Khái niệm: Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học là phương pháp tạo màng vật liệu dựa trên các phản ứng hóa học ở pha hơi trong một buồng lò có nhiệt độ áp suất nhất định. Trong quá trình phản ứng, một số vật liệu cần chế tạo sẽ lắng đọng  lên trên đế bề mặt vật liệu hoặc lắng đọng vào các cấu hình định  sẵn nhằm phục vụ cho chế tạo vật liệu linh kiện mạch tổ hợp

Phân loại : người ta thường chia ra một số loại lắng đọng pha hơi hóa học như sau:

− CVD nhiệt thông thường xảy ra trong vùng nhiệt độ từ 400÷11000 C .

− CVD ở áp suất thấp (LPCVD) tại 0.01÷0.1 torr. (1torr = )

− CVD ở áp suất khí quyển (Atmospheric Presure CVD-APCVD)

− CVD trong môi trường Plasma tăng cường ở nhiệt độ thấp( plasma Enhanced CVD-PECVD).

−  CVD cảm ứng bởi photon. Khi naỳ photon được tạo bởi đèn cực tím ( UV) hay laze.

Chiều hướng phát triển của CVD ngày nay là thực hiện CVD nhiệt nhanh (Rapid thermal CVD –RTCVD) và làm CVD  trong môi trường plasma mật độ cao (High Density plasma enhanced CVD- HDPCVD).

Câu 7 : 

 Ứng dụng:

1.   Chế tạo lớp điện môi Si02,Si3N4. 

2.   Chế tạo màng kim loại bằng MOCVD.

3.   Chế tạo màng W,Al,Cu dùng làm dây dẫn điện và lớp tiếp xúc.

I.      Cấu tạo của lò CVD

-Buồng lò là 1 ống thạch anh chịu được nhiệt độ cao.

-Hệ thống đốt bằng năng lượng nhiệt hay bằng nặng lượng cao tần.

-Buồng có hệ thống đưa các khí ở pha hơi tạo phản ứng ở trong lò

-Lò có hệ thống van và hệ thống đo lưu lượng khí điều chỉnh chính xác.

-Có hệ thống hút khí thải ra ngoài an toàn.

-Các hệ CVD cần tạo áp suất thấp hoặc tạo chân không cao ở trong buồng lò còn có hệ thống bơm sơ cấp, bơm khuếch tán và nhiều bộ phận hỗ trợ khác như bẫy nitơ, hệ thống chống khí dò.

-Nếu phiến vật liệu đế ko cho phép làm việc ở tại nhiệt độ cao trên 300                   C, thì phải tiến hành phản ứng nuôi trong môi trường plasma (pp PECVD).

II.      Nguyên lý hoạt động của lò (các quá trình xảy ra trong lò CVD):

-Đưa các thành phần mang chất phản ứng vào trong lò ở nhiệt độ cao, trong lò có các phiến đế để được sắp xếp trên thuyền graphit hay thạch anh (SiO2).

-Sự vận chuyển của các chất tham gia phản ứng qua lớp màng đến bề mặt phiến bán dẫn

-Sự hấp thụ của các thành phần phản ứng trên bề mặt phiến bán dẫn .

-Các quá trình hóa lý xảy ra trên bề mặt phiến bán dẫn tạo các sản phẩm vật chất mong muốn.

-Quá trình vận chuyển sản phẩm dư thừa ra khỏi bề mặt vật liệu rồi đưa ra ngoài.

Hình Vẽ:Tự Vẽ!!!!!!!!!!

Câu 8:(Chưa rõ ràng lắm cần tìm hiểu thêm) 

A.  So sánh ưu,nhược điểm của lớp màng Si3N4 với lớp màng SiO2 : 

ü  Với lớp màng Si3N4: 

Ưu điểm :Khắc phục được nhược điểm của màng SiO2, ngăn chặn được tạp chất có hệ số 

khuếch tán mạnh.

Vd: Ga dễ khuếch tán qua lớp SiO2 nhưng ko khuếch tán qua được lớp Si3N4. 

Ứng dụng làm lớp  phủ bề mặt IC.

Lớp này đặc biệt được sử dụng nhiều trong IC hoặc các linh kiện làm việc ở tín hiệu  cao tần. Trong một số trường hợp, còn được dùng bổ trợ cho lớp SiO2 tạo bởi quá trình oxi hóa.Trong các ứng dụng, lớp Si3N4  có độ dày khoảng 1000 A0,  là một lớp được đặt nằm giữa hai SiO2. Chúng được phủ trên bề mặt để tăng khả năng bảo vệ lớp SiO2 thứ hai được phủ trên lớp Si3N4  thường được tạo ra bởi phương pháp lắng đọng nhiệt phân. Lớp đó có tác dụng như là mặt nạ trong quá trình ăn mòn cửa sổ  qua lớp nitric hóa . nitric hóa  có hằng số điện môi cao gấp đôi (r=7.8) hằng số điện môi của SiO2. Vì vậy ,Si3N4  làm điên môi cho tụ điện của các vi mạch rất tốt

Nhược điểm:

Có độ xốp nhất định ,gây thẩm thấu về độ ẩm và tạp chất.

Lớp oxit xốp này còn gây p/ư co giãn.

Khắc phục bằng cách tạo màng Si3N4. 

B.     PP chế tạo Si3N4 bằng pp CVD:

Hiện nay, phương pháp tạo màng nhiệt độ cao (HTO) và phương pháp tạo màng trong môi trường plasma (POECVD) là hai phương pháp thường được sử dụng.

        Lớp màng Si3N4 được tạo ra bằng một quá trình nhiệt phân. Ở nhiệt độ khoảng 800÷10000C. Nó phân hủy SiH4  và NH3, tạo ra khí H2 theo phương trình phản ứng sau:

3SiH4 +4NH3 Si3N4 +12H2      (3.6)

          Phương pháp CVD ở áp suất thấp (LPCVD) tạo màng này tại nhiệt độ cao, sử dụng phương trình phản ứng sau:

3SiH2Cl2 +4NH3 Si3N4+Gas  (LPCVD)                   (3.7)

          Đây là một phương pháp thường được sử dụng nhất .

Còn trong trường hợp tạo màng trong môi trường plasma , sẽ sử dụng phản ứng sau  3SiH4+4NH3 Si3N4+12H2  (PECVD)                 (3.8)

          Ngoài ra silic cũng có thể phản ứng trực tiếp trong môi trường NH3 tại nhiệt  độ cao, ví dụ để tạo được màng si nitric dày 7nm,  ta cần nhiệt độ cao cỡ 12000C, lúc này phản ứng hóa học được mô tả như sau :

3Si+4NH3 Si3N4+6H2         (3.9)

         Silic nitric được dùng rất hữu hiệu cho kĩ thuật oxi hóa cục bộ (local oxidation of silicon-LOCOS) trong các vi mạch CMOS.

Câu9: 

1, Sơ đồ nguyên lí của hệ phún xạ catốt 1 chiều, xoay chiều:

HINH VE

Insulation:Đế cách nhiệt. Target:Đích,Bia(Phiến bán dẫn). Substrates:Bia vật liệu. Vacuum:Chân không. Sputtering:Thổi khí.

Glow discharge:Ánh sáng(hồ quang).

2, Nguyên lí họat động:

Để lắng đọng 1 lớp cách điện hay lớp bao phủ bảo vệ cần nguồn đốt xoay chiều cao tần

(13,56 MHz) thay cho nguồn 1 chiều .

Nguồn 1 chiều hay xoay chiều chỉ cho phép 1 chế độ lắng đọng giới hạn .

Pp phún xạ: là kỹ thuật chế tạo màng mỏng dựa trên nguyên lí truyền động năng bằng cách dùng các ion khí hiếm bắn phá bề mặt bia, truyền động năng cho các nguyên tử bay về phiến đế và lắng đọng.

Ø  Nguyên lí hđ:

Cấu trúc buồng phun gồm 2 điện cực nằm đối diện nhau. Bề mặt catốt được che phủ bằng vật liệu cần tạo màng. Cực anốt là vật liệu cần được phủ màng lại. buồng phun chứa khí trơ (Argon, áp suất thấp)

Dưới tác động của điện trường, 1 phần argon bị ion hóa (Ar+) Ar+ được tăng tốc và bắn vào bề mặt catốt làm các nguyên tử trên cực K bắn ra bay đến bề mặt A (E=10eV). Năng

lượng sau đó bị giảm dần xuống 1-2eV trên đường đến A do va chạm với plasma Argon , nên tạo ra trên bề mặt anốt 1 màng vật liệu

Ø  Ưu điểm và nhược điểm của pp trong chế tạo linh kiện điện tử:

Ưu điểm:

+ buồng phun ở chân không,và có khí trơ ,nên hạn chế tạp chất so với pp CVD.

+ không cần lò nhiệt độ cao, cấu tạo lò ít phức tạp hơn so với pp PECVD.

+ dùng chế tạo lớp màng dẫn điện .

Nhược điểm.

+ chỉ dùng để chế tạo lớp màng dẫn điện .

+ lớp màng tạo ra so với pp lắng đọng pha hơi hóa học (CVD) có đọ phủ nơi góc cạnh

kém hơn, đặc biệt tại các rãnh sâu tạo ra bởi quang khắc, việc bao phủ không kín sẽ làm hở phần vật liệu đế gây nhiều phiền toái cho các khâu công nghệ tiếp theo.

+ pp này gọi là pp phủ dị hướng vì ko phủ được rãnh sâu.

 Câu 10(Đang trong quá trình chỉnh sửa và bổ xung)

   Khái niệm epitaxy ;

Đặt vấn đề: phiến bán dẫn sau khi đã được mài đánh bóng. Ít khi được dùng trực tiếp vào quá trình chế tạo linh kiện bán dẫn mạch tổ hợp, vì điện trở suất của chúng thường

không thích hợp, mặt khác đế lại rất dày, nếu dùng trực tiếp sẽ có điện trở nối tiếp rất lớn vì vậy người ta nuôi 1 lớp bán dẫn màng mỏng lên trên đế vật liệu đó

Pp epitaxy (chữ epitaxy là chữ ghép của của 2 từ gốc Hy Lạp “epi” là lên trên và “taxi” là sắp xếp có thứ tự nghĩa là sắp xếp có thứ tự liên tục lên trên đế. Có thể chế tạo 1 lớp

màng bán dẫn mỏng xác định để tạo ra lớp vật liệu điện trở suất thích hợp,dày cỡ vài

nanomet lên trên tấm đế.

   so sánh pp epitaxy pha hơi _pha lỏng _chùm tia phân tử

1:Pha hơi(VPE)

Ưu điểm

Rẻ tiền, nên được sử dụng rộng rãi

Nuôi hợp kim ở tại nhiệt độ mà giản đồ pha lỏng rắn ở trạng thái cân bằng

2:Pha lỏng(LPE)

Thường dùng tạo màng bán dẫn đơn tinh thể, ra đời từ những năm 70, có ưu điểm thay thế 1 số kỹ thuật khác trong thời gian đó .

Mô tả :

LPE là 1 kỹ thuật gần cân bằng, vật liệu đế được đặt trong 1 thuyền bằng thạch anh (hoặc graphit )phủ bằng 1 dung dịch lỏng, tinh thể sẽ được nuôi

Kĩ thuật LPE là một kĩ thuật làm việc ở gần trạng thái cân bằng, do vậy có thể nuôi một hệ vật liệu hỗn hợp, thậm chí là nuôi một màng vật liệu chứa một số nguyên tố hay để pha tạp vào quá trình nuôi tinh thể. Vì LPE là một kĩ thuật nuôi vật liệu rẻ tiền nên nó được dùng rất rộng rãi trong nhiều ứng dụng có tính thương mại .

Đế GaAs đặt trên thanh trượt, rồi được đẩy vào trong khuôn lò. Trên khuôn có các rãnh chứa vật liệu AlGaAs nóng chảy và GaAs nóng chảy. toàn bộ thanh trượt và khuôn để

vào trong lò thạch anh với môi trường khí phù hợp. dung dịch lỏng chứa nguyên tử tạp chất cần pha vào vật liệu

Ứng dụng :

LPE làm việc ở trạng thái cân bằng , có thể nuôi 1 màng vật liệu chứa 1 số nguyên tử hay để pha tạp

Phuong pháp Chùm tia phân tử:

Dùng tạo ra tiếp giáp dị thể để chế tạo ra các linh kiện micro, nano điện tử

Nhược điểm:

Buồng chân không đạt mức siêu cao(10^-11 torr), khí cũng phải để tinh khiết cao

Tốc độ nuôi rất nhỏ

Độ bám đế kém, thường hay tách khỏi dung dịch (khi kết tủa không còn đặc tính như mong muốn)

Dễ biến dạng và dạn nứt

Cách điện kém

Ưu điểm :

Cho phép điều khiển chính xác kích thước vật liệu dọc theo chiều nuôi quá trình nuôi đơn giản và có thể điều khiển được hoàn toàn theo ý muốn

Câu 11:

Phương  pháp chế tạo màng epitaxy từ pha lỏng:

-Khái niệm:là phương pháp tạo ra một màng mỏng trên 1 đế tinh thể nhờ kết tinh trực tiếp từ pha lỏng.

-Sơ đồ hệ thống:

HINH VE

Nửa trên của thuyền làm bằng Graphit có độ sạch cao trên đó người ta tạo ra 1 hoặc nhiều hốc nhỏ chứa các dung dịch phản ứng

   Phần dưới thuyền làm bằng graphit có độ sạch cao,ở cạnh bên của thuyền người ta tạo ra các rãnh trượt.

Hai nửa thuyền được ghép cố định bằng các chốt định vị.

Thanh trượt được nồng vào khe trượt,mặt trên của nó có gắn các phiến đế bán dẫn cần tạo màng epitaxy.Thanh trượt có thể di chuyển dọc theo rãnh trượt đưa các tấm bán dẫn vào đúng vị trí của một trong các hốc có chứa dung dịch phản ứng.

   Để tấm bán dẫn được giữ trong chất lỏng do nhiệt độ của chất lỏng nhỏ hơn nhiệt độ của đế     đế không bị chảy ra.Khi dung dịc được làm lạnh từ từ một lớp bán dẫn đơn tinh thể được hình thành.

Câu 12:

Quá trình truyền hình ảnh lên phiến đế bằng công nghệ quang khắc:

HINH VE

a, Tạo lớp SiO2 và phủ lớp cảm quang làm bề mặt.

b, Đặt mặt nạ và chiếu sáng.

c, Hiện hình.

d, Ăn mòn lớp oxit tạo cửa sổ và phần oxit còn lại để che chắn.

-Quá trình thực hiện trong phòng sạch,dưới ánh sáng màu vàng, vì các chất cảm quang

không nhậy với bước sóng lớn hơn 0,5µm.

-Để cảm quang dính bám tốt, bề mặt phiến phải được phủ một lớp lót tăng độ bám dính. Lớp này có tác dụng làm cho bề mặt tương thích về hóa đối với chất cảm quang ( thương dùng hexa- methylene-di-siloxame (HMDS))

Sau khi phủ lớp bám dính,phiến được giữ bằng chân không trên mâm quay và nhỏ 2-3cc

chất cảm quang lỏng lên giữa phiến

Sau đó phiến quay với tốc độ vài nghìn vòng/phút trong khoảng 30giây. Màng cảm quang nhận được có độ dày đồng đều (0,5-1µm) phụ thuộc tốc độ quay và độ nhớt của cảm

quang

-Tiếp đó, phiến được ủ sơ bộ (90-         C thời gian 90-120s) để làm bay hơi dung môi và tăng độ dính bám của cảm quang lên đế. Sau đó phiến được đưa vào hệ quang khắc, được chiếu sáng qua mặt nạ bằng ánh sáng tử ngoại

-Đối với cảm quang dương, vùng cảm quang lộ ra sẽ bị hòa tan trong dung dịch hiện

Quá trình hiện được tiến hành bằng cách nhúng phiến vào dung dịch hiện, sau đó rửa phiến và quay khô. Sau khi hiện, phiến được ủ lần 2 (100-120oC) để ổn định và tăng độ dính bám của cảm quang. Tiếp theo, phiến được nhúng vào dung dịch tẩm thực (ăn mòn) dung dịch này chỉ ăn mòn lớp cách điện không được bảo vệ mà không ăn mòn lớp cảm quang.

-Cuối cùng, tẩy bỏ lớp cảm quang bằng dung môi hoặc plasma, để lại hình ảnh trong lớp cách điện giông hệt hình vẽ trên mặt nạ.

-Với cảm quang âm : quy trình tiến hành tương tự. tuy nhiên, trong trường hợp này phần bị tẩy bỏ là phần không được chiếu sáng. Hình ảnh cuối cùng lớp cách điện trái ngược

với hình ảnh vẽ trên măt nạ.

   So sánh chất cảm quang âm và chất cảm quang dương:

1:Cảm quang dương:

-Hợp chất nhạy quang khi hấp thụ bức xạ ánh sáng         cấu trúc hóa học bị phá vỡ        bị tan khi tráng rửa.

-Hình ảnh thu được quang giống hệt với hình vẽ trên mặt nạ.

2:Cảm quang âm:

-Hợp chất nhạy quang khi hấp thụ bức xạ ánh sáng          hình thành liên kết chéo giữa các phân tử       không bị tan khi tráng rửa.

-Hình ảnh thu được ngược với hình vẽ trên mặt nạ.

3:Hình vẽ minh họa sự khác biệt giữa cảm quang âm và cảm quang dương:

Hình vẽ: Nguyên lý hai kỹ thuật sử dụng trong phương pháp quang khắc:

a)  Kỹ thuật lift-off: sử dụng cản quang dương. b)  Kỹ thuật etching: sử dụng cản quang âm.

Câu13:(Đang hoàn thiện)

Mô tả các bước tuần tự của quy trình chế tạo IC:

Câu14:

Nguyên lý pha tạp chất vào phiến bán dẫn bằng phương pháp cấy ion:

Các bộ phận chính của thiết bị cấy ion:

   Nguồn ion:trong đó có các khí như AsH3 hoặc B2H6 hoặc PH3 được sử dụng để tạo plasma ở áp suất khoảng          torr.Điện áp 1 chiều khoảng 20KV được dung để hút các ion dương và tách chungsra khỏi plasma.

   Nam châm phân tích chọn lọc 1 trong số nhiều ion sinh ra trong plasma để đưa

vào ống gia tốc.

   Ống gia tốc cung cấp năng lượng cung cấp năng lượng cần thiết để các ion có thể chui sâu vào ống bán dẫn.

   Các bản lệch tĩnh điện điều khiền các ion đi theo chiều X hoặc chiều Y.Phiến đặt ở vị trí hơi lệch tâm sao cho chum tia trung tính không điều khiển được đi đến phiến.

6

   Có thể dùng các bản lệch X vàY để quét chùm tia ion đồng đều trên mặt phiến.Ống gia tốc và buồng để phiến đế được giữ ở chân không cỡ 10                                                           torr

   Phiến đế (bia ) được đặt trong lông Faraday để có thể dễ dàng đo số ion bằng cách đo dòng ion và lấy tổng theo thời gian cấy.

Câu 15:

Ø  Nêu nguyên lý pha tạp chất vào chất bán dẫn bằng phương pháp  khuếch tán.

Quy trình khuếch tán thực sự phụ thuộc vào hình dạng bên ngoài của bán dẫn, nói chung,

khuếch tán tạp chất được thực hiện bằng cách đặt tinh thể bán dẫn ở môi trường khí nhiệt độ cao (gần 10000 C) chứa những nguyên tử tạp chất. Tại nhiệt độ cao này, nhiều nguyên tử tinh thể có thể chuyển động ngẫu nhiên trong và ngoài những mặt mạng đơn tinh thể của chúng. Những chỗ khuyết có thể được tạo ra do chuyển động ngẫu nhiên này vì vậy

những nguyên tử tạp chất có thể di chuyển trong mạng bằng cách nhảy từ chỗ khuyết này đến chỗ khuyết khác. Khuếch tán tạp chất là một quá trình mà ở đó tạp chất di chuyển từ vùng có nồng độ cao từ bề mặt sang vùng có nồng độ thấp trong tinh thể. Khi những nguyên tử tạp chất bị đóng băng trong những mặt phẳng mạng thay thế. Sự khuếch tán những tạp chất khác nhau vào những vùng được chọn của bán dẫn cho phép chúng ta chế tạo những mạch điện tử phức tạp trên một đơn tinh thể bán dẫn.

Ø  Ưu nhược điểm của 2 phương pháp pha tạp chất:

   Phương pháp cấy ion:

v  Ưu điểm:

-Điều khiển chính xác liều lượng và phân bố theo chiều sâu của tap chất.

-Có một phổ rộng để lựa chọn các vật liệu làm mặt nạ như oxit, chất cảm quang,

pholy-si,Si3H4,kim loại...

-Không bị ảnh hưởng nhiều từ các công đoạn làm sạch bề mặt phiến.

-Có độ rộng đều rất lí tưởng liều chiếu xạ theo chiều ngang

-Có thể cấy ion qua lớp oxit hoặc các mặt nạ mỏng khác

-Quá trình cấy ion và ủ mẫu sau đó thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn ,thời gian ngắn hơn nếu so sánh với công đoạn khuếch tán.Do đó, cấy ion làm ít sai lệch phân bố tạp chất

trong phiến bán dẫn được tạo ra trong các công đoạn trước đó

v  Nhược điểm:

-Gây sai hỏng lớn tại bề mặt mẫu do sự bắn phá của chùm ion

-Thiết bị đắt tiền,đòi hỏi các phụ trợ phức tạp.

   Phương pháp khuếch tán:

v  Ưu điểm:

-Không gây ra sai hỏng lớn tại bề mặt mẫu

-Thiết bị không quá đắt tiền,đơn giản

v  Nhược điểm:

-Không thể khống chế độc lập dữ liệu pha tạp và nồng độ pha tạp

-Quá trình khuếch tán thực hiện trong lò nhiệt độ cao thời gian dài nên dễ làm sai lệch phân bố tạp chất trong phiến bán dẫn được tạo ra trong các công đoạn trước đó.