Aprenda sobre la tecnología de recubrimiento de chips y los métodos de prueba en un artículo

Este proceso implica la deposición de átomos o moléculas de la capa de material por capa en la superficie del sustrato para formar una película delgada con propiedades y estructura específicas, por lo que su proceso de crecimiento afecta directamente la estructura de la película, así como sus propiedades finales.

La cinética de crecimiento epitaxial de las películas delgadas describe la evolución de varios cambios dinámicos en el proceso de crecimiento de las películas delgadas, que involucran múltiples enlaces clave como difusión de superficie, adsorción, desorción y agregación. La interacción entre estos enlaces afecta la estructura, la morfología y las propiedades de la película.

Cuando los átomos o moléculas se disparan en el sustrato, chocan con la superficie del sustrato, lo que hace que una parte se refleje y la otra parte permanezca en la superficie.

0200-00435 anillo superior, silicio

Los átomos y moléculas que permanecen en la superficie se ven afectados por su propia energía y la temperatura del sustrato, y se producen difusión y migración de la superficie. Algunos están separados de la superficie, mientras que otros están parcialmente adsorbidos por la superficie a altas temperaturas para formar condensados. Todo el proceso de condensación incluye pasos como la formación del núcleo, la formación de islas, la fusión y el crecimiento, que culminan en la formación de una película delgada continua.

Las películas epitaxiales de alta calidad son la base para hacer buenos dispositivos, y para darse cuenta de la fabricación de dispositivos de alto rendimiento, es necesario considerar exhaustivamente las propiedades de los materiales, los requisitos de aplicación, las condiciones de crecimiento y otros factores al seleccionar tecnologías de crecimiento para lograr un control preciso y un crecimiento de alta calidad de las películas.

Aquí hay algunas técnicas comunes de epitaxia de película delgada:

0200-00417 Insertar anillo, silicio 150 mm, plano.

Tecnología de pulverización de magnetrón

La pulverización del magnetrón es un método de deposición física. Este tipo de equipo tiene una estructura relativamente simple, es fácil de controlar el crecimiento de películas delgadas ajustando los parámetros y es adecuado para la preparación de materiales de película ligeramente más grandes, y esta tecnología se usa ampliamente en la industria y los laboratorios.

El diagrama esquemático se muestra a continuación, principalmente a través de la aceleración de electrones bajo la acción de un campo eléctrico, golpeando el átomo de AR e ionizando el átomo de AR en AR+ y electrones.

Cuando los iones de argón de alta velocidad alcanzaron el objetivo, los átomos de objetivos ganan suficiente impulso para separarse del objetivo y caer sobre el sustrato para formar una película densa. La tecnología de pulverización de magnetrón se divide en la pulverización de DC y la pulverización por radiofrecuencia. En términos generales, cuando el objetivo es un material con mala conductividad, como semiconductores y cerámica, la fuente actual conectada al objetivo es una fuente de alimentación de radiofrecuencia; Cuando el objetivo es AU, Ti y otros materiales metálicos, la fuente de alimentación conectada es una fuente de CC.

Deposición de vapor químico de compuestos organometálicos

MOCVD es un método de crecimiento quimioepitaxial. Desde los años 60 del siglo XX, esta tecnología fue propuesta por Manasevit y otros de Rockwell Company en los Estados Unidos, y ahora se ha convertido en la tecnología principal para la preparación masiva de películas delgadas de semiconductores. Al transportar los reactivos a la cámara a través de un gas portador y sufrir una reacción química en condiciones adecuadas, la preparación de películas GA2O3 se toma como ejemplo:

La fuente de metal-orgánico es trietilgalio (TEGA), el oxígeno se usa como gas de reacción, y el argón de gas inerte se usa como gas portador, y la fuente de reacción orgánica metal sustrato para formar una película epitaxial de alta calidad después de un control preciso de la proporción de gas.

El gráfico de flujo de reacción de MOCVD es el siguiente:

La tecnología MOCVD tiene las siguientes características:

Se puede preparar una amplia variedad de materiales: se puede utilizar para preparar casi todos los materiales de semiconductores compuestos, como silicidas, nitruros, óxidos, etc. Por lo tanto, esta tecnología se ha convertido en una tecnología de preparación de películas delgadas muy importantes en la industria de los semiconductores.

2. La tasa de crecimiento es continuamente ajustable en una amplia gama, y ​​es adecuada para el crecimiento de capas ultra delgadas de películas compuestas. Al ajustar y controlar la velocidad de flujo de la corriente de gas reactante, los parámetros como la tasa de crecimiento de la película y la concentración de dopaje se pueden ajustar fácilmente durante el uso de esta tecnología. Además, debido a que el gas de reacción en la cámara de reacción se puede cambiar en cualquier momento, esta tecnología puede hacer que el material forme una interfaz obvia durante el crecimiento heteroepitaxial, que conduce a la preparación de heteroestructuras complejas.

3. La película preparada por él tiene buena pureza y uniformidad, alta repetibilidad y un alto grado de automatización del equipo, lo que permite producir en masa un área grande y es adecuado para la producción industrial.

4. El monitoreo en el sitio garantiza aún más la calidad y el rendimiento de la película durante el proceso de crecimiento. Con sus ventajas y características únicas, la tecnología MOCVD ocupa una posición importante en el campo de la preparación de películas delgadas de semiconductores, y proporciona un fuerte apoyo para la investigación científica y las aplicaciones industriales.

Sistema de epitaxia de haz molecular láser

La epitaxia del haz molecular Laser (LMBE) comenzó a desarrollarse en los años 90 del siglo pasado, es una nueva tecnología de realización de películas de alta precisión, LMBE no solo herede las ventajas de la alta eficiencia, la flexibilidad y la adecuada para una variedad de materiales en la preparación de PLD, sino que también realiza la regulación precisa del proceso de crecimiento de la película al introducir la tecnología de monitoreo de tiempo real en el tiempo real.

Esta tecnología de monitoreo en tiempo real permite a los investigadores observar el estado de crecimiento de la película en tiempo real y ajustar los parámetros de crecimiento a tiempo para garantizar que la calidad y el rendimiento de la película estén en su mejor momento.

Según las características de LMBE, esta tecnología se puede utilizar para cultivar materiales de superlatción de semiconductores, y también es adecuado para el crecimiento de películas delgadas en capas de elementos múltiples, de alta fusión y complejos, como superconductores, cristales ópticos, ferroeléctricos, piezoeléctricos, ferromagnets y políticas orgánicas.

Además, este método también puede llevar a cabo una investigación básica sobre la interacción láser-materia correspondiente y la física y la química del proceso de formación de películas. El principio básico de LMBE es utilizar un láser de alta energía para alcanzar el objetivo, de modo que los átomos del objetivo se caigan, alcanzarán el sustrato, se nuclee en la superficie del sustrato y continúen agregando, y se expandirán gradualmente en una película completa.

El diagrama esquemático del sistema de epitaxia del haz molecular láser se muestra en la figura a continuación.

Este método epitaxial tiene las siguientes características:

1. Alta resolución de la estructura de la película delgada: la tasa de crecimiento es lenta, generalmente aproximadamente una capa atómica por segundo, por lo que la película epitaxial por este método de crecimiento tiene una calidad uniforme y una excelente cristalinidad, que es muy adecuada para el crecimiento de la superlatificación y otras películas delgadas que deben controlarse con precisión.

2. El proceso de crecimiento se lleva a cabo en condiciones ultra altas de vacío, lo que puede lograr un crecimiento epitaxial de alta pureza.

3. El proceso de crecimiento y la tasa de crecimiento pueden controlarse estrictamente, y puede ser monitoreado por Rheed, por lo que se puede lograr el monitoreo en tiempo real para lograr un control preciso del grosor de crecimiento de la película.

4. Las técnicas de caracterización de película delgada generalmente usan Microscopía XRD, SEM, TEM, de fuerza atómica (AFM), espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectroscopía de absorción ultravioleta-visible para determinar el tipo de cristal, la calidad de cristal, las características de la morfología, la composición química y las defectos, así como la formación y la estructura de la banda de la heterojunción.

(1) difractómetro de rayos X

XRD es un medio para estudiar la estructura cristalina y analizar la composición de los materiales. El principio de trabajo principal es usar un haz de radiografías para irradiar la superficie de la estructura cristalina a medir, porque la radiografía y el espacio de la superficie en el cristal son similares, por lo que el fenómeno de interferencia ocurrirá y producirá fuertes fringas de difracción. La relación de difracción satisface la fórmula de difracción de Bragg:

Este método de prueba se usa ampliamente en física de materia condensada, ciencia de los materiales, mineralogía y otros campos porque es conveniente y rápido y no causa ningún daño al material.

 

(2) microscopía de fuerza atómica

AFM puede analizar la estructura y la rugosidad de las superficies de material sólido. El principio de trabajo de AFM es principalmente aplicar la sonda para contactar completamente los átomos en la superficie de la muestra a medir, y para obtener imágenes de la fuerza atómica cambia entre la sonda y los átomos de la superficie analizando la resolución nanómetro.

(3) Microscopía electrónica de barrido

La aplicación de SEM en semiconductores es principalmente observar el crecimiento de la superficie de las muestras, y la sección transversal SEM puede observar el estado de crecimiento y el análisis de espesor de muestras multicapa. El principio básico es usar un haz de electrones para generar una imagen ampliada de la muestra, escanear la muestra con un haz de electrones enfocado y luego sondear los electrones secundarios/electrones de retrodispersión generados en la superficie de la muestra para obtener imágenes.

(4) Microscopía electrónica de transmisión

TEM se usa principalmente para imágenes de alta magnificación de muestras. El principio básico es que los electrones emitidos por la pistola de electrones se aceleran a alta presión, que se trata de 100-400 kV, y luego se centran en la muestra por una lente de condensador. La muestra debe ser lo suficientemente delgada para que los electrones pasen. Los electrones transmitidos forman un patrón de difracción en el plano focal posterior y un microscopio ampliado en el plano de imagen.

Con otras lentes, las imágenes microscópicas y los patrones de difracción se pueden proyectar en pantallas de fósforo para observación o documentación electrofotográfica. El patrón de difracción obtenido por este método puede proporcionar información estructural sobre la muestra. En un microscopio electrónico de transmisión de barrido (tallo), un haz con un diámetro de aproximadamente 0. 1 nm se usa para escanear la muestra de prueba, y la lente de objetivo detecta los electrones transportados en todos los puntos escaneados por el haz y corresponde a un área fija en el plano focal de retroceso.

Los electrones primarios en el tallo también generan electrones secundarios, electrones retrodispersados, rayos X y luz por encima de la muestra, al igual que en SEM. La dispersión inelástica de electrones debajo de la muestra se puede utilizar para analizar la pérdida de energía de los electrones. Esto hace que el dispositivo sea un verdadero microscopio electrónico analítico, y el TEM de alta resolución (HTEM) puede brindar información estructural del orden de los átomos, también conocido como imágenes en red. Este es un medio importante de análisis de interfaz, especialmente en el desarrollo de circuitos integrados de semiconductores.

(5) espectroscopía de fotoelectrones de rayos X

XPS es una poderosa técnica de análisis de superficie que puede usarse para estudiar la química de la superficie de los materiales sólidos. Cuando los rayos X irradian la superficie del material, los fotoelectrones que escapan se capturan mediante un equipo de detección especial en el sistema XPS. Al medir la energía y la cantidad de estos fotoelectrones, se puede obtener una gran cantidad de información sobre los elementos superficiales del material. Por ejemplo, diferentes elementos tienen diferentes energías de unión a electrones, por lo que al analizar la distribución de energía de los fotoelectrones, es posible determinar el tipo de elemento en la superficie del material. Los resultados de los datos obtenidos se pueden usar como abscisa con la energía de unión de electrones como la abscisa y la intensidad relativa como la ordenada para trazar el espectro de fotoelectrones del material para el análisis de la información del elemento de muestra.

(6) espectroscopía de absorción UV-vis

La molécula de una sustancia tiene la capacidad de absorber las ondas electromagnéticas de la ultravioleta a la región visible (generalmente 190-800 nm), lo que resulta en la transición de sus electrones de valencia desde el estado fundamental al estado excitado, es decir, se puede obtener el espectro de absorción visible ultravioleta. Al analizar los datos del espectro UV-VIS, se pueden obtener las principales bandas de absorción del material. Combinado con la fórmula TAUC, se infiere el ancho de la brecha de la banda del material.