Polprevodniški postopek: kemično naparjevanje (CVD)

Pri polprevodnikih in FPD ploščah je priprava tankih filmov pomemben proces. Obstaja veliko načinov za pripravo tankih filmov (TF, Thin Film), pogosti sta naslednji dve metodi:

● CVD (kemično naparjanje)

● PVD (fizično naparjanje)

Med njimi so vmesni sloj/aktivni sloj/izolacijski sloj odloženi v komoro stroja z uporabo PECVD.

● Uporabite posebne pline: SiH4/NH3/N2O za nanašanje filmov SiN in Si/SiO2.

● Nekateri CVD stroji morajo za hidrogenacijo uporabiti H2, da povečajo mobilnost nosilca.

● NF3 je čistilni plin. Za primerjavo: F2 je zelo toksičen, učinek tople grede SF6 pa je večji od učinka NF3.

V postopku polprevodniške naprave obstaja več vrst tankih plasti, poleg običajnih SiO2/Si/SiN, obstajajo tudi W, Ti/TiN, HfO2, SiC itd.

To je tudi razlog, zakaj obstaja veliko vrst predhodnikov za napredne materiale, ki se uporabljajo v industriji polprevodnikov za izdelavo različnih vrst tankih filmov.

Razložimo ga na naslednji način:

1. Vrste KVB in nekateri predhodni plini

2. Osnovni mehanizem CVD in kakovost filma

1. Vrste KVB in nekateri predhodni plini

KVB je zelo splošen koncept in ga je mogoče razdeliti na več vrst. Pogosti so:

● PECVD: CVD s povečano plazmo

● LPCVD: CVD pri nizkem tlaku

● ALD: Atomic Layer Deposition

● MOCVD: Kovinsko-organski CVD

Med postopkom CVD je treba pred kemičnimi reakcijami prekiniti kemične vezi prekurzorja.

Energija za prekinitev kemičnih vezi prihaja iz toplote, zato bo temperatura komore razmeroma visoka, kar ni prijazno do nekaterih procesov, kot je steklo substrata plošče ali PI material upogljivega zaslona. Zato se bo z vnosom druge energije (tvorjenje plazme itd.) za znižanje temperature procesa za izpolnitev nekaterih procesov, ki zahtevajo temperaturo, zmanjšal tudi toplotni proračun.

Zato se PECVD nanašanje a-Si:H/SiN/poli-Si pogosto uporablja v industriji zaslonov FPD. Pogosti predhodniki KVB in filmi:

Polikristalni silicij/monokristalni silicij SiO2 SiN/SiON W/Ti WSi2 HfO2/SiC

Koraki osnovnega mehanizma KVB:

1. Reakcijski predhodni plin vstopi v komoro

2. Vmesni produkti, proizvedeni s plinsko reakcijo

3. Vmesni produkti plina difundirajo na površino substrata

4. Adsorbirano na površini substrata in razpršeno

5. Kemična reakcija poteka na površini substrata, nukleacija/tvorba otoka/tvorba filma

6. Stranski produkti se desorbirajo, vakuumsko odčrpajo in izpustijo po vstopu v pralnik za obdelavo

Kot smo že omenili, celoten proces vključuje več korakov, kot je difuzija/adsorpcija/reakcija. Na skupno hitrost nastajanja filma vpliva veliko dejavnikov, kot so temperatura/tlak/vrsta reakcijskega plina/vrsta substrata. Difuzija ima difuzijski model za napovedovanje, adsorpcija ima teorijo adsorpcije, kemijska reakcija pa teorijo kinetike reakcije.

V celotnem procesu najpočasnejši korak določa celotno hitrost reakcije. To je zelo podobno metodi kritične poti vodenja projektov. Najdaljši tok aktivnosti določa najkrajše trajanje projekta. Trajanje je mogoče skrajšati z dodelitvijo virov, da se skrajša čas te poti. Podobno lahko CVD najde ključno ozko grlo, ki omejuje hitrost nastajanja filma, tako da razume celoten proces, in prilagodi nastavitve parametrov, da doseže idealno hitrost nastajanja filma.

2. Ocena kakovosti CVD filma

Nekateri filmi so ravni, nekateri zapolnjujejo luknje, nekateri pa zapolnjujejo utore, z zelo različnimi funkcijami. Komercialni CVD stroji morajo izpolnjevati osnovne zahteve:

● Zmogljivost strojne obdelave, stopnja nanašanja

● Doslednost

● Reakcije v plinski fazi ne morejo proizvesti delcev. Zelo pomembno je, da ne nastanejo delci v plinski fazi.

Nekatere druge zahteve za ocenjevanje so naslednje:

● Dobra pokritost korakov

● Sposobnost zapolnjevanja vrzeli v visokem razmerju stranic (konformalnost)

● Dobra enakomernost debeline

● Visoka čistost in gostota

● Visoka stopnja strukturne popolnosti z nizko obremenitvijo filma

● Dobre električne lastnosti

● Odličen oprijem na podlago