1. Úvod
Proces prichytenia látok (surovín) na povrch substrátových materiálov fyzikálnymi alebo chemickými metódami sa nazýva rast tenkých vrstiev.
Podľa rôznych pracovných princípov možno depozíciu tenkých vrstiev integrovaného obvodu rozdeliť na:
- fyzikálne nanášanie pár (PVD);
-chemická depozícia z pár (CVD);
- Predĺženie.
2. Proces rastu tenkého filmu
2.1 Fyzikálne naparovanie a proces naprašovania
Proces fyzikálnej depozície z pár (PVD) sa vzťahuje na použitie fyzikálnych metód, ako je vákuové naparovanie, naprašovanie, plazmové nanášanie a epitaxia molekulárnym lúčom na vytvorenie tenkého filmu na povrchu plátku.
V priemysle VLSI je najpoužívanejšou technológiou PVD naprašovanie, ktoré sa používa najmä na elektródy a kovové prepojenia integrovaných obvodov. Naprašovanie je proces, pri ktorom sa vzácne plyny [ako je argón (Ar)] ionizujú na ióny (ako je Ar+) pôsobením vonkajšieho elektrického poľa v podmienkach vysokého vákua a bombardujú materiálový cieľový zdroj v prostredí vysokého napätia, vyrazením atómov alebo molekúl cieľového materiálu a následným príchodom na povrch plátku, aby sa vytvoril tenký film po procese letu bez kolízie. Ar má stabilné chemické vlastnosti a jeho ióny nebudú chemicky reagovať s cieľovým materiálom a filmom. Keď čipy integrovaných obvodov vstupujú do éry medeného prepojenia 0,13 μm, vrstva medeného bariérového materiálu používa film z nitridu titánu (TiN) alebo nitridu tantalu (TaN). Dopyt po priemyselnej technológii podporil výskum a vývoj technológie chemickej reakcie naprašovaním, to znamená, že v naprašovacej komore je okrem Ar aj reaktívny plyn dusík (N2), takže Ti alebo Ta bombardovaný z terčový materiál Ti alebo Ta reaguje s N2 za vzniku požadovaného filmu TiN alebo TaN.
Existujú tri bežne používané metódy naprašovania, a to DC naprašovanie, RF naprašovanie a magnetrónové naprašovanie. Keďže integrácia integrovaných obvodov neustále narastá, zvyšuje sa počet vrstiev viacvrstvovej kovovej kabeláže a aplikácia technológie PVD je čoraz rozsiahlejšia. PVD materiály zahŕňajú Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 atď.
Procesy PVD a naprašovanie sa zvyčajne dokončia vo vysoko utesnenej reakčnej komore so stupňom vákua 1 × 10-7 až 9 × 10-9 Torr, čo môže zabezpečiť čistotu plynu počas reakcie; zároveň je potrebné externé vysoké napätie na ionizáciu vzácneho plynu, aby sa vytvorilo dostatočne vysoké napätie na bombardovanie cieľa. Medzi hlavné parametre hodnotenia procesov PVD a naprašovania patrí množstvo prachu, ako aj hodnota odporu, rovnomernosť, hrúbka odrazivosti a napätie vytvoreného filmu.
2.2 Chemické nanášanie pár a proces naprašovania
Chemická depozícia z plynnej fázy (CVD) označuje procesnú technológiu, pri ktorej rôzne plynné reaktanty s rôznymi parciálnymi tlakmi chemicky reagujú pri určitej teplote a tlaku a vytvorené pevné látky sa ukladajú na povrch substrátového materiálu, aby sa získala požadovaná tenká vrstva. film. V tradičnom procese výroby integrovaných obvodov sú získanými tenkovrstvovými materiálmi všeobecne zlúčeniny, ako sú oxidy, nitridy, karbidy alebo materiály, ako je polykryštalický kremík a amorfný kremík. Selektívny epitaxný rast, ktorý sa častejšie používa po 45nm uzle, ako je zdrojový a odvodňovací SiGe alebo Si selektívny epitaxný rast, je tiež technológiou CVD.
Táto technológia môže pokračovať vo vytváraní monokryštálových materiálov rovnakého typu alebo podobných pôvodnej mriežke na monokryštálovom substráte z kremíka alebo iných materiálov pozdĺž pôvodnej mriežky. CVD sa široko používa pri raste izolačných dielektrických filmov (ako je SiO2, Si3N4 a SiON atď.) a kovových filmov (ako je volfrám atď.).
Vo všeobecnosti možno podľa tlakovej klasifikácie CVD rozdeliť na chemickú depozíciu z pár pri atmosférickom tlaku (APCVD), chemickú depozíciu z plynnej fázy pod atmosférickým tlakom (SAPCVD) a chemickú depozíciu z plynnej fázy pri nízkom tlaku (LPCVD).
Podľa teplotnej klasifikácie možno CVD rozdeliť na vysokoteplotné/nízkoteplotné nanášanie oxidového filmu z chemických pár (HTO/LTO CVD) a rýchle tepelné chemické naparovanie (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Podľa zdroja reakcie možno CVD rozdeliť na CVD na silánovej báze, CVD na polyesterovej báze (CVD na báze TEOS) a organické chemické vylučovanie z pár kovov (MOCVD);
Podľa energetickej klasifikácie možno CVD rozdeliť na tepelnú chemickú depozíciu z pár (Thermal CVD), plazmovú chemickú depozíciu z plynnej fázy (Plasma Enhanced CVD, PECVD) a plazmovo chemickú depozíciu s vysokou hustotou (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Nedávno bola vyvinutá aj tekutá chemická depozícia z pár (Flowable CVD, FCVD) s vynikajúcou schopnosťou vyplnenia medzier.
Rôzne CVD-pestované fólie majú rôzne vlastnosti (ako je chemické zloženie, dielektrická konštanta, napätie, napätie a prierazné napätie) a môžu byť použité samostatne podľa rôznych požiadaviek procesu (ako je teplota, pokrytie kroku, požiadavky na plnenie atď.).
2.3 Proces nanášania atómovej vrstvy
Ukladanie atómovej vrstvy (ALD) označuje ukladanie atómov vrstvu po vrstve na materiál substrátu rastom jedného atómového filmu vrstvu po vrstve. Typická ALD využíva metódu privádzania plynných prekurzorov do reaktora striedavým pulzným spôsobom.
Napríklad, najprv sa reakčný prekurzor 1 zavedie do povrchu substrátu a po chemickej adsorpcii sa na povrchu substrátu vytvorí jedna atómová vrstva; potom sa prekurzor 1 zostávajúci na povrchu substrátu a v reakčnej komore odčerpá vzduchovým čerpadlom; potom sa reakčný prekurzor 2 zavedie do povrchu substrátu a chemicky reaguje s prekurzorom 1 adsorbovaným na povrchu substrátu za vzniku zodpovedajúceho tenkého filmového materiálu a zodpovedajúcich vedľajších produktov na povrchu substrátu; keď prekurzor 1 úplne zreaguje, reakcia sa automaticky ukončí, čo je samoobmedzujúca charakteristika ALD, a potom sa zvyšné reaktanty a vedľajšie produkty extrahujú, aby sa pripravili na ďalšiu fázu rastu; kontinuálnym opakovaním vyššie uvedeného procesu je možné dosiahnuť nanášanie tenkých filmových materiálov rastúcich vrstva po vrstve s jednotlivými atómami.
ALD aj CVD sú spôsoby zavedenia zdroja plynnej chemickej reakcie na chemickú reakciu na povrchu substrátu, ale rozdiel je v tom, že zdroj plynnej reakcie CVD nemá charakteristiku samoobmedzujúceho rastu. Je zrejmé, že kľúčom k rozvoju technológie ALD je nájsť prekurzory so samoobmedzujúcimi reakčnými vlastnosťami.
2.4 Epitaxný proces
Epitaxný proces sa týka procesu pestovania úplne usporiadanej monokryštálovej vrstvy na substráte. Všeobecne povedané, epitaxným procesom je rast kryštálovej vrstvy s rovnakou orientáciou mriežky ako pôvodný substrát na monokryštálovom substráte. Epitaxný proces sa široko používa pri výrobe polovodičov, ako sú epitaxné kremíkové doštičky v priemysle integrovaných obvodov, epitaxiálny rast MOS tranzistorov s vloženým zdrojom a odtok, epitaxiálny rast na substrátoch LED atď.
Podľa rôznych fázových stavov zdroja rastu možno metódy epitaxného rastu rozdeliť na epitaxiu v pevnej fáze, epitaxiu v kvapalnej fáze a epitaxiu v parnej fáze. Pri výrobe integrovaných obvodov sú bežne používanými epitaxnými metódami epitaxia na pevnej fáze a epitaxia v parnej fáze.
Epitaxia tuhej fázy: označuje rast jednokryštálovej vrstvy na substráte s použitím pevného zdroja. Napríklad tepelné žíhanie po implantácii iónov je vlastne proces epitaxie na pevnej fáze. Počas implantácie iónov sú atómy kremíka v kremíkovej doštičke bombardované vysoko energetickými implantovanými iónmi, pričom opúšťajú svoje pôvodné polohy mriežky a stávajú sa amorfnými, pričom vytvárajú povrchovú vrstvu amorfného kremíka. Po vysokoteplotnom tepelnom žíhaní sa amorfné atómy vrátia do svojich mriežkových polôh a zostanú v súlade s orientáciou atómových kryštálov vo vnútri substrátu.
Rastové metódy epitaxie v parnej fáze zahŕňajú epitaxiu chemickej parnej fázy, epitaxiu molekulárneho lúča, epitaxiu atómovej vrstvy atď. Vo výrobe integrovaných obvodov sa najčastejšie používa chemická epitaxia v plynnej fáze. Princíp chemickej epitaxie v plynnej fáze je v podstate rovnaký ako princíp chemickej depozície z pár. Oba sú procesy, ktoré ukladajú tenké filmy chemickou reakciou na povrchu doštičiek po zmiešaní plynu.
Rozdiel je v tom, že keďže chemická epitaxia v plynnej fáze narastá na monokryštálovej vrstve, má vyššie požiadavky na obsah nečistôt v zariadení a čistotu povrchu plátku. Skorý proces epitaxného kremíka v chemickej parnej fáze je potrebné uskutočniť pri podmienkach vysokej teploty (vyššej ako 1000 °C). So zlepšením procesného zariadenia, najmä prijatím technológie vákuovej výmennej komory, sa výrazne zlepšila čistota dutiny zariadenia a povrch kremíkového plátku a kremíková epitaxia sa môže vykonávať pri nižšej teplote (600-700 ° C). Proces epitaxného kremíkového plátku spočíva v raste vrstvy monokryštálového kremíka na povrchu kremíkového plátku.
V porovnaní s pôvodným kremíkovým substrátom má epitaxná kremíková vrstva vyššiu čistotu a menej mriežkových defektov, čím sa zlepšuje výťažok výroby polovodičov. Okrem toho je možné flexibilne navrhnúť hrúbku rastu a koncentráciu dopingu epitaxnej kremíkovej vrstvy pestovanej na kremíkovej doštičke, čo prináša flexibilitu dizajnu zariadenia, ako je zníženie odporu substrátu a zlepšenie izolácie substrátu. Vstavaný epitaxný proces zdroj-odvod je technológia široko používaná v uzloch pokročilej logiky.
Vzťahuje sa na proces epitaxného rastu dopovaného germániového kremíka alebo kremíka v zdrojovej a odvodňovacej oblasti tranzistorov MOS. Hlavné výhody zavedenia epitaxného procesu so zabudovaným zdrojom-odvodom zahŕňajú: rast pseudokryštalickej vrstvy obsahujúcej napätie v dôsledku adaptácie mriežky, zlepšenie mobility kanálových nosičov; in-situ dopovanie zdroja a drénu môže znížiť parazitný odpor spojenia zdroj-odtok a znížiť defekty implantácie vysokoenergetických iónov.
3. zariadenie na rast tenkých vrstiev
3.1 Zariadenie na vákuové odparovanie
Vákuové naparovanie je metóda poťahovania, ktorá ohrieva pevné materiály vo vákuovej komore, aby spôsobila ich vyparovanie, vyparovanie alebo sublimáciu, a potom kondenzáciu a usadzovanie na povrchu substrátového materiálu pri určitej teplote.
Zvyčajne sa skladá z troch častí, a to vákuového systému, odparovacieho systému a vykurovacieho systému. Vákuový systém pozostáva z vákuových potrubí a vákuových čerpadiel a jeho hlavnou funkciou je poskytnúť kvalifikované vákuové prostredie na odparovanie. Odparovací systém pozostáva z odparovacieho stola, vykurovacieho komponentu a komponentu na meranie teploty.
Cieľový materiál, ktorý sa má odparovať (ako je Ag, Al atď.), sa umiestni na odparovací stôl; komponent vykurovania a merania teploty je systém s uzavretou slučkou, ktorý sa používa na riadenie teploty vyparovania, aby sa zabezpečilo plynulé vyparovanie. Vykurovací systém pozostáva z oblátkového stupňa a vykurovacieho komponentu. Stupeň plátku sa používa na umiestnenie substrátu, na ktorom je potrebné odpariť tenký film, a vykurovací komponent sa používa na realizáciu ohrevu substrátu a spätnej väzby merania teploty.
Vákuové prostredie je veľmi dôležitou podmienkou v procese vákuového naparovania, ktorá súvisí s rýchlosťou vyparovania a kvalitou filmu. Ak stupeň vákua nespĺňa požiadavky, odparené atómy alebo molekuly sa často zrážajú so zvyškovými molekulami plynu, čím sa ich stredná voľná dráha zmenšuje a atómy alebo molekuly sa silne rozptýlia, čím sa zmení smer pohybu a zmenší sa film. rýchlosť tvorby.
Okrem toho v dôsledku prítomnosti zvyškových molekúl plynu nečistôt je uložený film vážne kontaminovaný a má nízku kvalitu, najmä ak rýchlosť nárastu tlaku v komore nezodpovedá norme a dôjde k úniku, vzduch bude unikať do vákuovej komory , čo bude mať vážny dopad na kvalitu filmu.
Štrukturálne charakteristiky zariadenia na vákuové naparovanie určujú, že rovnomernosť povlaku na veľkých substrátoch je nízka. Aby sa zlepšila jeho rovnomernosť, všeobecne sa používa metóda zväčšovania vzdialenosti zdroj-substrát a otáčania substrátu, ale zväčšenie vzdialenosti zdroj-substrát obetuje rýchlosť rastu a čistotu filmu. Zároveň sa v dôsledku zväčšenia vákuového priestoru znižuje miera využitia odparovaného materiálu.
3.2 Zariadenie na fyzikálnu depozíciu pár s jednosmerným prúdom
Fyzikálne nanášanie z pár s jednosmerným prúdom (DCPVD) je tiež známe ako katódové naprašovanie alebo vákuové dvojstupňové jednosmerné naprašovanie. Ako katóda sa používa terčový materiál vákuového jednosmerného naprašovania a ako anóda sa používa substrát. Vákuové naprašovanie má vytvoriť plazmu ionizáciou procesného plynu.
Nabité častice v plazme sa urýchľujú v elektrickom poli, aby získali určité množstvo energie. Častice s dostatočnou energiou bombardujú povrch materiálu terča, takže atómy terča sú rozprášené; naprašované atómy s určitou kinetickou energiou sa pohybujú smerom k substrátu a vytvárajú tenký film na povrchu substrátu. Plyn používaný na naprašovanie je vo všeobecnosti vzácny plyn, ako je argón (Ar), takže film vytvorený naprašovaním nebude kontaminovaný; navyše atómový polomer argónu je vhodnejší na naprašovanie.
Veľkosť častíc rozprašovania musí byť blízka veľkosti atómov terča, ktoré sa majú rozprašovať. Ak sú častice príliš veľké alebo príliš malé, nie je možné vytvoriť účinné rozprašovanie. Okrem veľkostného faktora atómu ovplyvní kvalitu rozprašovania aj hmotnostný faktor atómu. Ak je zdroj častíc rozprašovania príliš ľahký, atómy terča nebudú rozprašované; ak sú rozprašovacie častice príliš ťažké, terč bude „ohnutý“ a terč nebude rozprášený.
Cieľový materiál použitý v DCPVD musí byť vodič. Je to preto, že keď argónové ióny v procesnom plyne bombardujú cieľový materiál, rekombinujú sa s elektrónmi na povrchu cieľového materiálu. Keď je cieľovým materiálom vodič, ako je kov, elektróny spotrebované touto rekombináciou sa ľahšie dopĺňajú napájaním a voľnými elektrónmi v iných častiach materiálu terča prostredníctvom elektrického vedenia, takže povrch materiálu terča ako celok zostáva negatívne nabitý a rozprašovanie je zachované.
Naopak, ak je materiál terča izolátor, po rekombinácii elektrónov na povrchu materiálu terča sa voľné elektróny v iných častiach materiálu terča nemôžu doplniť elektrickým vedením a dokonca sa na ňom budú hromadiť kladné náboje. povrchu materiálu terče, čo spôsobí, že potenciál materiálu terča stúpa a záporný náboj materiálu terča sa oslabuje, až kým nezmizne, čo prípadne vedie k ukončeniu rozprašovania.
Preto, aby boli izolačné materiály použiteľné aj na naprašovanie, je potrebné nájsť iný spôsob naprašovania. Rádiofrekvenčné naprašovanie je metóda naprašovania, ktorá je vhodná pre vodivé aj nevodivé terče.
Ďalšou nevýhodou DCPVD je vysoké zapaľovacie napätie a silné bombardovanie substrátu elektrónmi. Účinným spôsobom riešenia tohto problému je použitie magnetrónového naprašovania, takže magnetrónové naprašovanie má skutočne praktickú hodnotu v oblasti integrovaných obvodov.
3.3 Vysokofrekvenčné zariadenie na fyzikálne nanášanie pár
Rádiofrekvenčná fyzikálna depozícia z pár (RFPVD) využíva rádiofrekvenčnú energiu ako zdroj budenia a je to metóda PVD vhodná pre rôzne kovové a nekovové materiály.
Bežné frekvencie RF napájacieho zdroja používaného v RFPVD sú 13,56 MHz, 20 MHz a 60 MHz. Striedavo sa objavujú kladné a záporné cykly vysokofrekvenčného napájania. Keď je PVD cieľ v kladnom polovičnom cykle, pretože cieľový povrch je na pozitívnom potenciáli, elektróny v procesnej atmosfére budú prúdiť na cieľový povrch, aby neutralizovali kladný náboj nahromadený na jeho povrchu, a dokonca pokračujú v akumulácii elektrónov, čím je jeho povrch negatívne ovplyvnený; keď je rozprašovací terč v zápornom polovičnom cykle, kladné ióny sa budú pohybovať smerom k cieľu a budú čiastočne neutralizované na povrchu terča.
Najkritickejšia vec je, že rýchlosť pohybu elektrónov v elektrickom poli RF je oveľa rýchlejšia ako rýchlosť pozitívnych iónov, zatiaľ čo čas kladných a záporných polcyklov je rovnaký, takže po úplnom cykle bude cieľový povrch „netto“ negatívne nabité. Preto v prvých niekoľkých cykloch negatívny náboj cieľového povrchu vykazuje rastúci trend; potom cieľový povrch dosiahne stabilný negatívny potenciál; potom, pretože záporný náboj cieľa má odpudivý účinok na elektróny, množstvo kladných a záporných nábojov prijatých cieľovou elektródou má tendenciu vyrovnávať sa a cieľ predstavuje stabilný záporný náboj.
Z vyššie uvedeného procesu je zrejmé, že proces vytvárania záporného napätia nemá nič spoločné s vlastnosťami samotného materiálu terča, takže metóda RFPVD môže nielen vyriešiť problém naprašovania izolačných terčov, ale je tiež dobre kompatibilná s konvenčnými kovovými vodivými terčíkmi.
3.4 Magnetrónové naprašovacie zariadenie
Magnetrónové naprašovanie je metóda PVD, ktorá pridáva magnety na zadnú stranu terča. Pridané magnety a systém jednosmerného napájania (alebo striedavého napájania) tvoria zdroj magnetrónového rozprašovania. Zdroj naprašovania sa používa na vytvorenie interaktívneho elektromagnetického poľa v komore, zachytenie a obmedzenie rozsahu pohybu elektrónov v plazme vo vnútri komory, predĺženie dráhy pohybu elektrónov a tým zvýšenie koncentrácie plazmy a v konečnom dôsledku na dosiahnutie väčšieho uloženie.
Navyše, keďže je v blízkosti povrchu terča viazaných viac elektrónov, znižuje sa bombardovanie substrátu elektrónmi a znižuje sa teplota substrátu. V porovnaní s technológiou plochého DCPVD je jednou z najzreteľnejších vlastností technológie fyzikálnej depozície pár magnetrónom to, že napätie pri zapaľovaní je nižšie a stabilnejšie.
Vďaka vyššej plazmatickej koncentrácii a väčšiemu výťažku rozprašovania môže dosiahnuť vynikajúcu účinnosť nanášania, kontrolu hrúbky nanášania vo veľkom rozsahu veľkostí, presnú kontrolu zloženia a nižšie zapaľovacie napätie. Magnetrónové naprašovanie má preto dominantné postavenie v súčasnej kovovej fólii PVD. Najjednoduchšou konštrukciou zdroja magnetrónového naprašovania je umiestnenie skupiny magnetov na zadnú stranu plochého terča (mimo vákuového systému), aby sa vytvorilo magnetické pole rovnobežné s povrchom terča v lokálnej oblasti na povrchu terča.
Ak je umiestnený permanentný magnet, jeho magnetické pole je relatívne pevné, čo má za následok relatívne pevné rozloženie magnetického poľa na cieľovom povrchu v komore. Naprašujú sa iba materiály v špecifických oblastiach terča, miera využitia terča je nízka a rovnomernosť pripraveného filmu je slabá.
Existuje určitá pravdepodobnosť, že naprášený kov alebo častice iného materiálu sa uložia späť na cieľový povrch, čím sa zhlukujú do častíc a vytvoria sa defektné znečistenie. Preto komerčné zdroje magnetrónového naprašovania väčšinou používajú dizajn rotujúceho magnetu na zlepšenie rovnomernosti filmu, miery využitia cieľa a úplného rozprašovania.
Je dôležité vyvážiť tieto tri faktory. Ak sa s rovnováhou nepracuje správne, môže to viesť k dobrej rovnomernosti filmu, pričom sa výrazne zníži miera využitia cieľa (skráti sa životnosť terča), alebo sa nepodarí dosiahnuť úplné rozprašovanie cieľa alebo korózia celého cieľa, čo spôsobí problémy s časticami počas naprašovania. proces.
Pri magnetrónovej PVD technológii je potrebné zvážiť mechanizmus pohybu rotujúceho magnetu, tvar terča, systém chladenia terča a zdroj magnetrónového naprašovania, ako aj funkčnú konfiguráciu základne, ktorá nesie doštičku, ako je adsorpcia doštičky a kontrola teploty. V procese PVD je teplota plátku riadená tak, aby sa získala požadovaná kryštálová štruktúra, veľkosť zŕn a orientácia, ako aj stabilita výkonu.
Keďže vedenie tepla medzi zadnou stranou plátku a povrchom základne vyžaduje určitý tlak, zvyčajne rádovo niekoľko torr, a pracovný tlak komory je zvyčajne rádovo niekoľko mTorr, tlak na zadnej strane plátku je oveľa väčší ako tlak na horný povrch plátku, takže na umiestnenie a obmedzenie plátku je potrebné mechanické skľučovadlo alebo elektrostatické skľučovadlo.
Mechanické skľučovadlo sa na dosiahnutie tejto funkcie spolieha na svoju vlastnú hmotnosť a okraj plátku. Hoci má výhody jednoduchej štruktúry a necitlivosti na materiál plátku, okrajový efekt plátku je zrejmý, čo neprispieva k prísnej kontrole častíc. Preto bol v procese výroby IC postupne nahradený elektrostatickým skľučovadlom.
Pre procesy, ktoré nie sú obzvlášť citlivé na teplotu, možno použiť aj neadsorbčnú metódu bez okrajového kontaktu (žiadny tlakový rozdiel medzi horným a spodným povrchom plátku). Počas procesu PVD bude výstelka komory a povrch častí, ktoré sú v kontakte s plazmou, nanesené a pokryté. Keď hrúbka naneseného filmu prekročí limit, film praskne a odlúpne sa, čo spôsobí problémy s časticami.
Preto je povrchová úprava dielov, ako je podšívka, kľúčom k predĺženiu tejto hranice. Povrchové pieskovanie a nástrek hliníka sú dve bežne používané metódy, ktorých účelom je zvýšiť drsnosť povrchu, aby sa posilnila väzba medzi fóliou a povrchom obloženia.
3.5 Ionizačné zariadenie na fyzikálne nanášanie pár
S neustálym vývojom mikroelektronických technológií sa veľkosti prvkov zmenšujú a zmenšujú. Pretože technológia PVD nemôže riadiť smer ukladania častíc, schopnosť PVD preniknúť cez otvory a úzke kanály s vysokým pomerom strán je obmedzená, čím je rozšírená aplikácia tradičnej technológie PVD čoraz náročnejšia. V procese PVD, keď sa pomer strán drážky pórov zvyšuje, pokrytie v spodnej časti klesá, čím sa v hornom rohu vytvorí previsnutá štruktúra podobná odkvapu a v dolnom rohu sa vytvorí najslabšie pokrytie.
Na vyriešenie tohto problému bola vyvinutá technológia ionizovaného fyzikálneho nanášania pár. Najskôr plazmatizuje atómy kovu rozprašované z terča rôznymi spôsobmi a potom upravuje predpätie naložené na plátku, aby sa ovládal smer a energia kovových iónov, aby sa získal stabilný smerový tok kovových iónov na prípravu tenkého filmu, čím sa zlepší pokrytie spodnej časti schodíkov s vysokým pomerom strán cez otvory a úzke kanály.
Typickým znakom technológie ionizovanej kovovej plazmy je pridanie rádiofrekvenčnej cievky do komory. Počas procesu sa pracovný tlak komory udržiava na relatívne vysokom stave (5 až 10-násobok normálneho pracovného tlaku). Počas PVD sa rádiofrekvenčná cievka používa na generovanie druhej oblasti plazmy, v ktorej sa koncentrácia argónu v plazme zvyšuje so zvyšujúcim sa výkonom rádiofrekvenčnej energie a tlakom plynu. Keď kovové atómy rozprášené z terča prechádzajú cez túto oblasť, interagujú s argónovou plazmou s vysokou hustotou za vzniku kovových iónov.
Použitie vysokofrekvenčného zdroja na doštičkovom nosiči (ako je elektrostatické skľučovadlo) môže zvýšiť záporné predpätie na doštičke, aby sa pritiahli kladné ióny kovu do spodnej časti drážky pórov. Tento smerový tok kovových iónov kolmý na povrch plátku zlepšuje pokrytie spodného stupňa pórov s vysokým pomerom strán a úzkych kanálov.
Negatívne predpätie aplikované na plátok tiež spôsobuje, že ióny bombardujú povrch plátku (reverzné rozprašovanie), čo oslabuje previsnutú štruktúru ústia pórovej drážky a rozprašuje film uložený na dne na bočné steny v rohoch dna póru. drážka, čím sa zvyšuje pokrytie schodov v rohoch.
3.6 Zariadenia na chemickú depozíciu pár pri atmosférickom tlaku
Zariadenie na chemickú depozíciu z pár pri atmosférickom tlaku (APCVD) označuje zariadenie, ktoré rozprašuje plynný reakčný zdroj konštantnou rýchlosťou na povrch zahriateho pevného substrátu v prostredí s tlakom blízkym atmosférickému tlaku, čo spôsobuje, že reakčný zdroj chemicky reaguje na povrch substrátu a reakčný produkt sa nanáša na povrch substrátu za vzniku tenkého filmu.
Zariadenie APCVD je najskorším zariadením CVD a stále sa široko používa v priemyselnej výrobe a vedeckom výskume. Zariadenie APCVD možno použiť na prípravu tenkých vrstiev, ako je monokryštálový kremík, polykryštalický kremík, oxid kremičitý, oxid zinočnatý, oxid titaničitý, fosfosilikátové sklo a borofosfosilikátové sklo.
3.7 Nízkotlakové zariadenie na chemickú depozíciu pár
Zariadenie na nízkotlakovú chemickú depozíciu z plynnej fázy (LPCVD) označuje zariadenie, ktoré využíva plynné suroviny na chemickú reakciu na povrchu pevného substrátu vo vyhrievanom (350-1100 °C) a nízkotlakovom (10-100 mTorr) prostredí a reaktanty sa ukladajú na povrch substrátu za vzniku tenkého filmu. Zariadenie LPCVD je vyvinuté na základe APCVD s cieľom zlepšiť kvalitu tenkých vrstiev, zlepšiť rovnomernosť distribúcie charakteristických parametrov, ako je hrúbka filmu a rezistivita, a zlepšiť efektivitu výroby.
Jeho hlavnou črtou je, že v prostredí nízkotlakového tepelného poľa procesný plyn chemicky reaguje na povrchu plátkového substrátu a reakčné produkty sa ukladajú na povrch substrátu a vytvárajú tenký film. Zariadenie LPCVD má výhody pri príprave vysokokvalitných tenkých vrstiev a možno ich použiť na prípravu tenkých vrstiev, ako sú oxid kremičitý, nitrid kremíka, polysilikón, karbid kremíka, nitrid gália a grafén.
V porovnaní s APCVD nízkotlakové reakčné prostredie zariadenia LPCVD zvyšuje strednú voľnú cestu a difúzny koeficient plynu v reakčnej komore.
Molekuly reakčného plynu a nosného plynu v reakčnej komore sa môžu v krátkom čase rovnomerne rozložiť, čím sa výrazne zlepší rovnomernosť hrúbky filmu, rovnomernosť odporu a stupňovité pokrytie filmu a spotreba reakčného plynu je tiež malá. Nízkotlakové prostredie navyše zrýchľuje aj prenosovú rýchlosť plynných látok. Nečistoty a vedľajšie produkty reakcie difundované zo substrátu môžu byť rýchlo odstránené z reakčnej zóny cez hraničnú vrstvu a reakčný plyn rýchlo prechádza cez hraničnú vrstvu, aby sa dostal na povrch substrátu na reakciu, čím sa účinne potláča samodoping a pripravuje sa vysokokvalitné fólie so strmými prechodovými zónami a tiež zlepšujúce efektivitu výroby.
3.8 Zariadenia na chemickú depozíciu z pár s použitím plazmy
Plazmovo zosilnená chemická depozícia z pár (PECVD) je široko používaný ttechnológia nanášania filmu. Počas plazmového procesu sa plynný prekurzor ionizuje pôsobením plazmy za vzniku excitovaných aktívnych skupín, ktoré difundujú k povrchu substrátu a potom podliehajú chemickým reakciám, aby sa dokončil rast filmu.
Podľa frekvencie generovania plazmy možno plazmu použitú pri PECVD rozdeliť na dva typy: rádiofrekvenčnú plazmu (RF plazma) a mikrovlnnú plazmu (Mikrovlnná plazma). V súčasnosti je rádiová frekvencia používaná v priemysle všeobecne 13,56 MHz.
Zavedenie rádiofrekvenčnej plazmy sa zvyčajne delí na dva typy: kapacitná väzba (CCP) a indukčná väzba (ICP). Metóda kapacitnej väzby je zvyčajne metódou priamej plazmovej reakcie; zatiaľ čo metóda indukčnej väzby môže byť priama plazmová metóda alebo vzdialená plazmová metóda.
V procesoch výroby polovodičov sa PECVD často používa na pestovanie tenkých vrstiev na substrátoch obsahujúcich kovy alebo iné štruktúry citlivé na teplotu. Napríklad v oblasti back-endového kovového prepojenia integrovaných obvodov, keďže zdrojové, hradlové a odtokové štruktúry zariadenia boli vytvorené v procese front-end, je predmetom rastu tenkých vrstiev v oblasti kovových prepojení. k veľmi prísnym tepelným rozpočtovým obmedzeniam, takže sa zvyčajne dokončí s pomocou plazmy. Úpravou parametrov plazmového procesu možno v určitom rozsahu upraviť a optimalizovať hustotu, chemické zloženie, obsah nečistôt, mechanickú húževnatosť a parametre napätia tenkého filmu pestovaného pomocou PECVD.
3.9 Zariadenie na nanášanie atómovej vrstvy
Atomic layer deposition (ALD) je technológia nanášania tenkých vrstiev, ktorá periodicky rastie vo forme kvázi-monoatomickej vrstvy. Jeho charakteristikou je, že hrúbku naneseného filmu možno presne nastaviť riadením počtu rastových cyklov. Na rozdiel od procesu chemickej depozície z pár (CVD) dva (alebo viac) prekurzory v procese ALD striedavo prechádzajú cez povrch substrátu a sú účinne izolované prečistením vzácneho plynu.
Tieto dva prekurzory sa nebudú miešať a stretávať v plynnej fáze, aby chemicky reagovali, ale reagujú iba chemickou adsorpciou na povrchu substrátu. V každom cykle ALD množstvo prekurzora adsorbovaného na povrchu substrátu súvisí s hustotou aktívnych skupín na povrchu substrátu. Keď sú reaktívne skupiny na povrchu substrátu vyčerpané, aj keď sa zavedie nadbytok prekurzora, nedôjde k chemickej adsorpcii na povrchu substrátu.
Tento reakčný proces sa nazýva povrchová samoobmedzujúca reakcia. Tento procesný mechanizmus robí hrúbku filmu rastúceho v každom cykle procesu ALD konštantnou, takže proces ALD má výhody presného riadenia hrúbky a dobrého pokrytia kroku filmu.
3.10 Zariadenie na epitaxiu molekulárnym lúčom
Systém molekulárnej epitaxie (MBE) označuje epitaxné zariadenie, ktoré využíva jeden alebo viacero atómových lúčov tepelnej energie alebo molekulárnych lúčov na rozprašovanie na zahriaty povrch substrátu určitou rýchlosťou v podmienkach ultra vysokého vákua a adsorbuje sa a migruje na povrch substrátu. na epitaxný rast monokryštálových tenkých filmov pozdĺž smeru kryštálovej osi substrátového materiálu. Vo všeobecnosti za podmienok ohrevu prúdovou pecou s tepelným štítom vytvára zdroj lúča atómový lúč alebo molekulárny lúč a film rastie vrstva po vrstve pozdĺž smeru kryštálovej osi materiálu substrátu.
Jeho charakteristikami sú nízka teplota epitaxného rastu a hrúbka, rozhranie, chemické zloženie a koncentrácia nečistôt sa dajú presne kontrolovať na atómovej úrovni. Hoci MBE vznikol z prípravy polovodičových ultratenkých monokryštálových filmov, jeho použitie sa teraz rozšírilo na rôzne materiálové systémy, ako sú kovy a izolačné dielektrika, a môže pripraviť III-V, II-VI, kremík, kremík germánium (SiGe ), grafén, oxidy a organické filmy.
Systém epitaxie molekulárnym lúčom (MBE) sa skladá hlavne zo systému ultravysokého vákua, zdroja molekulárneho lúča, systému upevnenia a ohrevu substrátu, systému prenosu vzorky, systému monitorovania in-situ, riadiaceho systému a testu. systém.
Vákuový systém zahŕňa vákuové čerpadlá (mechanické čerpadlá, molekulárne čerpadlá, iónové čerpadlá a kondenzačné čerpadlá atď.) a rôzne ventily, ktoré môžu vytvoriť prostredie pre rast ultravysokého vákua. Všeobecne dosiahnuteľný stupeň vákua je 10-8 až 10-11 Torr. Vákuový systém má hlavne tri vákuové pracovné komory, a to komoru na vstrekovanie vzorky, komoru na predbežnú úpravu a analýzu povrchu a komoru na rast.
Komora na vstrekovanie vzoriek sa používa na prenos vzoriek do vonkajšieho sveta, aby sa zabezpečili podmienky vysokého vákua v iných komorách; komora na predbežnú úpravu a analýzu povrchu spája vstrekovaciu komoru vzorky a rastovú komoru a jej hlavnou funkciou je predbežné spracovanie vzorky (vysokoteplotné odplynenie na zabezpečenie úplnej čistoty povrchu substrátu) a vykonanie predbežnej povrchovej analýzy na vyčistená vzorka; rastová komora je jadrom systému MBE, ktorý pozostáva hlavne zo zdrojovej pece a jej zodpovedajúcej uzáverovej zostavy, riadiacej konzoly vzorky, chladiaceho systému, reflexnej vysokoenergetickej elektrónovej difrakcie (RHEED) a in-situ monitorovacieho systému . Niektoré výrobné zariadenia MBE majú viacero konfigurácií rastových komôr. Schematický diagram štruktúry zariadenia MBE je uvedený nižšie:
MBE kremíkového materiálu používa vysoko čistý kremík ako surovinu, rastie v podmienkach ultravysokého vákua (10-10～10-11Torr) a teplota rastu je 600-900℃, s Ga (P-typ) a Sb ( N-typ) ako dopingové zdroje. Bežne používané dopingové zdroje ako P, As a B sa zriedka používajú ako zdroje lúčov, pretože sa ťažko odparujú.
Reakčná komora MBE má prostredie ultra vysokého vákua, čo zvyšuje strednú voľnú cestu molekúl a znižuje kontamináciu a oxidáciu na povrchu rastúceho materiálu. Pripravený epitaxný materiál má dobrú povrchovú morfológiu a rovnomernosť a môže byť vyrobený do viacvrstvovej štruktúry s rôznym dotovaním alebo rôznymi zložkami materiálu.
Technológia MBE dosahuje opakovaný rast ultratenkých epitaxných vrstiev s hrúbkou jednej atómovej vrstvy a rozhranie medzi epitaxnými vrstvami je strmé. Podporuje rast III-V polovodičov a iných viaczložkových heterogénnych materiálov. V súčasnosti sa systém MBE stal pokročilým procesným zariadením na výrobu novej generácie mikrovlnných zariadení a optoelektronických zariadení. Nevýhody technológie MBE sú pomalá rýchlosť rastu filmu, vysoké požiadavky na vákuum a vysoké náklady na zariadenia a zariadenia.
3.11 Epitaxný systém v parnej fáze
Systém epitaxie v parnej fáze (VPE) označuje zariadenie na epitaxiálny rast, ktoré transportuje plynné zlúčeniny do substrátu a prostredníctvom chemických reakcií získava vrstvu jednokryštálového materiálu s rovnakým usporiadaním mriežky ako substrát. Epitaxná vrstva môže byť homoepitaxiálna vrstva (Si/Si) alebo heteroepitaxiálna vrstva (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al203 atď.). V súčasnosti je technológia VPE široko používaná v oblasti prípravy nanomateriálov, energetických zariadení, polovodičových optoelektronických zariadení, solárnej fotovoltaiky a integrovaných obvodov.
Typické VPE zahŕňa epitaxiu pri atmosférickom tlaku a epitaxiu pri zníženom tlaku, chemickú depozíciu vo vysokom vákuu, chemickú depozíciu kovových organických pár atď. Kľúčovými bodmi technológie VPE sú dizajn reakčnej komory, režim a rovnomernosť prietoku plynu, rovnomernosť teploty a presné riadenie, kontrola a stabilita tlaku, kontrola častíc a defektov atď.
V súčasnosti je vývojovým smerom bežných komerčných VPE systémov veľké nakladanie plátkov, plne automatické riadenie a monitorovanie teploty a procesu rastu v reálnom čase. Systémy VPE majú tri štruktúry: vertikálnu, horizontálnu a valcovú. Spôsoby ohrevu zahŕňajú odporový ohrev, vysokofrekvenčný indukčný ohrev a ohrev infračerveným žiarením.
V súčasnosti systémy VPE väčšinou používajú horizontálne diskové štruktúry, ktoré sa vyznačujú dobrou rovnomernosťou rastu epitaxného filmu a veľkým zaťažením plátkov. Systémy VPE sa zvyčajne skladajú zo štyroch častí: reaktor, vykurovací systém, systém cesty plynu a riadiaci systém. Pretože doba rastu GaAs a GaN epitaxných filmov je relatívne dlhá, väčšinou sa používa indukčný ohrev a odporový ohrev. V kremíkových VPE rast hrubého epitaxného filmu väčšinou využíva indukčný ohrev; rast tenkého epitaxného filmu väčšinou využíva infračervené zahrievanie na dosiahnutie účelu rýchleho nárastu/poklesu teploty.
3.12 Systém epitaxie v kvapalnej fáze
Systém tekutej fázy epitaxie (LPE) označuje zariadenie na epitaxný rast, ktoré rozpúšťa materiál, ktorý sa má pestovať (ako je Si, Ga, As, Al atď.) a dopanty (ako je Zn, Te, Sn, atď.) v kov s nižšou teplotou topenia (ako je Ga, In atď.), takže rozpustená látka je nasýtená alebo presýtená v rozpúšťadle, a potom sa monokryštálový substrát uvedie do kontaktu s roztokom a rozpustená látka sa postupným ochladzovaním vyzráža z rozpúšťadla a na povrchu substrátu vyrastie vrstva kryštálového materiálu s kryštálovou štruktúrou a mriežkovou konštantou podobnou substrátu.
Metódu LPE navrhli Nelson a kol. v roku 1963. Používa sa na pestovanie tenkých vrstiev Si a monokryštálových materiálov, ako aj polovodičových materiálov, ako sú skupiny III-IV a telurid ortuti a kadmia, a možno ho použiť na výrobu rôznych optoelektronických zariadení, mikrovlnných zariadení, polovodičových zariadení a solárnych článkov. .
——————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera môže poskytnúťgrafitové časti, mäkká/tuhá plsť, diely z karbidu kremíka, CVD diely z karbidu kremíka, aDiely potiahnuté SiC/TaCs do 30 dní.
Ak máte záujem o vyššie uvedené polovodičové produkty,prosím, neváhajte nás kontaktovať prvýkrát.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Čas odoslania: 31. augusta 2024