Напівпровідниковий процес: хімічне осадження з парової фази (CVD)

У напівпровідникових і панельних дисплеях FPD підготовка тонких плівок є важливим процесом. Існує багато способів виготовлення тонких плівок (TF, Thin Film), поширеними є два наступних способи:

● CVD (хімічне осадження з парової фази)

● PVD (фізичне осадження з парової фази)

Серед них буферний шар/активний шар/ізоляційний шар наносяться в камеру машини за допомогою PECVD.

● Використовуйте спеціальні гази: SiH4/NH3/N2O для осадження плівок SiN та Si/SiO2.

● Деякі машини CVD потребують використання H2 для гідрування, щоб збільшити мобільність носія.

● NF3 є очисним газом. Для порівняння: F2 є високотоксичним, а парниковий ефект SF6 вищий, ніж у NF3.

У процесі виробництва напівпровідникових пристроїв існує більше типів тонких плівок, крім звичайних SiO2/Si/SiN, також є W, Ti/TiN, HfO2, SiC тощо.

Це також є причиною, чому існує багато видів прекурсорів для передових матеріалів, які використовуються в напівпровідниковій промисловості, щоб виготовляти різні типи тонких плівок.

Ми пояснюємо це таким чином:

1. Типи CVD і деякі гази-попередники

2. Основний механізм ЦВД і якість плівки

1. Типи CVD і деякі гази-попередники

ССЗ є дуже загальним поняттям, яке можна розділити на багато типів. Поширеними є:

● PECVD: CVD з плазмовим посиленням

● LPCVD: CVD низького тиску

● ALD: атомно-шарове осадження

● MOCVD: Металоорганічні CVD

Під час процесу CVD хімічні зв’язки прекурсора повинні бути розірвані перед хімічними реакціями.

Енергія для розриву хімічних зв’язків надходить від тепла, тому температура камери буде відносно високою, що не сприятливо для деяких процесів, таких як скло підкладки панелі або PI-матеріал гнучкого екрана. Таким чином, шляхом введення іншої енергії (утворення плазми тощо) для зниження температури процесу для виконання деяких процесів, які потребують температури, тепловий бюджет також буде зменшено.

Тому PECVD осадження a-Si:H/SiN/poly-Si широко використовується в галузі дисплеїв FPD. Поширені провісники та плівки ССЗ:

Полікристалічний кремній/монокристалічний кремній SiO2 SiN/SiON W/Ti WSi2 HfO2/SiC

Етапи основного механізму ССЗ:

1. Газ-попередник реакції надходить у камеру

2. Проміжні продукти, що утворюються в результаті газової реакції

3. Проміжні продукти газу дифундують до поверхні підкладки

4. Адсорбується на поверхні підкладки та дифундує

5. Хімічна реакція відбувається на поверхні підкладки, зародження/утворення острівців/утворення плівки

6. Побічні продукти десорбуються, відкачуються вакуумним насосом і викидаються після надходження в скрубер для обробки

Як згадувалося раніше, весь процес включає кілька етапів, таких як дифузія/адсорбція/реакція. На загальну швидкість утворення плівки впливає багато факторів, таких як температура/тиск/тип реакційного газу/тип підкладки. Дифузія має модель дифузії для прогнозування, адсорбція має теорію адсорбції, а хімічна реакція має теорію кінетики реакції.

У всьому процесі найповільніший крок визначає всю швидкість реакції. Це дуже схоже на метод критичного шляху управління проектами. Найдовший потік діяльності визначає найкоротшу тривалість проекту. Тривалість можна скоротити, виділивши ресурси, щоб зменшити час цього шляху. Подібним чином CVD може знайти ключове вузьке місце, яке обмежує швидкість утворення плівки, розуміючи весь процес, і налаштувати налаштування параметрів для досягнення ідеальної швидкості утворення плівки.

2. Оцінка якості плівки CVD

Деякі плівки плоскі, інші заповнюють отвори, а деякі заповнюють борозенки з дуже різними функціями. Комерційні машини CVD повинні відповідати основним вимогам:

● Продуктивність машини, швидкість осадження

● Послідовність

● Реакції в газовій фазі не можуть утворювати частинки. Дуже важливо не утворювати частинки в газовій фазі.

Деякі інші вимоги до оцінювання:

● Добре покриття кроку

● Можливість заповнити прогалини з високим співвідношенням сторін (конформність)

● Гарна рівномірність товщини

● Висока чистота та щільність

● Високий ступінь структурної досконалості з низьким напруженням плівки

● Хороші електричні властивості

● Чудова адгезія до матеріалу основи