Polovodičový proces: Chemická depozícia z plynnej fázy (CVD)

V polovodičoch a panelových displejoch FPD je príprava tenkých vrstiev 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 sú vyrovnávacia vrstva/aktívna vrstva/izolačná vrstva všetky uložené 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. Na porovnanie: F2 je vysoko toxický a skleníkový efekt SF6 je vyšší ako skleníkový efekt 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 pre pokročilé materiály používané v polovodičovom priemysle na výrobu rôznych typov tenkých vrstiev.

Vysvetľujeme 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 pojem a možno ho rozdeliť do mnohých typov. Bežné sú:

● PECVD: Plazma Enhanced CVD

● LPCVD: Nízkotlakový CVD

● ALD: Ukladanie atómovej vrstvy

● MOCVD: Kovovo-organické CVD

Počas procesu CVD je potrebné pred chemickými reakciami prerušiť chemické väzby prekurzora.

Energia na rozbitie chemických väzieb pochádza z tepla, takže teplota v komore bude relatívne vysoká, čo nie je priaznivé pre niektoré procesy, ako je napríklad sklo substrátu panelu alebo materiál PI flexibilnej obrazovky. Preto vložením inej energie (tvorba plazmy atď.) na zníženie procesnej teploty na splnenie niektorých procesov vyžadujúcich 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/jednokryštálový kremík SiO2 SiN/SiON W/Ti WSi2 HfO2/SiC

Kroky základného mechanizmu CVD:

1. Plynný prekurzor reakcie vstupuje do komory

2. Medziprodukty vznikajúce reakciou plynov

3. Medziprodukty plynu difundujú k povrchu substrátu

4. Adsorbovaný na povrchu substrátu a rozptýlený

5. Chemická reakcia prebieha na povrchu substrátu, nukleácia/tvorba ostrovčekov/tvorba filmu

6. Vedľajšie produkty sú desorbované, vákuovo odčerpané a vypustené po vstupe do práčky na úpravu

Ako už bolo spomenuté, celý proces zahŕňa viacero krokov, ako je difúzia/adsorpcia/reakcia. Celková rýchlosť tvorby filmu je ovplyvnená mnohými faktormi, ako je teplota/tlak/typ reakčného plynu/typ substrátu. Difúzia má difúzny model na predpovedanie, 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 CVD stroje 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 nasledovné:

● 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