Химиялық будың тұндыруын түсіну (CVD): жан-жақты шолу

1. ЖҚА механизмі

CVD жұқа қабықшалардың түзілуін реттейтін күрделі, өзара байланысты қадамдар сериясын қамтиды. Бұл қадамдар тартылған нақты реагенттерге және таңдалған процесс шарттарына өте тәуелді. Дегенмен, CVD реакцияларын түсінудің жалпы құрылымын келесідей сипаттауға болады:

Прекурсорды енгізу және белсендіру: Газ тәрізді прекурсорлар реакция камерасына енгізіледі. Содан кейін бұл прекурсорлар әдетте қыздыру, плазма генерациялау немесе екеуінің комбинациясы арқылы белсендіріледі.

Беттік реакция: белсендірілген прекурсорлар молекулалары қыздырылған субстрат бетіне адсорбцияланады. Кейіннен олар қажетті жұқа пленка материалының пайда болуына әкелетін химиялық реакцияларға түседі. Бұл реакциялар әртүрлі химиялық процестерді, соның ішінде тотығуды, тотықсыздануды, ыдырауды және химиялық буларды тұндыруды қамтуы мүмкін.

Қабықшаның өсуі: Процесс жалғасуда белсендірілген прекурсорлар молекулаларының үздіксіз жеткізілуі субстрат бетіндегі реакцияны ұстап тұрады, бұл жұқа қабықтың біртіндеп жиналуына және өсуіне әкеледі. Қабықшаның өсу жылдамдығына реакция температурасы, қысым және прекурсор концентрациясы сияқты факторлар әсер етеді.

Адгезия және кристалдану: тұндырылған материал субстрат бетіне жабысып, кристалдануға ұшырап, ерекше морфологиясы мен кристалдық құрылымы бар үздіксіз, қатты жұқа қабықша түзеді. Тұндырылған пленканың қасиеттері таңдалған тұндыру параметрлерімен және прекурсорлық материалдардың ішкі сипаттамаларымен анықталады.

2. Процесс шарттары және прекурсорлар

CVD процестері әдетте жұқа қабықтың тұндыруымен байланысты химиялық реакцияларды жеңілдету үшін жоғары температура мен қысымды қажет етеді. Жоғары температура прекурсорлар молекулаларының реактивтілігін күшейтіп, тиімді пленка түзілуіне ықпал етеді. Жоғары қысым субстрат бетінің жанында әрекеттесетін заттардың концентрациясын арттырады, тұндыру жылдамдығын одан әрі жылдамдатады.

Химиялық прекурсорлардың әртүрлі диапазоны газдарды, сұйықтарды және қатты заттарды қамтитын CVD процестерінде қолданылуы мүмкін. Жиі қолданылатын прекурсорларға мыналар жатады:

Оттегі: оксидті қабықшаны тұндыру кезінде тотықтырғыш ретінде жиі қолданылады.

Галогенидтер: Мысалдарға кремний тетрахлориді (SiCl4), вольфрам гексафториді (WF6) және титан тетрахлориді (TiCl4) жатады.

Гидридтер: силан (SiH4), герман (GeH4) және аммиак (NH3) жалпы мысалдар болып табылады.

Металл органикалық заттар: оларға триметилюминий (Al(CH3)3) және тетракис(диметиламидо)титан (Ti(NMe2)4) жатады.

Металл алкоксидтері: тетраэтил ортосиликат (TEOS) және титан изопропоксиді (Ti(OiPr)4) мысал болып табылады.

CVD процестерінде прекурсорлық материалдардың тазалығы маңызды. Прекурсорлардағы қоспалар тұндырылған пленкаға еніп, оның қасиеттерін өзгертіп, құрылғының өнімділігін нашарлатуы мүмкін. Бұдан басқа, CVD прекурсорлары ыдырауды және кейінгі қоспалардың пайда болуын болдырмау үшін сақтау жағдайында тұрақтылық танытуы керек.

3. CVD артықшылықтары

CVD басқа жұқа қабықшаларды тұндыру әдістеріне қарағанда бірнеше артықшылықтарды ұсынады, бұл оның жартылай өткізгіш өндірісінде кеңінен таралуына ықпал етеді:

Жоғары конформальдылық: CVD біркелкі пленкаларды тіпті жоғары пропорциялары бар күрделі, үш өлшемді құрылымдарда орналастыруда керемет. Бұл атрибут оны траншеяларды, жолдарды және жартылай өткізгіш құрылғыларда жиі кездесетін басқа да күрделі мүмкіндіктерді жабу үшін баға жетпес етеді.

Шығындық тиімділік: CVD тұндыру жылдамдығының жоғары болуына және қалың жабынға қол жеткізу мүмкіндігіне байланысты бүрку сияқты физикалық буларды тұндыру (PVD) әдістерімен салыстырғанда үнемдірек болады.

Процесті жан-жақты басқару: CVD температура, қысым және прекурсор ағынының жылдамдығы сияқты процесс параметрлерін реттеу арқылы пленка қалыңдығын, құрамын және біркелкілігін дәл бақылауға мүмкіндік беретін кең өңдеу терезесін ұсынады.

4. CVD шектеулері

Артықшылықтарына қарамастан, CVD белгілі бір шектеулерді ұсынады:

Жоғары өңдеу температуралары: жоғары температураға қойылатын талап төмен термиялық тұрақтылығы бар субстраттар үшін шектеуші фактор болуы мүмкін.

Прекурсордың уыттылығы және қауіпсіздігі: Көптеген CVD прекурсорлары улы, тұтанғыш немесе коррозиялық болып табылады, олар өңдеу және жою кезінде қатаң қауіпсіздік хаттамаларын қажет етеді.

Қалдықтарды басқару: CVD реакцияларының жанама өнімдері қауіпті болуы мүмкін және мұқият өңдеуді және жоюды қажет етеді.

5. PVD жабындарымен салыстыру

PVD және CVD жұқа қабықшаны тұндырудың екі түрлі тәсілін білдіреді, олардың әрқайсысының өзіндік артықшылықтары мен шектеулері бар. Шашырату және булану сияқты PVD әдістері материалды нысанадан субстратқа вакуумдық ортада физикалық тасымалдауды қамтиды. Керісінше, CVD субстрат бетіндегі газ тәрізді прекурсорлардың химиялық реакцияларына сүйенеді.

Негізгі айырмашылықтарға мыналар жатады:

Материалдық үйлесімділік: PVD материалдардың кең ауқымын, соның ішінде металдарды, қорытпаларды және керамикаларды тұндыра алады, ал CVD әдетте керамика мен кейбір полимерлерді тұндыру үшін қолайлы.

Процесс шарттары: PVD процестері әдетте жоғары вакуумда жүреді, ал CVD қысымның кеңірек диапазонында жұмыс істей алады.

Қаптау қасиеттері: PVD жабындары CVD жабындарымен салыстырғанда жұқа және аз конформды болады. Дегенмен, PVD күрделі геометрияларды жабуда тұндыру жылдамдығы мен әмбебаптығы тұрғысынан артықшылықтарды ұсынады.

6. Қорытынды

Химиялық буларды тұндыру (CVD) жартылай өткізгіштер өндірісінде ерекше біркелкі, сәйкестік және материал қасиеттерін бақылау арқылы жоғары сапалы жұқа қабықшаларды тұндыруға мүмкіндік беретін негізгі технология болып табылады. Оның материалдардың кең ауқымын орналастыру мүмкіндігі оның үнемділігі мен ауқымдылығымен үйлеседі, оны озық жартылай өткізгіш құрылғыларды жасау үшін таптырмас құрал етеді. Миниатюризацияға және өнімділікке сұраныс жартылай өткізгіштер өнеркәсібін алға жылжытуды жалғастыратындықтан, CVD көптеген жылдар бойы маңызды мүмкіндік беретін технология болып қала беретіні сөзсіз.**