금속유기농증기상상피악시

Metalorganic vapour-phase epitaxy
프로세스 그림

유기농 증기 위상 에피택시(MOVPE) 또는 금속 유기농 화학 증기 증착(MOCVD)이라고도 알려진 MOVPE(Metal유기농 증기 위상 에피택시)는 단일 또는 다결정질 박막을 생산하는 데 사용되는 화학적 증기 증착 방법이다.[1] 결정층을 배양해 복잡한 반도체 다층 구조를 만드는 공정이다.[2] 분자빔 상피(MBE)와는 대조적으로 결정의 성장은 물리적 침적이 아닌 화학적 반응에 의한 것이다. 이는 진공 상태가 아니라 중간 압력(10~760 Torr)에서 가스 단계부터 발생한다. 이와 같이 열역학적으로 전이 가능한 합금을 통합한 기기의 형성에 선호되고 있으며,[citation needed] 발광 다이오드 등 광전자 제조의 주요 공정이 되었다. 1968년 해롤드 M에 의해 북미항공(Later Rockwell International) 과학센터에서 발명되었다. 마나세비트

기본 원리

MOCVD에서 초고속 전구 가스는 원자로에 주입되며, 보통 비반응 캐리어 가스와 함께 주입된다. III-V 반도체의 경우, 금속 유기체를 그룹 III의 전구체로 사용할 수 있고 그룹 V의 전구체로 사용할 수 있다. 예를 들어 인듐인산염은 트리메틸린듐(CH3)3In)과 인광(PH3) 전구체로 재배할 수 있다.

전구체가 반도체 웨이퍼에 접근하면 열분해를 거쳐 아종이 반도체 웨이퍼 표면에 흡수된다. 전구 아종의 표면 반응은 반도체 결정 격자의 새로운 상피층에 원소가 통합되는 결과를 초래한다. MOCVD 원자로가 일반적으로 작동하는 대량 수송 제한 성장 체제에서 성장은 증기 단계에서 화학 종의 과잉 확대에 의해 추진된다.[3] MOCVD는 그룹 III와 그룹 V, 그룹 II와 그룹 VI, 그룹 IV의 조합을 포함하는 필름을 재배할 수 있다.

필요한 열분해 온도는 전구체의 화학적 결합 강도가 증가함에 따라 증가한다. 중심 금속 원자에 탄소 원자가 많이 부착될수록 결합이 약해진다.[4] 기질 표면의 원자의 확산은 표면의 원자 스텝에 의해 영향을 받는다.

그룹 III 금속 유기원의 증기압은 MOCVD 성장의 중요한 제어 매개변수로, 대량 수송 제한 체계의 성장률을 결정하기 때문이다. [5]

원자로 구성품

MOCVD 장치

금속유기화학증기증착(MOCVD) 기법에서는 반응성 가스가 원자로 내 고온에서 결합되어 화학적 상호작용을 일으켜 기질에 물질이 축적된다.

원자로는 사용되는 화학물질과 반응하지 않는 물질로 만들어진 챔버다. 그것은 또한 높은 온도를 견뎌야 한다. 이 챔버는 원자로 벽, 라이너, 서시터, 가스 분사 장치 및 온도 제어 장치로 구성된다. 보통 원자로 벽은 스테인리스강이나 석영으로 만들어진다. 석영과 같은 세라믹이나 특수안경은 원자로벽과 감압기 사이의 원자로실 라이너로 자주 사용된다. 과열을 방지하기 위해서는 원자로벽 내의 채널을 통해 냉각수가 흐르도록 해야 한다. 기질은 조절 온도에 있는 흡수기에 위치한다. 이 수용기는 사용되는 금속 유기 화합물에 내성이 있는 물질로 만들어진다; 흑연도 가끔 사용된다. 질화물과 관련 물질을 재배하기 위해서는 암모니아(NH3) 가스에 의한 부식을 방지하기 위해 흑연 서셉터에 실리콘 질화물로 대표되는 특수 코팅이 필요하다.

MOCVD를 수행하는 데 사용되는 원자로의 한 종류는 냉간벽 원자로다. 냉담형 원자로에서는 기질이 받침대에 의해 지지되며, 이 기질은 또한 흡수제 역할을 한다. 받침대/수심기는 반응실 내 열 에너지의 일차 원점이다. 가스가 뜨거운 웨이퍼 표면에 도달하기 전에 가스가 반응하지 않도록 서시터만 가열된다. 받침대/수신기는 탄소 등 방사선 흡수 물질로 제작된다. 이와는 대조적으로 냉벽 원자로 내 반응실의 벽은 일반적으로 전자기 방사선에 대체로 투명한 석영으로 이루어져 있다. 그러나 냉간벽 원자로의 반응실 벽은 뜨거운 받침대/수셉터에서 방사되는 열로 인해 간접적으로 가열될 수 있지만 받침대/수셉터 및 받침대/수셉터가 지지하는 기질보다 냉각된 상태로 유지된다.

핫월 CVD에서는 챔버 전체가 가열된다. 이는 일부 가스가 웨이퍼 표면에 닿기 전에 미리 균열하여 웨이퍼에 달라붙도록 하는 데 필요할 수 있다.

가스 흡입 및 스위칭 시스템

가스는 '버블러'라고 알려진 장치를 통해 유입된다. 거품기에서 운반 가스(대개 비소화 및 인산화 성장의 수소 또는 질화물 성장을 위한 질소)는 금속 유기 액체를 통해 거품이 일며, 이 액체는 금속 유기성 증기를 일부 집어서 원자로로 운반한다. 운반되는 금속유기농 증기의 양은 운반용 가스 유량 및 거품기 온도에 따라 달라지며, 보통 초음파 농도 측정 피드백 가스 제어 시스템을 사용하여 자동적이고 가장 정확하게 제어된다. 포화 증기에 대해서는 허용치를 적용해야 한다.

압력유지장치

가스 배기 및 청소 시스템. 유독성 폐기물 제품은 재활용(우선) 또는 처리를 위해 액체 또는 고체 폐기물로 전환해야 한다. 이상적으로는 폐기물의 생산을 최소화하도록 공정이 설계될 것이다.

유기체 전구체

MOCVD에 의해 성장한 반도체

III-V 반도체

II-VI 반도체

IV 반도체

IV-V-VI 반도체

환경, 보건 및 안전

MOCVD가 잘 확립된 생산 기술이 되면서, 인체 및 지역사회 안전, 환경 영향 및 기기 제조 작업에서 허용되는 위험 물질(가스 및 금속 조직 등)의 최대 양과 관련된 우려가 똑같이 증가하고 있다. 복합 반도체의 MOCVD 기반 결정 성장에 있어 안전성과 책임 있는 환경 보호가 가장 중요한 요소가 되었다. 산업에서 이 기법의 적용이 증가함에 따라, 많은 기업들도 리스크를 줄이는 데 필요한 보조 장비를 제공하기 위해 수년간 성장하고 진화해왔다. 이 장비는 컴퓨터 자동화된 가스 및 화학 전달 시스템, 한 자릿수 ppb의 가스를 감지할 수 있는 독성 및 캐리어 가스 스니핑 센서, 그리고 물론 GaAs 및 InGaAsP와 같은 합금을 함유한 비소의 성장에 존재할 수 있는 독성 물질을 완전히 포획하기 위한 방지 장비를 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.[6]

참고 항목

참조

  1. ^ MOCVD 에피택시, 존슨 매티, GPT.
  2. ^ MOCVD의 작동 방식. 초보자를 위한 증착 기술, Aixtron, 2011년 5월.
  3. ^ Gerald B. Stringfellow (2 December 2012). Organometallic Vapor-Phase Epitaxy: Theory and Practice. Elsevier Science. pp. 3–. ISBN 978-0-323-13917-5.
  4. ^ MOCVD 기본 및 애플리케이션, 삼성종합기술원, 2004.
  5. ^ 금속 유기 화학 증기 증착(MOCVD). 2010년 9월 27일 웨이백 머신에 보관
  6. ^ 예를 들어 Mathesson Tri Gas, Honeywell, Applied Energy, DOD Systems의 웹 사이트를 참조하십시오.