Yrd. Doç. Dr. Mehmet Oğuz GÜLER Termal Buharlaştırma Yöntemi Yrd. Doç. Dr. Mehmet Oğuz GÜLER

Kimyasal Buhar Biriktirme İNCE FİLMLER İnce Film Biriktirme Partikül Biriktirme Katı Gaz Kimyasal Buhar Biriktirme APCVD PECVD MOCVD LPCVD ALD Fiziksel Buhar Biriktirme Sıçratma Buharlaştırma MBE Sıvı Daldırma ile Kaplama Döndürme ile Kaplaöa Spray Piroliz

KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ CVD Reaktör Türleri Reaktör türü ağırlıklı olarak meydana gelen reaksiyonun türüne bağlı olarak değişkenlik gösterir. Kütle Taşınımı büyümeyi sınırlandırır (Yüksek T): Uniformlar filmler için gaz akışı ve basınç kontrol edilmelidir. Kütle Taşınımı büyümeyi sınırlandırır (Yüksek T, Düşük P):S Uniform filmler için sıcaklık profili kontrol edilmelidir. Unif

CVD Reaktör Türleri Tüp Reaktörler; Duşlukbaşı tipi reaktörler; KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ CVD Reaktör Türleri Tüp Reaktörler; Duşlukbaşı tipi reaktörler; Yüksek yoğunluklu plazma reaktörleri; Lineer enjeksiyon reaktörleri.

Tüp Reaktörler KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Sıcak Duvarlı Tasarım (reaktör çeperleri ısıtılır). Yatay ya da dikey olabilir. Waferların toplu olarak işlenmesi. Filmlerin iyi radyal düzgünlüğü. Eksenel büyüme kısmen düzgündür. Eksenel büyüme için çok daha düşük biriktirme oranları gereklidir.

Duşlukbaşı Tipi Reaktörler KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Duşlukbaşı Tipi Reaktörler Soğuk Duvar tasarımlı (sadece altlık ısıtılır) • Plazma destekli sistemler için uygundur. • Genellikle tek bir wafer işlem görür. •Radyal düzgünlüğü için iyi bir ısıtıcı tasarımı gereklidir.

Termal CVD Prosesesleri KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Termal CVD Prosesesleri Proseslerde gerekli olan ısı gaz ve gaz-katı reaksiyonları için gereklidir. Termal CVD prosesleri birçok şekilde sınıflandırılabilir: Yüksek yada Düşük Sıcaklık gibi. Atmosferik yada düşük basınç Soğuk yada Sıcak Duvarlı Kapalı yada açık En önemli ortak noktası reaktan gazların reaktör içerisine gönderilmesidir. Etkili biriktirme işlemi ve ürünlerin altlık yüzeyinde kalması için ısıl güç sağlanmalıdır.

Termal CVD Prosesleri KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Proseslerde gerekli olan ısı gaz ve gaz-katı reaksiyonları için gereklidir. Termal CVD prosesleri birçok şekilde sınıflandırılabilir: Yüksek yada Düşük Sıcaklık gibi. Atmosferik yada düşük basınç Soğuk yada Sıcak Duvarlı Kapalı yada açık En önemli ortak noktası reaktan gazların reaktör içerisine gönderilmesidir. Etkili biriktirme işlemi ve ürünlerin altlık yüzeyinde kalması için ısıl güç sağlanmalıdır.

Atmosferik Basınçta CVD KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Atmosferik Basınçta CVD Yüksek Sıcaklık APCVD: Epitaksiyel Si ve bileşik halinde filmler (Soğuk çeperli); TiC ve TiN gibi sert filmlerin kaplanması. Soğuk Çeperli Sıcak Çeperli

Atmosferik Basınçta CVD KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Atmosferik Basınçta CVD Düşük Sıcaklık APCVD: Birçok izolatör filmler (SiO2) bu yöntemler üretilir. Düşük sıcaklık gerektiren birçok camsı filmler. Konveyör Tipi LPCVD ünitesi

APCVD Problemleri KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Wafer çıkışı düşük biriktirme oranına bağlı olarak düşüktür. Kaplama Homejenitesi uygulamalarda problem teşkil edebilir. • Basamak kaplama işlemleri çok iyi değildir. •Kirlilik her zaman problemdir ve stokiometri ayarlaması güçtür. •Çok sayıda pinhol hatası görülebilir.

Düşük Basınçlı CVD Prosesleri KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Düşük Basınçlı CVD Prosesleri Gaz Basıncının sınıflandırılması : 100 torr > P > 1 torr, Düşük basınçlı CVD; 10 mtorr > P > 1 mtorr, LPCVD UHV (~10-7 torr), UHV/CVD olarak sınıflandırılır. Çok düşük basınç için daha yüksek gaz konsantrasyonları gereklidir. Altlık yüzeyine daha yüksek oranda difüzyon gerçekleşir. Reaksiyon oranı büyüme ile sınırlandırılır. Düşük basınçlara bağlı olarak kısmi oranda kusurlar oluşur. Daha iyi adım kaplama, daha iyi film homojenitesi.

Düşük Basınçlı CVD Prosesleri KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Düşük Basınçlı CVD Prosesleri Reaksiyon oranı büyüme ile ile sınırlı olduğundan LPCVD hücrelerinde waferler çok sıkı şekilde istiflenir. Böylelikle üretim hızı yüksektir. • “Sıcak Duvarlı” yada “Soğuk Duvarlı” reaktörler kullanılabilir. • En genel olanları sıcak duvarlı olanlardır. • Sıcak duvarlı hücreler çok düzgün ısı dağılımına sahiptirler. Ancak reaktör duvarlarıda kaplanabilir. Bu ise bir reaktörün sadece bir ürün için kullanılabilir olmasına neden olur. Ağırlı olarak kristalin filmlerin üretimine uygundur. • Soğuk çeperli reaktörlerde reaksiyon oranı daha kolay kontrol edilebilir. Film kalitesi daha yüksektir ve epitaksiyel filmler için tercih edilirler.

Düşük Basınçlı CVD Özetle; KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Düşük Basınçlı CVD Özetle; Daha düşün kusur oranları. Taşıyıcı bir gaza ihtiyaç yoktur. Düşük büyüme oranı. Kaplama sürekliliği. Yüksek sıcaklığa ihtiyaç duyması.

Metal-Organik CVD Prosesleri KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Metal-Organik CVD Prosesleri Organometalik gaz kaynakları kullanılır. Örn: (CH3 )3 Ga . . . . tri-metil Galyum • Reaktanlar düşük sıcaklıklarda bile uçucudur. • Yüksek kalitede nanometrik seviyede filmlerin eldesinde kullanılır. • Reaktanlar ve ürün sonrası gazlar zehirlidir.

Plazma Destekli CVD Prosesleri KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Plazma Destekli CVD Prosesleri Altlığın üzerinde bir plazma oluşturulur (RF yada DC kaynaklı). • Sıçratmada olduğu gibi, enerji yüklü iyonlar reaktan gazlara enerjilerini verir. • Enerji transferine bağlı olarak moleküller parçalanır ve kimyasal reaksiyon gerçekleşir.

Plazma Destekli CVD Prosesleri KİMYASAL BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİ Plazma Destekli CVD Prosesleri Plazma oluşumu ile daha düşük sıcaklık ve basınçlarda yüksek kaliteli filmler elde edilebilir. • Örneğin, TiC normal olarak 1200 °C’e cicvarında oluşurken; PECVD’de bu sıcaklık 700 °C’dir. • Daha düşük sıcaklıklar özellikle metal kontaktör tabakaların üretiminde faydalıdır. Örn: dielektrik kaplamaların arasında Al tabakası. • LPCVD’de kullanılan çok yüksek sıcaklık değerleri kontaktör metalin erimesine ve diğer tabakalarla reaksiyona girmesine neden olabilir. • Enerji transferinde ortaya çıkan momentum daha iyi basamak kaplamasının elde edilmesine yardımcı olur.