فرآیند نیمه هادی: رسوب بخار شیمیایی (CVD)

در نیمه هادی ها و نمایشگرهای پنل FPD، تهیه لایه های نازک فرآیند مهمی است. روش های زیادی برای تهیه لایه های نازک (TF, Thin Film) وجود دارد که دو روش زیر رایج است:

● CVD (رسوب بخار شیمیایی)

● PVD (رسوب بخار فیزیکی)

در میان آنها، لایه بافر / لایه فعال / لایه عایق همه در محفظه دستگاه با استفاده از PECVD قرار می گیرند.

● از گازهای مخصوص استفاده کنید: SiH4/NH3/N2O برای رسوب فیلم های SiN و Si/SiO2.

● برخی از ماشین های CVD برای افزایش تحرک حامل نیاز به استفاده از H2 برای هیدروژناسیون دارند.

● NF3 یک گاز پاک کننده است. در مقایسه: F2 بسیار سمی است و اثر گلخانه ای SF6 بیشتر از NF3 است.

در فرآیند دستگاه نیمه هادی، انواع بیشتری از لایه های نازک وجود دارد، علاوه بر SiO2/Si/SiN رایج، W، Ti/TiN، HfO2، SiC و غیره نیز وجود دارد.

همچنین به همین دلیل است که انواع بسیاری از پیش سازها برای مواد پیشرفته مورد استفاده در صنعت نیمه هادی ها به منظور ساخت انواع لایه های نازک وجود دارد.

آن را به صورت زیر توضیح می دهیم:

1. انواع CVD و برخی گازهای پیش ساز

2. مکانیسم اساسی CVD و کیفیت فیلم

1. انواع CVD و برخی گازهای پیش ساز

CVD یک مفهوم بسیار کلی است و می توان آن را به انواع مختلفی تقسیم کرد. موارد رایج عبارتند از:

● PECVD: CVD افزایش یافته پلاسما

● LPCVD: CVD کم فشار

● ALD: رسوب لایه اتمی

● MOCVD: CVD فلزی آلی

در طول فرآیند CVD، پیوندهای شیمیایی پیش ساز باید قبل از واکنش های شیمیایی شکسته شوند.

انرژی برای شکستن پیوندهای شیمیایی از گرما حاصل می شود، بنابراین دمای محفظه نسبتاً بالا خواهد بود، که برای برخی از فرآیندها، مانند شیشه زیرلایه پانل یا مواد PI صفحه نمایش انعطاف پذیر، مناسب نیست. بنابراین، با وارد کردن انرژی دیگر (تشکیل پلاسما و غیره) برای کاهش دمای فرآیند برای پاسخگویی به برخی از فرآیندهایی که نیاز به دما دارند، بودجه حرارتی نیز کاهش می یابد.

بنابراین، رسوب PECVD a-Si:H/SiN/poly-Si به طور گسترده در صنعت نمایشگر FPD استفاده می شود. پیش سازها و فیلم های رایج CVD:

سیلیکون پلی کریستال/سیلیکون تک کریستال SiO2 SiN/SiON W/Ti WSi2 HfO2/SiC

مراحل مکانیسم اساسی CVD:

1. گاز پیش ساز واکنش وارد محفظه می شود

2. محصولات واسطه ای که در اثر واکنش گاز تولید می شوند

3. محصولات میانی گاز به سطح زیرلایه پخش می شود

4. روی سطح زیرلایه جذب شده و پخش می شود

5. واکنش شیمیایی در سطح زیرلایه، تشکیل هسته/تشکیل جزیره/تشکیل فیلم رخ می دهد.

6. محصولات جانبی واجذب، خلاء پمپ شده و پس از ورود به اسکرابر برای تصفیه تخلیه می شوند.

همانطور که قبلا ذکر شد، کل فرآیند شامل مراحل متعددی مانند انتشار/جذب/واکنش است. سرعت کلی تشکیل فیلم تحت تأثیر عوامل زیادی مانند دما / فشار / نوع گاز واکنش / نوع بستر است. انتشار دارای یک مدل انتشار برای پیش بینی، جذب دارای یک نظریه جذب، و واکنش شیمیایی یک نظریه سینتیک واکنش است.

در کل فرآیند، کندترین مرحله کل سرعت واکنش را تعیین می کند. این بسیار شبیه به روش مسیر بحرانی مدیریت پروژه است. طولانی ترین جریان فعالیت، کوتاه ترین مدت پروژه را تعیین می کند. مدت زمان را می توان با تخصیص منابع برای کاهش زمان این مسیر کوتاه کرد. به طور مشابه، CVD می تواند با درک کل فرآیند، گلوگاه کلیدی را که سرعت تشکیل فیلم را محدود می کند، پیدا کند و تنظیمات پارامتر را برای دستیابی به نرخ تشکیل فیلم ایده آل تنظیم کند.

2. ارزیابی کیفیت فیلم CVD

برخی از فیلم‌ها مسطح هستند، برخی از آنها سوراخ‌ها را پر می‌کنند و برخی دیگر پرکننده شیار هستند، با عملکردهای بسیار متفاوت. ماشین های CVD تجاری باید الزامات اساسی را برآورده کنند:

● ظرفیت پردازش ماشین، نرخ رسوب

● سازگاری

● واکنش های فاز گاز نمی توانند ذرات تولید کنند. تولید نکردن ذرات در فاز گاز بسیار مهم است.

برخی دیگر از الزامات ارزیابی به شرح زیر است:

● پوشش گام خوب

● قابلیت پر کردن شکاف‌های نسبت تصویر بالا (انطباق)

● یکنواختی ضخامت خوب

● خلوص و چگالی بالا

● درجه بالای کمال ساختاری با تنش فیلم کم

● خواص الکتریکی خوب

● چسبندگی عالی به مواد زیرلایه