώνεται στο δείγμα με φακό συμπυκνωτή. Το δείγμα πρέπει να είναι αρκετά λεπτό για να περάσουν τα ηλεκτρόνια. Τα μεταδιδόμενα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα μοτίβο περίθλασης στο οπίσθιο εστιακό επίπεδο και ένα μεγεθυμένο μικροσκόπιο στο επίπεδο εικόνας.

Με άλλους φακούς, μικροσκοπικές εικόνες και πρότυπα περίθλασης μπορούν να προβάλλονται σε οθόνες φωσφόρου για παρατήρηση ή ηλεκτροφωτογραφική τεκμηρίωση. Το πρότυπο διάθλασης που λαμβάνεται με αυτή τη μέθοδο μπορεί να δώσει δομικές πληροφορίες σχετικά με το δείγμα. Σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης σάρωσης (STEM), χρησιμοποιείται μια δέσμη με διάμετρο περίπου 0.

Τα πρωτογενή ηλεκτρόνια στο STEM παράγουν επίσης δευτερεύοντα ηλεκτρόνια, ηλεκτρόνια με οπίσθια διάσπαση, ακτίνες Χ και φως πάνω από το δείγμα, όπως ακριβώς και στο SEM. Η ανελαστική σκέδαση των ηλεκτρονίων κάτω από το δείγμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση της απώλειας ενέργειας ηλεκτρονίων. Αυτό καθιστά τη συσκευή ένα πραγματικό αναλυτικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και το TEM υψηλής ανάλυσης (HTEM) μπορεί να δώσει δομικές πληροφορίες της τάξης των ατόμων, επίσης γνωστή ως απεικόνιση πλέγματος. Αυτό είναι ένα σημαντικό μέσο ανάλυσης διεπαφής, ειδικά στην ανάπτυξη ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ημιαγωγών.

(5) Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ

Το XPS είναι μια ισχυρή τεχνική ανάλυσης επιφάνειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της επιφανειακής χημείας των στερεών υλικών. Όταν οι ακτινογραφίες ακτινοβολούν την επιφάνεια του υλικού, τα φωτοηλεκτρονικά διαφεύγουν στη συνέχεια συλλαμβάνονται με ειδικό εξοπλισμό ανίχνευσης στο σύστημα XPS. Με τη μέτρηση της ενέργειας και της ποσότητας αυτών των φωτοηλεκτρονίων, μπορεί να ληφθεί πληθώρα πληροφοριών σχετικά με τα επιφανειακά στοιχεία του υλικού. Για παράδειγμα, διαφορετικά στοιχεία έχουν διαφορετικές ενέργειες δέσμευσης ηλεκτρονίων, έτσι με την ανάλυση της κατανομής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί ο τύπος στοιχείου στην επιφάνεια του υλικού. Τα αποτελέσματα των δεδομένων που λαμβάνονται μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως η abscissa με την ενέργεια δέσμευσης ηλεκτρονίων ως την τετμημένη και τη σχετική ένταση ως τεταγμένη για να σχεδιάσει το φάσμα φωτοηλεκτρονίων του υλικού για την ανάλυση των πληροφοριών του στοιχείου του δείγματος.

(6) Φασματοσκοπία απορρόφησης UV-Vis

Το μόριο μιας ουσίας έχει την ικανότητα να απορροφά ηλεκτρομαγνητικά κύματα από την υπεριώδη προς την ορατή περιοχή (γενικά 190-800 nm), με αποτέλεσμα τη μετάβαση των ηλεκτρόνων σθένους από την κατάσταση εδάφους στην διεγερμένη κατάσταση, δηλαδή το υπεριώδες φάσμα απορρόφησης μπορεί να ληφθεί. Με την ανάλυση των δεδομένων από το φάσμα UV-VIS, μπορούν να ληφθούν οι κύριες ζώνες απορρόφησης του υλικού. Σε συνδυασμό με τη φόρμουλα TAUC, συνάγεται το πλάτος χάσματος της ζώνης του υλικού.