Polovodičový proces: Chemická depozícia z plynnej fázy (CVD)

V polovodičoch a displeje panelov FPD je príprava tenkých filmov dôležitým procesom. Existuje mnoho spôsobov prípravy tenkých vrstiev (TF, Thin Film), bežné sú tieto dva spôsoby:

● CVD (chemická depozícia z pár)

● PVD (fyzikálne nanášanie pár)

Medzi nimi je vyrovnávacia vrstva/aktívna vrstva/izolačná vrstva uložená v komore stroja pomocou PECVD.

● Na nanášanie vrstiev SiN a Si/SiO2 používajte špeciálne plyny: SiH4/NH3/N2O.

● Niektoré CVD stroje potrebujú na hydrogenáciu používať H2, aby sa zvýšila mobilita nosiča.

● NF3 je čistiaci plyn. V porovnaní: F2 je vysoko toxický a skleníkový účinok SF6 je vyšší ako účinok NF3.

V procese polovodičových zariadení existuje viac druhov tenkých vrstiev, okrem bežných SiO2/Si/SiN aj W, Ti/TiN, HfO2, SiC atď.

To je tiež dôvod, prečo existuje veľa druhov prekurzorov pokročilých materiálov používaných v priemysle polovodičov, aby sa vytvorili rôzne druhy tenkých filmov.

Vysvetlíme to nasledujúcim spôsobom:

1. Typy CVD a niektoré prekurzorové plyny

2. Základný mechanizmus CVD a kvalita filmu

1. Typy CVD a niektoré prekurzorové plyny

CVD je veľmi všeobecný koncept a dá sa rozdeliť do mnohých typov. Bežné sú:

● Pecvd: Plazma Enhanced CVD

● LPCVD: nízkotlakový CVD

● ALD: Ukladanie atómovej vrstvy

● Mocvd: Kov-organický CVD

Počas procesu CVD musia byť chemické väzby prekurzora pred chemickými reakciami prerušené.

Energia na prelomenie chemických väzieb pochádza z tepla, takže teplota komory bude relatívne vysoká, čo nie je priateľská k niektorým procesom, ako je napríklad sklo substrátu panela alebo materiál PI flexibilnej obrazovky. Preto zadaním inej energie (formovaním plazmy atď.) Na zníženie procesnej teploty tak, aby splnili niektoré procesy, ktoré vyžadujú teplotu, sa zníži aj tepelný rozpočet.

Preto je PECVD depozícia a-Si:H/SiN/poly-Si široko používaná v priemysle displejov FPD. Bežné prekurzory a filmy CVD:

Polykryštalický kremík/monokryštáľový kremík SiO2 SiN/SiON W/Ti WSi2 HfO2/SiC

Kroky základného mechanizmu CVD:

1. Reakčný prekurzorový plyn vstupuje do komory

2. Medzi pokročilé výrobky vyrábané reakciou plynu

3. Medziprodukty plynu difundujú k povrchu substrátu

4. Adsorbovaný na povrchu substrátu a rozptýlený

5. Chemická reakcia sa vyskytuje na povrchu substrátu, tvorba nukleácie/ostrovu/tvorby filmu

6. Vedľajšie produkty sa desorbujú, vákuovo odčerpajú a vypustia po vstupe do práčky na úpravu

Ako už bolo uvedené, celý proces obsahuje viac krokov, ako je difúzia/adsorpcia/reakcia. Celková rýchlosť tvorby filmu je ovplyvnená mnohými faktormi, ako je napríklad teplota/tlak/typ reakčného plynu/typu substrátu. Difúzia má difúzny model pre predikciu, adsorpcia má adsorpčnú teóriu a chemická reakcia má teóriu reakčnej kinetiky.

V celom procese najpomalší krok určuje celú rýchlosť reakcie. Je to veľmi podobné metóde kritickej cesty riadenia projektu. Najdlhší tok aktivít určuje najkratšie trvanie projektu. Trvanie je možné skrátiť pridelením zdrojov, aby sa skrátil čas tejto cesty. Podobne môže CVD nájsť kľúčovú prekážku, ktorá obmedzuje rýchlosť tvorby filmu tým, že pochopí celý proces a upraví nastavenia parametrov tak, aby sa dosiahla ideálna rýchlosť tvorby filmu.

2. Hodnotenie kvality CVD filmu

Niektoré fólie sú ploché, niektoré vypĺňajú otvory a niektoré plnia drážky s veľmi odlišnými funkciami. Komerčné stroje CVD musia spĺňať základné požiadavky:

● Kapacita strojového spracovania, rýchlosť odtavovania

● Konzistentnosť

● Reakcie v plynnej fáze nemôžu produkovať častice. Je veľmi dôležité, aby nevznikali častice v plynnej fáze.

Niektoré ďalšie požiadavky na hodnotenie sú nasledujúce:

● Dobré pokrytie krokov

● Schopnosť vyplniť medzery s vysokým pomerom strán (konformita)

● Dobrá rovnomernosť hrúbky

● Vysoká čistota a hustota

● Vysoký stupeň konštrukčnej dokonalosti s nízkym namáhaním filmu

● Dobré elektrické vlastnosti

● Výborná priľnavosť k podkladovému materiálu