フィルム製成技術 (MOCVD,磁気スプッター,PECVD) を理解する
この記事では,薄膜製造のいくつかの方法について説明します.半導体加工では,最も頻繁に言及される技術はリトグラフィーとエッチングです.その後,エピタキシ (フィルム) 処理.
なぜ薄膜技術がチップ製造に必要なのか?
例えば,日常 生活 で は,パンケーキ を 食べる こと が 好き です.四角 形 の パンケーキ が 調味料 を 入れ て 焼か れ ない なら,味も 味も 味も 良く なり ませ ん.塩味が好きな人もいますパンケーキの表面に 豆パスタを塗り 甘い味を好む人は マルト砂糖を塗り
パンケーキの表面に塩や甘いソースの層が 薄膜のような形をしています その存在がパンケーキ全体の味を変えますそしてパンケーキそのものはベースと呼ばれます.
もちろん,チップ処理中に,フィルムには多くの種類の機能があり,それに対応するフィルム準備方法も異なります.フィルム作成のいくつかの一般的な方法について簡単に紹介しますMOCVD,マグネトロンスプッター,PECVDなどを含む.
私は...金属有機化学蒸気堆積 (MOCVD)
MOCVDの表軸成長システムは 非常に複雑で洗練された装置で,高品質の半導体フィルムとナノ構造の準備において重要な役割を果たします.
MOCVDシステムは5つのコアコンポーネントで構成され,それぞれが異なる但し相互に関連した機能を果たし,材料成長プロセスの効率性と安全性を確保します.
1.1 ガス輸送システム:このサブシステムの主な責任は,反応室への様々な反応物質の供給を正確に制御することであり,反応物質の測定を含む.配送のタイミングと順序総ガス流量調整も行っています
反応物質の輸送のためのガス供給サブシステム,金属有機 (MO) ソースの供給サブシステムを含むいくつかのサブシステムから構成されています.水素の供給に関する供給サブシステムガス流量方向を制御するための成長/換気多重弁.下図のように,それはMOCVD成長システムのガス経路図です.
AIXTRON CCS 3 x 2" 研究グレードのナイトリッドMOCVDシステム
MOCVDシステムのガス経路の図面
1.2 反応室システム:これはMOCVDシステムの核心構成要素で,実際の物質成長プロセスに責任があります.
このセクションには,基板を支えるグラフィットベース,基板を暖めるヒーター,成長環境の温度監視のための温度センサー,光学検出窓ローディングとローディングの自動化により生産効率が向上する.下の図は,MOCVD炉室の加熱状態図を示しています.
MOCVD の室内成長原理の図面
1.3 成長制御システム:プログラム可能なコントローラーと制御コンピュータで構成され,MOCVDの成長過程全体の正確な制御とモニタリングを担当します.
制御装置は様々な信号を収集し,処理し,出力する責任があり,制御コンピュータは材料の成長の各段階を記録し,監視する責任があります.プロセスの安定性と再現性を確保する.
1.4 現地監視システム:反射率調整赤外線線温度計,反射率モニタリング機器,歪曲モニタリング装置からなる.
このシステムは,フィルムの厚さや均一性,および基板の温度などの材料の成長過程中の主要なパラメータをリアルタイムで監視することができます.成長過程を即座に調整し最適化できる.
1.5 排気ガス処理システム:反応過程で発生する 有毒粒子やガスを処理する.
クラッキングや化学触媒などの方法により,これらの有害物質は効果的に分解され吸収できます.運用環境の安全性と環境保護基準の遵守を保証する.
さらに,MOCVD機器は,高度な安全アラームシステム,効果的な換気装置,厳格な温度と湿度制御システムで装備された超清潔な部屋に通常設置されています.これらの補助設備と安全対策は,操作者の安全を保証するだけでなく,成長過程の安定性と最終製品の質も向上します
MOCVDシステムの設計と運用は,半導体材料の製造において要求される高水準の精度,可複製性および安全性を反映しています.高性能の電子機器や光電子機器の製造のための鍵となる技術の一つです.
装置室内の垂直型密着式噴霧頭 (Closed-Coupled-Showerhead, CCS) のMOCVDシステムは,表軸膜を培養するために使用されます.
このシステムはユニークなスプレーヘッド構造で設計されています.その主な特徴は,事前反応を効果的に削減し,効率的なガス混合を達成する能力にあります.これらのガスは,スプレーヘッドの交互のスプレーホールを通して反応室に注入されます完全に混合し,反応の均一性と効率性を向上させる.
噴霧頭構造設計により,反応ガスは,その下に位置する基板に均等に分布できる.反応ガス濃度が基板のすべての位置で一貫していることを確保する均質な厚さを持つ上軸膜を形成するために重要です.
さらに,グラフィットディスクの回転は,化学反応の境界層の均一性をさらに促進し,上軸膜のより均一な成長を可能にします.,薄い化学反応の境界層を減らすことで,局所的な濃度差を最小限に抑え,それによってフィルム成長の全体的な均一性を高めるのに役立ちます.
(a) 本体噴霧頭とその部分的に拡大した写真 (b) 噴霧頭内部構造の意図
II についてマグネトロンスプッター
マグネットロン噴射は,薄膜堆積や表面塗装に使用される物理蒸気堆積技術である.
磁場を使って標的材料の原子や分子を標的の表面から放出し,その後基板材料の表面にフィルムを形成する.
この技術は半導体装置,光学コーティング,セラミックコーティング,その他の分野での製造に広く適用されています.
マグネトロン発射原理の図面
マグネトロン噴射の原理は次のとおりである.
1対象材料の選択:対象材料は,基板材料に堆積される材料である.金属,合金,酸化物,ナイトリドなどである.標的は通常,標的銃と呼ばれる装置に固定されます..
2真空環境:ガス分子と標的材料の相互作用を防ぐため,噴射処理は高真空環境で行う必要があります.これは,埋蔵されたフィルムの純度と均一性を確保するのに役立ちます.
3. イオン化ガス:発射過程では,慣性ガス (アルゴンなど) が通常導入され,プラズマに電離化される.これらのイオンは,磁場の影響で電子雲を形成し,"電子雲プラズマ"と呼ばれています.
4磁場の適用:対象材料と基板材料の間に磁場が適用されます この磁場は電子雲プラズマを対象材料の表面に閉じ込めます高エネルギー状態を維持する.
5発射プロセス:高エネルギー電子雲プラズマを施すことで 標的物質の原子や分子は 打たれ 放出されますこの放出された原子や分子は,基質物質の表面に蒸気として堆積しますフィルムを作ります
マグネトロン発射の利点は以下の通りである.
1. 収納されたフィルムの均一性:磁場はイオンの伝達を制御し 均質なフィルム堆積を実現しますフィルムの厚さと性質が基板の表面全体に均等であることを確保する..
2複合合金と化合物の調製:マグネトロン噴射は,複雑な合金および複合フィルムを製造するために使用できるが,他の堆積技術によって達成するのが困難である.
3制御可能性と変更可能性:対象材料の組成,ガス圧,堆積速度などのパラメータを調整することで,厚さ,組成,微細構造を含むフィルムの性質は,正確に制御できる.
4高品質のフィルム:マグネットロン噴射は,典型的には優れた粘着性および機械的特性を持つ高品質,密度,均質なフィルムを生成することができます.
5多機能性:金属,酸化物,ナイトリドなど様々な材料に適用できます.したがって,さまざまな分野で幅広い応用があります.
6低温堆積:他の技術と比較して,磁気トランススプッタリングは低温や室温でも行えます.材料が温度に敏感な用途に適している.
マグネトロンのスプッターリングは,電子機器から光学コーティングまで,幅広い用途に適用できる,高度に制御可能で柔軟な薄膜製造技術です.など.
III. プラズマ強化化学蒸気堆積
プラズマ強化化学蒸気沉着 (PECVD) 技術は,様々なフィルム (シリコン,シリコンナイトリド,二酸化シリコンなど) の調製に広く使用されています.
PECVDシステムの構造図は次の図に示されています.
プラズマ強化化学蒸気堆積システム構造の図面図
基本原理は次のとおりです.フィルムの成分を含むガス物質は,堆積室に導入されます.プラズマ放出を使用して,ガス状の物質は 化学反応を経て プラズマを生成しますこのプラズマが基板に堆積されると,フィルム素材が成長します.
発光放電を開始する方法は:電波振動,直流高電圧振動,パルス振動,微波振動.
PECVD で作成されたフィルムの厚さと組成は,優れた均一性を示しています.この方法によって堆積されたフィルムは強い粘着性があり,比較的低い堆積温度で高い堆積率を達成することができます..
一般的に言えば,薄膜の成長には主に以下の3つのプロセスが含まれます.
最初のステップは 反応ガスが電磁場の刺激下で プラズマを生成するために 輝く放電を受けることです
この過程で電子は反応ガスと衝突し,原反応を開始し,反応ガスの分解とイオンと反応基の生成につながります.
2つ目のステップは,原始反応から生成された様々な製品が基質に向かって移動することです.様々な活性群とイオンが二次反応を経て二次産物を形成する.
3つ目のステップは,様々な原産物と副産物の吸収を基板表面に起こし,その後の表面への反応を伴う.ガス状の分子物質が放出されます.
IV.薄膜の特徴付け技術
4.1 X線 difrction (XRD)
XRD (X線 difrction) は,結晶構造を分析するために一般的に使用される技術です.
ネットワークのパラメータや材料内の結晶構造上のX線の振動パターンを測定することによって,材料の結晶構造と結晶向き.
XRDは,材料科学,固体物理,化学,地質学などの様々な分野で広く使用されています.
XRD試験原理の図面
XRDの基本原理は ブラッグ法則に基づいています つまり 射線が結晶サンプルに照射されると晶体内の原子格子やイオン格子が特定の配置にある場合X線が反射される.反射の角度と強さは,結晶の構造についての情報を提供することができます.
ブルーカーD8 ディスカバーX線分光計
計器組成:典型的なXRD計器は以下の構成要素で構成される.
1X線源:X線を放出する装置.通常は,X線を生成するためにウランまたは銅の標的を使用する.
2サンプルプラットフォーム: サンプルの角度を調整するために回転できるサンプルを配置するためのプラットフォーム.
3X線探知器: 光の反射の強さと角度を測定するために使用される.
4制御・分析システム:X線源の制御,データ収集,分析,解釈のためのソフトウェアシステムを含む.
応用分野:XRDには,以下を含む多くの分野で重要な応用があります.
1結晶学研究:結晶の結晶構造を分析し,格子パラメータと結晶の方向性を決定するために使用されます.
2材料の特徴: 材料の結晶構造,相組成,結晶欠陥などの情報を分析する.
3化学分析:無機および有機化合物の結晶構造を特定し,分子間の相互作用を研究する.
4フィルム分析:これはフィルムの結晶構造,厚さ,格子マッチングを研究するために使用されます.
5鉱物学と地質学:鉱物の種類と含有量を特定し,地質学的サンプルの組成を研究するために使用されます.
6薬剤研究:薬物の結晶構造を分析することで,薬物の性質と相互作用を理解するのに役立ちます.
XRDは強力な分析技術で 科学者や技術者が 材料の結晶構造と性質を深く理解できるようになります材料科学および関連分野における研究と応用を促進する.
XRD difraktometer の写真
4.2 スキャン電子顕微鏡 (SEM)
スキャニング電子顕微鏡 (SEM) は,一般的に使用される顕微鏡の一種である. 電子束を光束の代わりに使ってサンプルを照らす.表面と形状を高解像度で観測できる.
SEMは材料科学,生物学,地質学などの分野で広く使用されています.
SEM の基本原理は以下のとおりです.
SEMは,電子束を生成するために電子銃を使用する.この電子銃は,高エネルギー電子を生成する電子チューブ (CRT) に類似している.電子束はコリマーションシステムを通ります電子線を焦点化し,線の安定性と焦点を確保するために,一連の電子レンズで構成されています.スキャンコイルの制御下では,電子ビームはサンプル表面をスキャンします.
電子ビームの位置を正確に制御し,サンプルにスキャンピクセルを生成することができる.
試料はSEMの試料段階に置かれます.試料は伝導性を持つ必要があります.SEMでは,電子束がサンプル表面と相互作用して二次電子を生成する必要があります.など高エネルギーの電子束がサンプル表面に当たると 原子と分子と相互作用します この相互作用により 電子が散乱し 逃げ出し 興奮します様々な信号を生成するSEM検出は,主に二次電子 (SE) と逆分散電子 (BSE) を含むサンプル表面から生成される様々な信号を分析します.
これらの信号は,サンプル表面の形状,構造,組成に関する情報を提供します.サンプル上の電子束のスキャン位置を制御することによって,SEMはサンプル表面のピクセル情報を取得することができますこの情報はコンピュータで処理され,サンプル表面の高解像度画像を生成します.
SEM 物理画像
4.3 原子力顕微鏡 (AFM)
原子力顕微鏡 (Atomic Force Microscope,AFM) は高解像度の顕微鏡技術で,主に原子規模およびナノスケールの標本の特徴を観察するために使用されます.その作業原理は,探査機とサンプル表面の相互作用に基づいています探査機の位置変化を測定することで,標本表面の地形と地形情報を得ることができます.
AFMでは,通常,ナノスケール端を持つシリコンまたは他の材料で作られた非常に細い探査機が使用されます.探査機は,キャンティレバーまたはピエゾ電気装置を通じてスキャンヘッドに接続されます.探査機の先端がサンプル表面に近い状態で探査機がサンプル表面に近いとき, 探査機とサンプル内の原子と分子の間には, 静電力,ヴァン・デル・ワールス力,化学結合相互作用, etc. キャンチレバーまたはピエゾ電気装置の動きは,探査機先とサンプル表面の間に一定の力を維持するように制御されます.
探査機と標本の間を 恒定な力を維持するために フィードバックシステムを使用します 探査機の高さや位置が変化するとフォースを一定に保つため,フィードバックシステムは自動的にコンチレバーの位置を調整します.探査機とサンプルは互いに相対的に移動し,通常は二次元グリッドで,スキャンを形成します.サンプル表面の不均等さが探査機先の位置を変える探査機の位置変化を測定することで,サンプル表面のトポロジカル情報を得ることができる.収集されたデータは,サンプル表面の高解像度トポロジカル画像を生成するために処理されます..
AFMは複数の分野で広く応用されています.材料科学,生物学,ナノテクノロジー,研究者が材料の表面形状と構造をより深く理解できるようにするナノスケール構造の操作を可能にします
AFMの利点は高解像度,非破壊性,複数の作業モードで ナノスケールでの観測と研究のための強力なツールとなっています
AFM 物理画像
原子力顕微鏡の測定原理と動作モードの図面
結論
ZMSHは先進的な薄膜堆積技術,MOCVD,マグネットロンスプッターリング,PECVDを含む,半導体,光電子,機能的なコーティングアプリケーション. 当社のサービスには,カスタマイズされたシステム設計,パラメータ最適化,高純度フィルム成長,およびR&Dおよび産業生産ニーズを満たす精密堆積装置の販売が含まれます.
ZMSHが推奨する SiC 製品は以下の通りです
* 著作権に関する懸念については,お問い合わせください.
