Tìm hiểu về công nghệ lớp phủ chip và phương pháp thử nghiệm trong một bài viết

Quá trình này liên quan đến sự lắng đọng của các nguyên tử hoặc các phân tử của lớp vật liệu từng lớp trên bề mặt chất nền để tạo thành một màng mỏng với các tính chất và cấu trúc cụ thể, do đó, quá trình tăng trưởng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc của màng cũng như tính chất cuối cùng của nó.

Động học tăng trưởng epiticular của màng mỏng mô tả sự phát triển của các thay đổi động khác nhau trong quá trình tăng trưởng của màng mỏng, liên quan đến nhiều liên kết chính như khuếch tán bề mặt, hấp phụ, giải hấp và tổng hợp. Sự tương tác giữa các liên kết này ảnh hưởng đến cấu trúc, hình thái và tính chất của bộ phim.

Khi các nguyên tử hoặc phân tử được bắn vào chất nền, chúng va chạm với bề mặt cơ chất, khiến một phần được phản xạ và phần còn lại vẫn còn trên bề mặt.

0200-00435 vòng trên cùng, silicon

Các nguyên tử và các phân tử ở trên bề mặt bị ảnh hưởng bởi năng lượng của chính chúng và nhiệt độ của chất nền, và sự khuếch tán và di chuyển bề mặt xảy ra. Một số được tách ra khỏi bề mặt, trong khi những người khác bị bề mặt hấp phụ một phần ở nhiệt độ cao để hình thành ngưng tụ. Toàn bộ quá trình ngưng tụ bao gồm các bước như hình thành hạt nhân, hình thành đảo, hợp nhất và tăng trưởng, lên đến đỉnh điểm trong sự hình thành của một màng mỏng liên tục.

Phim epitaxial chất lượng cao là cơ sở để tạo ra các thiết bị tốt và để nhận ra việc chế tạo các thiết bị hiệu suất cao, cần phải xem xét toàn diện các tính chất của vật liệu, yêu cầu ứng dụng, điều kiện tăng trưởng và các yếu tố khác khi lựa chọn công nghệ tăng trưởng để đạt được sự kiểm soát chính xác và tăng trưởng chất lượng cao.

Dưới đây là một vài kỹ thuật epitaxy màng mỏng phổ biến:

0200-00417 Chèn vòng, silicon 150mm, phẳng.

Công nghệ phun Magnetron

Phản xạ từ tính là một phương pháp lắng đọng vật lý. Loại thiết bị này có cấu trúc tương đối đơn giản, dễ dàng kiểm soát sự phát triển của màng mỏng bằng cách điều chỉnh các tham số và phù hợp để chuẩn bị các vật liệu phim lớn hơn một chút, và công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và phòng thí nghiệm.

Biểu đồ được hiển thị bên dưới, chủ yếu thông qua gia tốc của các electron dưới tác động của điện trường, đánh vào nguyên tử AR và ion hóa nguyên tử AR vào AR+ và electron.

Khi các ion argon tốc độ cao tấn công mục tiêu, các nguyên tử mục tiêu tăng đủ động lực để thoát khỏi mục tiêu và rơi vào chất nền để tạo thành một bộ phim dày đặc. Công nghệ phun Magnetron được chia thành các đường phun DC và tần số vô tuyến. Nói chung, khi mục tiêu là vật liệu có độ dẫn kém, chẳng hạn như chất bán dẫn và gốm sứ, nguồn hiện tại được kết nối với mục tiêu là nguồn cung cấp năng lượng tần số vô tuyến; Khi mục tiêu là AU, TI và các vật liệu kim loại khác, nguồn điện được kết nối là nguồn DC.

Lắng đọng hơi hóa học của các hợp chất organometallic

MOCVD là một phương pháp tăng trưởng hóa học. Kể từ những năm 60 của thế kỷ 20, công nghệ này được đề xuất bởi Manasevit và những người khác của Công ty Rockwell ở Hoa Kỳ, và hiện đã trở thành công nghệ chính để chuẩn bị hàng loạt các bộ phim mỏng bán dẫn. Bằng cách vận chuyển các chất phản ứng vào buồng thông qua khí mang và trải qua phản ứng hóa học trong điều kiện phù hợp, việc chuẩn bị màng GA2O3 được lấy làm ví dụ:

Nguồn hữu cơ kim loại là triethylgallium (TEGA), oxy được sử dụng làm khí phản ứng và khí trơ argon được sử dụng làm khí mang và nguồn phản ứng hữu cơ kim loại cần thiết cho quá trình phản ứng màng epiticular sau khi kiểm soát chính xác tỷ lệ khí.

Biểu đồ dòng phản ứng của MOCVD như sau:

Công nghệ MOCVD có các đặc điểm sau:

Một loạt các vật liệu có thể được chuẩn bị: nó có thể được sử dụng để chuẩn bị hầu hết tất cả các vật liệu bán dẫn hỗn hợp, như silicit, nitrid, oxit, v.v. Do đó, công nghệ này đã trở thành một công nghệ chuẩn bị phim mỏng rất quan trọng trong ngành công nghiệp bán dẫn.

2. Tốc độ tăng trưởng có thể điều chỉnh liên tục trên một phạm vi rộng, và nó phù hợp cho sự phát triển của các lớp phim hợp chất cực mỏng. Bằng cách điều chỉnh và kiểm soát tốc độ dòng của dòng khí phản ứng, các thông số như tốc độ tăng trưởng của màng và nồng độ pha tạp có thể được điều chỉnh dễ dàng trong quá trình sử dụng công nghệ này. Ngoài ra, do khí phản ứng trong buồng phản ứng có thể được chuyển đổi bất cứ lúc nào, công nghệ này có thể làm cho vật liệu tạo thành một giao diện rõ ràng trong quá trình tăng trưởng dị vòng, có lợi cho việc chuẩn bị các cấu trúc dị thể phức tạp.

3. Phim được chuẩn bị bởi nó có độ tinh khiết và đồng nhất tốt, độ lặp lại cao và mức độ tự động hóa cao của thiết bị, giúp tạo ra một khu vực rộng lớn và phù hợp để sản xuất công nghiệp.

4. Giám sát tại chỗ đảm bảo chất lượng và hiệu suất của bộ phim trong quá trình tăng trưởng. Với những lợi thế và đặc điểm độc đáo của nó, công nghệ MOCVD chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực chuẩn bị màng mỏng bán dẫn, và cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho các ứng dụng nghiên cứu khoa học và công nghiệp.

Hệ thống epitaxy chùm tia laser

Laser Phân tử Epitaxy (LMBE) bắt đầu phát triển vào những năm 90 của thế kỷ trước, là một công nghệ tạo phim có độ chính xác cao mới, LMBE không chỉ kế thừa các lợi thế của hiệu quả cao, tính linh hoạt và phù hợp cho nhiều vật liệu trong quá trình chuẩn bị PLD, mà còn thực hiện quy trình tăng trưởng theo thời gian.

Công nghệ giám sát thời gian thực này cho phép các nhà nghiên cứu quan sát tình trạng tăng trưởng của bộ phim trong thời gian thực và điều chỉnh các thông số tăng trưởng kịp thời để đảm bảo rằng chất lượng và hiệu suất của bộ phim là tốt nhất.

Theo các đặc điểm của LMBE, công nghệ này có thể được sử dụng để phát triển các vật liệu siêu dẫn bán dẫn, và cũng phù hợp cho sự phát triển của các màng mỏng đa thành phần, tạo máu cao và phức tạp, như siêu dẫn, tinh thể quang học, điện áp, áp điện, piezoelectrics.

Ngoài ra, phương pháp này cũng có thể thực hiện nghiên cứu cơ bản về sự tương tác chất lượng laser tương ứng và vật lý và hóa học của quá trình hình thành phim. Nguyên tắc cơ bản của LMBE là sử dụng laser năng lượng cao để tấn công mục tiêu, do đó các nguyên tử trên mục tiêu sẽ rơi ra, tiếp cận chất nền, tạo hạt nhân trên bề mặt chất nền và tiếp tục tổng hợp và dần dần mở rộng thành một màng hoàn chỉnh.

Biểu đồ của hệ thống epitaxy chùm tia phân tử laser được hiển thị trong hình dưới đây.

Phương pháp epitaxial này có các đặc điểm sau:

1. Độ phân giải cao của cấu trúc màng mỏng: Tốc độ tăng trưởng chậm, thường là khoảng một lớp nguyên tử mỗi giây, do đó, màng epitical bằng phương pháp tăng trưởng này có chất lượng đồng đều và độ kết tinh tuyệt vời, rất phù hợp cho sự phát triển của superlattice và các màng mỏng khác cần được kiểm soát chính xác.

2.

3.

4. Kỹ thuật đặc tính màng mỏng thường sử dụng Kính hiển vi Lực nguyên tử XRD, TEM, TEM, nguyên tử (AFM), quang phổ quang điện tử tia X (XPS) và quang phổ hấp thụ cực kỳ nhìn thấy

(1) Nhiễu xạ tia X

XRD là một phương tiện để nghiên cứu cấu trúc tinh thể và phân tích thành phần của vật liệu. Nguyên tắc làm việc chính là sử dụng chùm tia X để chiếu xạ bề mặt của cấu trúc tinh thể để đo, bởi vì tia X và khoảng cách bề mặt trong tinh thể là tương tự nhau, do đó hiện tượng nhiễu sẽ xảy ra và tạo ra các phạm vi nhiễu xạ mạnh. Mối quan hệ nhiễu xạ thỏa mãn công thức nhiễu xạ Bragg:

Phương pháp thử nghiệm này được sử dụng rộng rãi trong vật lý vật chất, khoa học vật liệu, khoáng vật học và các lĩnh vực khác vì nó thuận tiện và nhanh chóng và không gây ra bất kỳ thiệt hại nào cho vật liệu.

 

(2) Kính hiển vi lực nguyên tử

AFM có thể phân tích cấu trúc và độ nhám của bề mặt vật liệu rắn. Nguyên tắc làm việc của AFM chủ yếu là áp dụng đầu dò để tiếp xúc đầy đủ các nguyên tử trên bề mặt của mẫu để đo và hình ảnh các lực nguyên tử thay đổi giữa đầu dò và các nguyên tử bề mặt bằng cách phân tích độ phân giải nanomet.

(3) Kính hiển vi điện tử quét

Việc áp dụng SEM trong chất bán dẫn chủ yếu là để quan sát sự phát triển bề mặt của các mẫu và SEM mặt cắt có thể quan sát trạng thái tăng trưởng và phân tích độ dày của các mẫu đa lớp. Nguyên tắc cơ bản là sử dụng một chùm electron để tạo ra hình ảnh mở rộng của mẫu, quét mẫu với chùm electron tập trung, sau đó thăm dò các electron/điện tử tán xạ phụ được tạo ra trên bề mặt mẫu để chụp ảnh.

(4) Kính hiển vi điện tử truyền tải

TEM chủ yếu được sử dụng để hình ảnh mẫu tăng cường cao của các mẫu. Nguyên tắc cơ bản là các electron phát ra từ súng electron được tăng tốc ở áp suất cao, đó là khoảng 100-400 KV, và sau đó tập trung vào mẫu bởi ống kính ngưng tụ. Mẫu phải đủ mỏng để các electron đi qua. Các electron được truyền tạo thành một mẫu nhiễu xạ ở mặt phẳng tiêu cự phía sau và kính hiển vi phóng to trong mặt phẳng hình ảnh.

Với các ống kính khác, hình ảnh kính hiển vi và các mẫu nhiễu xạ có thể được chiếu lên màn hình phốt pho để quan sát hoặc tài liệu điện sinh học. Mẫu nhiễu xạ thu được bằng phương pháp này có thể cung cấp thông tin cấu trúc về mẫu. Trong kính hiển vi điện tử truyền qua quét (thân), một chùm tia có đường kính khoảng 0. 1nm được sử dụng để quét mẫu thử và ống kính khách quan phát hiện các electron được vận chuyển tại tất cả các điểm được quét bởi chùm tia và tương ứng với một vùng cố định trên mặt phẳng phía sau.

Các electron chính trong STEM cũng tạo ra các electron thứ cấp, các electron tán xạ ngược, tia X và ánh sáng trên mẫu, giống như trong SEM. Sự tán xạ không đàn hồi của các electron bên dưới mẫu có thể được sử dụng để phân tích mất năng lượng electron. Điều này làm cho thiết bị trở thành một kính hiển vi điện tử phân tích thực sự và TEM độ phân giải cao (HTEM) có thể cung cấp thông tin cấu trúc của thứ tự các nguyên tử, còn được gọi là hình ảnh mạng. Đây là một phương tiện quan trọng của phân tích giao diện, đặc biệt là trong sự phát triển của các mạch tích hợp bán dẫn.

(5) Quang phổ quang điện tử tia X.

XPS là một kỹ thuật phân tích bề mặt mạnh mẽ có thể được sử dụng để nghiên cứu hóa học bề mặt của vật liệu rắn. Khi tia X chiếu xạ bề mặt của vật liệu, các quang điện tử thoát ra sau đó được chụp bằng thiết bị phát hiện đặc biệt trong hệ thống XPS. Bằng cách đo lường năng lượng và số lượng của các quang điện tử này, có thể thu được rất nhiều thông tin về các yếu tố bề mặt của vật liệu. Ví dụ, các yếu tố khác nhau có năng lượng liên kết electron khác nhau, vì vậy bằng cách phân tích sự phân bố năng lượng của các quang điện tử, có thể xác định loại phần tử trên bề mặt của vật liệu. Các kết quả dữ liệu thu được có thể được sử dụng làm abscissa với năng lượng liên kết electron là abscissa và cường độ tương đối là thứ tự để vẽ phổ quang điện tử của vật liệu để phân tích thông tin phần tử mẫu.

(6) Quang phổ hấp thụ UV-Vis

Phân tử của một chất có khả năng hấp thụ sóng điện từ từ tia cực tím sang vùng có thể nhìn thấy (thường là 190-800 nm), dẫn đến việc chuyển đổi các electron hóa trị của nó từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích, đó là sự hấp thụ hấp thụ siêu cực. Bằng cách phân tích dữ liệu từ phổ UV-VIS, có thể thu được các dải hấp thụ chính của vật liệu. Kết hợp với công thức TAUC, chiều rộng khoảng cách dải của vật liệu được suy ra.