1. Úvod
Proces připojování látek (surovin) na povrch substrátových materiálů fyzikálními nebo chemickými metodami se nazývá růst tenkých vrstev.
Podle různých pracovních principů lze depozici tenkého filmu integrovaného obvodu rozdělit na:
-Fyzikální depozice z plynné fáze (PVD);
-chemická depozice z plynné fáze (CVD);
-Rozšíření.
2. Proces růstu tenkého filmu
2.1 Fyzikální proces napařování a naprašování
Proces fyzikálního napařování (PVD) se týká použití fyzikálních metod, jako je vakuové napařování, naprašování, plazmové potahování a epitaxe molekulárním paprskem k vytvoření tenkého filmu na povrchu plátku.
V průmyslu VLSI je nejrozšířenější technologií PVD naprašování, které se používá především pro elektrody a kovové spoje integrovaných obvodů. Naprašování je proces, při kterém jsou vzácné plyny [jako je argon (Ar)] ionizovány na ionty (jako je Ar+) působením vnějšího elektrického pole za podmínek vysokého vakua a bombardují materiálový cílový zdroj v prostředí vysokého napětí, vyřazení atomů nebo molekul cílového materiálu a poté dosáhnutí na povrch plátku za účelem vytvoření tenkého filmu po procesu letu bez kolize. Ar má stabilní chemické vlastnosti a jeho ionty nebudou chemicky reagovat s cílovým materiálem a filmem. Jak čipy integrovaných obvodů vstupují do éry měděného propojení 0,13 μm, měděná bariérová vrstva používá film z nitridu titanu (TiN) nebo nitridu tantalu (TaN). Poptávka po průmyslové technologii podpořila výzkum a vývoj technologie chemického reakčního naprašování, to znamená, že v naprašovací komoře je kromě Ar také reaktivní plyn dusík (N2), takže Ti nebo Ta ostřelované z terčový materiál Ti nebo Ta reaguje s N2 za vzniku požadovaného TiN nebo TaN filmu.
Existují tři běžně používané metody naprašování, a to DC naprašování, RF naprašování a magnetronové naprašování. Vzhledem k tomu, že integrace integrovaných obvodů stále narůstá, zvyšuje se počet vrstev vícevrstvého kovového vedení a aplikace technologie PVD je stále rozsáhlejší. Mezi PVD materiály patří Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 atd.
Procesy PVD a naprašování se obvykle dokončují ve vysoce utěsněné reakční komoře se stupněm vakua 1×10-7 až 9×10-9 Torr, což může zajistit čistotu plynu během reakce; současně je potřeba externí vysoké napětí k ionizaci vzácného plynu, aby se vytvořilo dostatečně vysoké napětí k bombardování cíle. Mezi hlavní parametry pro hodnocení procesů PVD a naprašování patří množství prachu, dále hodnota odporu, rovnoměrnost, tloušťka odrazivosti a napětí formovaného filmu.
2.2 Chemická depozice z plynné fáze a proces naprašování
Chemická depozice z plynné fáze (CVD) označuje procesní technologii, při které různé plynné reaktanty s různými parciálními tlaky chemicky reagují při určité teplotě a tlaku a vytvořené pevné látky se ukládají na povrch materiálu substrátu, aby se získal požadovaný tenký film. V tradičním procesu výroby integrovaného obvodu jsou získanými tenkými filmovými materiály obecně sloučeniny, jako jsou oxidy, nitridy, karbidy nebo materiály, jako je polykrystalický křemík a amorfní křemík. Selektivní epitaxní růst, který se běžněji používá po 45nm uzlu, jako je zdroj a odvod SiGe nebo Si selektivní epitaxní růst, je také technologie CVD.
Tato technologie může pokračovat ve vytváření monokrystalických materiálů stejného typu nebo podobných původní mřížce na monokrystalovém substrátu z křemíku nebo jiných materiálů podél původní mřížky. CVD se široce používá při růstu izolačních dielektrických filmů (jako je SiO2, Si3N4 a SiON atd.) a kovových filmů (jako je wolfram atd.).
Obecně lze CVD podle tlakové klasifikace rozdělit na chemickou depozici z par za atmosférického tlaku (APCVD), chemickou depozici z plynné fáze pod atmosférickým tlakem (SAPCVD) a chemickou depozici z plynné fáze za nízkého tlaku (LPCVD).
Podle teplotní klasifikace lze CVD rozdělit na vysokoteplotní/nízkoteplotní oxidovou filmovou chemickou depozici z par (HTO/LTO CVD) a rychlou tepelnou chemickou depozici z par (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Podle zdroje reakce lze CVD rozdělit na CVD na bázi silanu, CVD na polyesterové bázi (CVD na bázi TEOS) a organické chemické nanášení z plynné fáze (MOCVD);
Podle energetické klasifikace lze CVD rozdělit na tepelnou chemickou depozici z plynné fáze (Thermal CVD), plazmovou chemickou depozici z plynné fáze (Plasma Enhanced CVD, PECVD) a plazmovou chemickou depozici s vysokou hustotou (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Nedávno byla také vyvinuta tekutá chemická depozice z plynné fáze (Flowable CVD, FCVD) s vynikající schopností vyplňovat mezery.
Různé CVD-vypěstované fólie mají různé vlastnosti (jako je chemické složení, dielektrická konstanta, napětí, napětí a průrazné napětí) a mohou být použity samostatně podle různých požadavků procesu (jako je teplota, pokrytí kroku, požadavky na plnění atd.).
2.3 Proces depozice atomové vrstvy
Nanášení atomové vrstvy (ALD) označuje ukládání atomů vrstvu po vrstvě na substrátový materiál narůstáním jednoho atomového filmu vrstvu po vrstvě. Typický ALD využívá metodu přivádění plynných prekurzorů do reaktoru střídavým pulzním způsobem.
Například se nejprve reakční prekurzor 1 zavede do povrchu substrátu a po chemické adsorpci se na povrchu substrátu vytvoří jediná atomová vrstva; potom je prekurzor 1 zbývající na povrchu substrátu a v reakční komoře odčerpán vzduchovým čerpadlem; potom je reakční prekurzor 2 zaveden do povrchu substrátu a chemicky reaguje s prekurzorem 1 adsorbovaným na povrchu substrátu za vzniku odpovídajícího tenkého filmového materiálu a odpovídajících vedlejších produktů na povrchu substrátu; když prekurzor 1 zcela zreaguje, reakce se automaticky ukončí, což je samoomezující charakteristika ALD, a poté jsou zbývající reaktanty a vedlejší produkty extrahovány za účelem přípravy na další fázi růstu; nepřetržitým opakováním výše uvedeného procesu lze dosáhnout nanášení tenkých filmových materiálů rostoucích vrstva po vrstvě s jednotlivými atomy.
Jak ALD, tak CVD jsou způsoby, jak zavést plynný zdroj chemické reakce k chemické reakci na povrchu substrátu, ale rozdíl je v tom, že plynný reakční zdroj CVD nemá charakteristiku samoomezujícího růstu. Je vidět, že klíčem k vývoji technologie ALD je nalezení prekurzorů se samoomezujícími reakčními vlastnostmi.
2.4 Epitaxní proces
Epitaxní proces se týká procesu růstu zcela uspořádané monokrystalické vrstvy na substrátu. Obecně řečeno, epitaxním procesem je růst krystalové vrstvy se stejnou orientací mřížky jako původní substrát na monokrystalovém substrátu. Epitaxní proces je široce používán ve výrobě polovodičů, jako jsou epitaxní křemíkové destičky v průmyslu integrovaných obvodů, epitaxní růst MOS tranzistorů s vestavěným zdrojem a odvodněním, epitaxní růst na substrátech LED atd.
Podle různých fázových stavů růstového zdroje lze metody epitaxního růstu rozdělit na epitaxi v pevné fázi, epitaxi v kapalné fázi a epitaxi v plynné fázi. Při výrobě integrovaných obvodů jsou běžně používanými epitaxními metodami epitaxe v pevné fázi a epitaxe v plynné fázi.
Epitaxe na pevné fázi: označuje růst vrstvy jediného krystalu na substrátu za použití pevného zdroje. Například tepelné žíhání po implantaci iontů je ve skutečnosti proces epitaxe na pevné fázi. Během iontové implantace jsou atomy křemíku křemíkového plátku bombardovány vysokoenergetickými implantovanými ionty, opouštějí své původní pozice mřížky a stávají se amorfními, čímž se vytváří povrchová amorfní křemíková vrstva. Po vysokoteplotním tepelném žíhání se amorfní atomy vracejí do svých poloh mřížky a zůstávají v souladu s orientací atomového krystalu uvnitř substrátu.
Růstové metody epitaxe v parní fázi zahrnují chemickou epitaxi v parní fázi, epitaxi molekulárního paprsku, epitaxi atomární vrstvy atd. Při výrobě integrovaných obvodů se nejčastěji používá chemická epitaxe v parní fázi. Princip chemické epitaxe v plynné fázi je v zásadě stejný jako princip chemické depozice z plynné fáze. Oba jsou procesy, které ukládají tenké filmy chemickou reakcí na povrchu destiček po smíchání plynu.
Rozdíl je v tom, že protože chemická epitaxe v parní fázi narůstá na monokrystalickou vrstvu, má vyšší požadavky na obsah nečistot v zařízení a na čistotu povrchu waferu. Raný proces chemického epitaxního křemíku v parní fázi je třeba provádět za podmínek vysoké teploty (vyšší než 1000 °C). Se zdokonalením procesního zařízení, zejména přijetím technologie vakuové výměnné komory, se výrazně zlepšila čistota dutiny zařízení a povrch křemíkového plátku a křemíková epitaxe může být prováděna při nižší teplotě (600-700 ° C). Proces epitaxního křemíkového plátku spočívá v růstu vrstvy monokrystalického křemíku na povrchu křemíkového plátku.
Ve srovnání s původním křemíkovým substrátem má epitaxní křemíková vrstva vyšší čistotu a méně defektů mřížky, čímž se zlepšuje výtěžnost výroby polovodičů. Kromě toho lze flexibilně navrhnout tloušťku růstu a koncentraci dopingu epitaxní křemíkové vrstvy na křemíkovém plátku, což přináší flexibilitu návrhu zařízení, jako je snížení odporu substrátu a zlepšení izolace substrátu. Vestavěný epitaxní proces source-drain je technologie široce používaná v uzlech vyspělé logické technologie.
Vztahuje se k procesu epitaxního růstu dopovaného germaniového křemíku nebo křemíku ve zdrojové a odtokové oblasti tranzistorů MOS. Hlavní výhody zavedení epitaxního procesu s vloženým zdrojem-odtok zahrnují: růst pseudokrystalické vrstvy obsahující napětí v důsledku adaptace mřížky, zlepšení mobility nosiče kanálu; in-situ dopování zdroje a drénu může snížit parazitní odpor spojení zdroj-odtok a snížit defekty implantace vysokoenergetických iontů.
3. zařízení pro růst tenkého filmu
3.1 Vakuové odpařovací zařízení
Vakuové napařování je metoda potahování, která zahřívá pevné materiály ve vakuové komoře, aby způsobila jejich odpařování, odpařování nebo sublimaci, a poté kondenzaci a ukládání na povrchu substrátového materiálu při určité teplotě.
Obvykle se skládá ze tří částí, a to vakuového systému, odpařovacího systému a topného systému. Vakuový systém se skládá z vakuových trubek a vývěv a jeho hlavní funkcí je poskytnout kvalifikované vakuové prostředí pro odpařování. Odpařovací systém se skládá z odpařovacího stolu, topné součásti a součásti pro měření teploty.
Materiál terče, který se má odpařit (jako je Ag, Al atd.), se umístí na odpařovací stůl; složka ohřevu a měření teploty je systém s uzavřenou smyčkou používaný k řízení teploty vypařování, aby bylo zajištěno plynulé odpařování. Topný systém se skládá z oplatkového stupně a topného prvku. Stupeň plátku se používá k umístění substrátu, na kterém je třeba odpařit tenký film, a topná složka se používá k realizaci ohřevu substrátu a zpětnovazebního řízení měření teploty.
Vakuové prostředí je velmi důležitou podmínkou v procesu vakuového napařování, která souvisí s rychlostí odpařování a kvalitou filmu. Pokud stupeň vakua nesplňuje požadavky, odpařené atomy nebo molekuly se budou často srážet se zbytkovými molekulami plynu, čímž se jejich střední volná dráha zmenší a atomy nebo molekuly se silně rozptýlí, čímž se změní směr pohybu a zmenší se film. rychlost tvorby.
Kromě toho je usazený film v důsledku přítomnosti zbytkových molekul nečistot plynu vážně kontaminován a má nízkou kvalitu, zvláště když rychlost nárůstu tlaku v komoře neodpovídá normě a dochází k úniku, vzduch bude unikat do vakuové komory , což bude mít vážný dopad na kvalitu filmu.
Strukturální charakteristiky vakuového odpařovacího zařízení určují, že rovnoměrnost povlaku na velkoformátových substrátech je špatná. Aby se zlepšila jeho stejnoměrnost, obecně se používá způsob zvětšování vzdálenosti zdroj-substrát a otáčení substrátu, ale zvětšení vzdálenosti zdroj-substrát obětuje rychlost růstu a čistotu filmu. Zároveň se v důsledku zvětšení vakuového prostoru snižuje míra využití odpařovaného materiálu.
3.2 DC zařízení pro fyzikální depozici par
Stejnosměrná fyzikální depozice z plynné fáze (DCPVD) je také známá jako katodové naprašování nebo vakuové stejnosměrné dvoufázové naprašování. Materiál terče vakuového stejnosměrného naprašování je použit jako katoda a substrát je použit jako anoda. Vakuové naprašování má vytvořit plazmu ionizací procesního plynu.
Nabité částice v plazmatu jsou urychlovány v elektrickém poli, aby získaly určité množství energie. Částice s dostatečnou energií bombardují povrch materiálu terče, takže atomy terče jsou rozprášeny; naprašované atomy s určitou kinetickou energií se pohybují směrem k substrátu a vytvářejí na povrchu substrátu tenký film. Plyn používaný pro rozprašování je obecně vzácný plyn, jako je argon (Ar), takže film vytvořený rozprašováním nebude kontaminován; navíc atomový poloměr argonu je vhodnější pro naprašování.
Velikost rozprašovacích částic musí být blízká velikosti atomů terče, které mají být rozprašovány. Pokud jsou částice příliš velké nebo příliš malé, nelze vytvořit účinné rozprašování. Kromě faktoru velikosti atomu ovlivní kvalitu rozprašování také faktor hmotnosti atomu. Pokud je zdroj rozprašovacích částic příliš lehký, atomy cíle nebudou rozprášeny; pokud jsou rozprašovací částice příliš těžké, terč se „ohne“ a terč se nerozpráší.
Materiál terče použitý v DCPVD musí být vodič. Je to proto, že když ionty argonu v procesním plynu bombardují materiál terče, rekombinují se s elektrony na povrchu materiálu terče. Když je materiál terče vodič, jako je kov, elektrony spotřebované touto rekombinací jsou snadněji doplňovány zdrojem energie a volnými elektrony v jiných částech materiálu terče elektrickým vedením, takže povrch materiálu terče jako celek zůstává záporně nabitý a rozprašování je zachováno.
Naopak, je-li materiál terče izolant, po rekombinaci elektronů na povrchu materiálu terče nemohou být volné elektrony v jiných částech materiálu terče doplňovány elektrickým vedením a dokonce se na něm budou hromadit kladné náboje. povrch materiálu terče, což způsobí, že potenciál materiálu terče stoupá, a záporný náboj materiálu terče se oslabuje, dokud nezmizí, což případně vede k ukončení rozprašování.
Proto, aby byly izolační materiály použitelné i pro naprašování, je nutné najít jiný způsob naprašování. Radiofrekvenční naprašování je metoda naprašování, která je vhodná pro vodivé i nevodivé cíle.
Další nevýhodou DCPVD je vysoké zapalovací napětí a silné ostřelování substrátu elektrony. Účinným způsobem řešení tohoto problému je použití magnetronového naprašování, takže magnetronové naprašování má v oblasti integrovaných obvodů skutečně praktickou hodnotu.
3.3 Zařízení pro fyzikální depozici z par
Radiofrekvenční fyzikální napařování (RFPVD) využívá vysokofrekvenční energii jako zdroj buzení a je metodou PVD vhodnou pro různé kovové i nekovové materiály.
Běžné frekvence RF napájecího zdroje používaného v RFPVD jsou 13,56 MHz, 20 MHz a 60 MHz. Střídavě se objevují kladné a záporné cykly vysokofrekvenčního napájení. Když je cíl PVD v kladném polovičním cyklu, protože povrch cíle je na kladném potenciálu, elektrony v procesní atmosféře budou proudit k povrchu cíle, aby neutralizovaly kladný náboj nahromaděný na jeho povrchu, a dokonce pokračují v akumulaci elektronů. učinit jeho povrch negativně zaujatým; když je rozprašovací terč v záporné polovině cyklu, kladné ionty se budou pohybovat směrem k terči a budou částečně neutralizovány na povrchu terče.
Nejkritičtější věcí je, že rychlost pohybu elektronů v RF elektrickém poli je mnohem rychlejší než rychlost pozitivních iontů, zatímco doba pozitivního a negativního půlcyklu je stejná, takže po úplném cyklu bude cílový povrch „netto“ záporně nabité. Proto v prvních několika cyklech záporný náboj cílového povrchu vykazuje rostoucí trend; poté cílový povrch dosáhne stabilního záporného potenciálu; poté, protože záporný náboj cíle má odpudivý účinek na elektrony, množství kladných a záporných nábojů přijatých cílovou elektrodou má tendenci se vyrovnávat a cíl představuje stabilní záporný náboj.
Z výše uvedeného procesu je vidět, že proces tvorby záporného napětí nemá nic společného s vlastnostmi samotného materiálu terče, takže metoda RFPVD může nejen vyřešit problém naprašování izolačních terčů, ale je také dobře kompatibilní s konvenčními kovovými vodivými terčíky.
3.4 Magnetronové naprašovací zařízení
Magnetronové naprašování je metoda PVD, která přidává magnety na zadní stranu terče. Přidané magnety a systém stejnosměrného napájení (nebo střídavého napájení) tvoří zdroj magnetronového rozprašování. Zdroj naprašování se používá k vytvoření interaktivního elektromagnetického pole v komoře, zachycení a omezení rozsahu pohybu elektronů v plazmatu uvnitř komory, prodloužení dráhy pohybu elektronů, a tím zvýšení koncentrace plazmatu a v konečném důsledku k dosažení více uložení.
Navíc, protože je v blízkosti povrchu terče vázáno více elektronů, snižuje se ostřelování substrátu elektrony a snižuje se teplota substrátu. Ve srovnání s technologií plochého DCPVD je jedním z nejzřejmějších rysů technologie fyzikálního napařování magnetronem to, že zapalovací výbojové napětí je nižší a stabilnější.
Díky své vyšší plazmatické koncentraci a většímu výtěžku rozprašování může dosáhnout vynikající účinnosti nanášení, řízení tloušťky nanášení ve velkém rozsahu velikostí, přesné kontroly složení a nižšího zapalovacího napětí. Magnetronové naprašování je proto v současném PVD metalickém filmu dominantní. Nejjednodušší konstrukcí magnetronového naprašovacího zdroje je umístění skupiny magnetů na zadní stranu plochého terče (mimo vakuový systém) pro generování magnetického pole rovnoběžného s povrchem terče v místní oblasti na povrchu terče.
Pokud je umístěn permanentní magnet, jeho magnetické pole je relativně pevné, což má za následek relativně pevné rozložení magnetického pole na cílovém povrchu v komoře. Naprašují se pouze materiály ve specifických oblastech terče, míra využití terče je nízká a rovnoměrnost připraveného filmu je špatná.
Existuje určitá pravděpodobnost, že naprášený kov nebo částice jiného materiálu budou usazeny zpět na povrch cíle, čímž se agregují do částic a tvoří defektní kontaminaci. Proto komerční zdroje magnetronového naprašování většinou používají konstrukci rotujícího magnetu pro zlepšení stejnoměrnosti filmu, míry využití cíle a úplného naprašování cíle.
Je důležité vyvážit tyto tři faktory. Pokud se s vyvážením nezachází dobře, může to mít za následek dobrou stejnoměrnost filmu a zároveň výrazně snížit míru využití cíle (zkrácení životnosti terče) nebo selhat při dosažení úplného rozprašování cíle nebo úplné koroze cíle, což způsobí problémy s částicemi během naprašování. proces.
U magnetronové PVD technologie je nutné vzít v úvahu mechanismus rotačního magnetu, tvar terče, systém chlazení terče a zdroj magnetronového naprašování a také funkční konfiguraci základny, která nese wafer, jako je adsorpce waferu a regulace teploty. V procesu PVD je teplota waferu řízena tak, aby se získala požadovaná krystalová struktura, velikost zrna a orientace, stejně jako stabilita výkonu.
Protože vedení tepla mezi zadní stranou destičky a povrchem základny vyžaduje určitý tlak, obvykle v řádu několika torrů, a pracovní tlak komory je obvykle v řádu několika mTorr, tlak na zadní straně waferu je mnohem větší než tlak na horní povrch waferu, takže pro umístění a omezení waferu je potřeba mechanické sklíčidlo nebo elektrostatické sklíčidlo.
Mechanické sklíčidlo se k dosažení této funkce spoléhá na svou vlastní hmotnost a okraj destičky. Ačkoli má výhody jednoduché struktury a necitlivosti k materiálu destičky, okrajový efekt destičky je zřejmý, což neprospívá přísné kontrole částic. Proto byl v procesu výroby IC postupně nahrazen elektrostatickým sklíčidlem.
Pro procesy, které nejsou zvláště citlivé na teplotu, lze také použít metodu neadsorpčního kontaktu bez okraje (žádný tlakový rozdíl mezi horním a spodním povrchem destičky). Během procesu PVD bude obložení komory a povrch součástí, které jsou v kontaktu s plazmou, deponovány a pokryty. Když tloušťka naneseného filmu překročí limit, film popraská a odloupne se, což způsobí problémy s částicemi.
Proto je povrchová úprava dílů jako je podšívka klíčem k prodloužení této hranice. Pískování povrchu a nástřik hliníku jsou dvě běžně používané metody, jejichž účelem je zvýšení drsnosti povrchu pro posílení vazby mezi fólií a povrchem obložení.
3.5 Ionizační zařízení pro fyzikální depozici par
S neustálým vývojem mikroelektronických technologií jsou velikosti prvků stále menší a menší. Protože technologie PVD nemůže řídit směr depozice částic, schopnost PVD pronikat otvory a úzkými kanály s vysokým poměrem stran je omezená, takže rozšířená aplikace tradiční technologie PVD je stále náročnější. V procesu PVD, jak se poměr stran rýhy pórů zvyšuje, pokrytí ve spodní části klesá, čímž se v horním rohu vytvoří převislá struktura podobná okapu a ve spodním rohu se vytvoří nejslabší pokrytí.
K vyřešení tohoto problému byla vyvinuta technologie ionizované fyzikální depozice par. Nejprve plazmatizuje atomy kovu rozprašované z terče různými způsoby a poté upravuje předpětí naložené na plátku pro řízení směru a energie kovových iontů, aby se získal stabilní směrový tok kovových iontů pro přípravu tenkého filmu, čímž se zlepšuje pokrytí spodní části schodů s vysokým poměrem stran skrz otvory a úzké kanály.
Typickým znakem technologie ionizovaného kovového plazmatu je přidání radiofrekvenční cívky do komory. Během procesu je pracovní tlak komory udržován na relativně vysokém stavu (5 až 10násobek normálního pracovního tlaku). Během PVD se radiofrekvenční cívka používá ke generování druhé oblasti plazmatu, ve které se koncentrace argonu v plazmatu zvyšuje s nárůstem výkonu na radiové frekvenci a tlaku plynu. Když atomy kovu rozprášené z cíle projdou touto oblastí, interagují s argonovou plazmou o vysoké hustotě za vzniku kovových iontů.
Použití RF zdroje na nosič destičky (jako je elektrostatický sklíčidlo) může zvýšit negativní předpětí na destičce, aby se přitahovaly kladné ionty kovu ke dnu pórové drážky. Tento směrovaný tok kovových iontů kolmý k povrchu plátku zlepšuje pokrytí dna s vysokým poměrem pórů a úzkých kanálků.
Negativní předpětí aplikované na plátek také způsobí, že ionty bombardují povrch plátku (reverzní rozprašování), což oslabuje převislou strukturu ústí pórové drážky a rozprašuje film uložený na dně na boční stěny v rozích dna póru. drážka, čímž se zvyšuje pokrytí schodů v rozích.
3.6 Zařízení pro chemickou depozici z par za atmosférického tlaku
Zařízení pro chemickou depozici z plynné fáze za atmosférického tlaku (APCVD) označuje zařízení, které rozprašuje zdroj plynné reakce konstantní rychlostí na povrch zahřátého pevného substrátu v prostředí s tlakem blízkým atmosférickému tlaku, což způsobí, že zdroj reakce chemicky reaguje na povrch substrátu a reakční produkt se ukládá na povrch substrátu za vzniku tenkého filmu.
Zařízení APCVD je nejstarší zařízení CVD a je stále široce používáno v průmyslové výrobě a vědeckém výzkumu. Zařízení APCVD lze použít k přípravě tenkých filmů, jako je monokrystalický křemík, polykrystalický křemík, oxid křemičitý, oxid zinečnatý, oxid titaničitý, fosfosilikátové sklo a borofosfosilikátové sklo.
3.7 Zařízení pro nízkotlakou chemickou depozici par
Zařízení pro nízkotlakou chemickou depozici z plynné fáze (LPCVD) označuje zařízení, které využívá plynné suroviny k chemické reakci na povrchu pevného substrátu v zahřátém (350-1100 °C) a nízkotlakém (10-100 mTorr) prostředí a reaktanty se ukládají na povrch substrátu za vzniku tenkého filmu. Zařízení LPCVD je vyvinuto na základě APCVD za účelem zlepšení kvality tenkých vrstev, zlepšení rovnoměrnosti distribuce charakteristických parametrů, jako je tloušťka filmu a rezistivita, a zlepšení efektivity výroby.
Jeho hlavním rysem je, že v prostředí nízkotlakého tepelného pole procesní plyn chemicky reaguje na povrchu waferového substrátu a reakční produkty se ukládají na povrch substrátu za vzniku tenkého filmu. Zařízení LPCVD má výhody při přípravě vysoce kvalitních tenkých vrstev a lze je použít k přípravě tenkých vrstev, jako je oxid křemíku, nitrid křemíku, polysilikon, karbid křemíku, nitrid galia a grafen.
Nízkotlaké reakční prostředí zařízení LPCVD ve srovnání s APCVD zvyšuje střední volnou cestu a difúzní koeficient plynu v reakční komoře.
Molekuly reakčního plynu a nosného plynu v reakční komoře mohou být v krátké době rovnoměrně distribuovány, čímž se výrazně zlepšuje rovnoměrnost tloušťky filmu, rovnoměrnost odporu a stupňovité pokrytí filmu a spotřeba reakčního plynu je také malá. Nízkotlaké prostředí navíc zrychluje i přenosovou rychlost plynných látek. Nečistoty a vedlejší produkty reakce difundované ze substrátu mohou být rychle odstraněny z reakční zóny přes hraniční vrstvu a reakční plyn rychle prochází hraniční vrstvou, aby se dostal k povrchu substrátu pro reakci, čímž se účinně potlačuje samodoping a připravuje se vysoce kvalitní fólie se strmými přechodovými zónami a také zlepšující efektivitu výroby.
3.8 Zařízení pro chemickou depozici z plynné fáze s plazmovou depozicí
Plazmově zesílená chemická depozice z plynné fáze (PECVD) je široce používaný ttechnologie nanášení filmu. Během plazmového procesu je plynný prekurzor ionizován působením plazmatu za vzniku excitovaných aktivních skupin, které difundují k povrchu substrátu a poté podléhají chemickým reakcím, aby dokončily růst filmu.
Podle frekvence generování plazmatu lze plazma používaná v PECVD rozdělit na dva typy: radiofrekvenční plazma (RF plazma) a mikrovlnná plazma (Microwave plasma). V současné době je rádiová frekvence používaná v průmyslu obecně 13,56 MHz.
Zavedení radiofrekvenčního plazmatu se obvykle dělí na dva typy: kapacitní vazba (CCP) a indukční vazba (ICP). Metoda kapacitní vazby je obvykle metodou přímé plazmové reakce; zatímco metoda indukční vazby může být přímá plazmová metoda nebo vzdálená plazmová metoda.
V procesech výroby polovodičů se PECVD často používá k růstu tenkých filmů na substrátech obsahujících kovy nebo jiné struktury citlivé na teplotu. Například v oblasti back-endového kovového propojování integrovaných obvodů, protože zdrojové, hradlové a mozkové struktury zařízení byly vytvořeny v procesu front-end, je předmětem růstu tenkých vrstev v oblasti kovového propojení. k velmi přísným tepelným rozpočtovým omezením, takže je obvykle dokončen s pomocí plazmy. Úpravou parametrů plazmového procesu lze v určitém rozsahu upravit a optimalizovat hustotu, chemické složení, obsah nečistot, mechanickou houževnatost a parametry napětí tenké vrstvy pěstované pomocí PECVD.
3.9 Zařízení pro ukládání atomové vrstvy
Atomic layer deposition (ALD) je technologie nanášení tenkých vrstev, která periodicky roste ve formě kvazi-monoatomické vrstvy. Jeho charakteristikou je, že tloušťku naneseného filmu lze přesně nastavit řízením počtu růstových cyklů. Na rozdíl od procesu chemické depozice z plynné fáze (CVD) dva (nebo více) prekurzory v procesu ALD střídavě procházejí povrchem substrátu a jsou účinně izolovány čištěním vzácného plynu.
Tyto dva prekurzory se nebudou mísit a setkávat v plynné fázi, aby chemicky reagovaly, ale reagují pouze chemickou adsorpcí na povrchu substrátu. V každém cyklu ALD souvisí množství prekurzoru adsorbovaného na povrchu substrátu s hustotou aktivních skupin na povrchu substrátu. Když jsou reaktivní skupiny na povrchu substrátu vyčerpány, i když je zaveden přebytek prekurzoru, nedojde k chemické adsorpci na povrchu substrátu.
Tento reakční proces se nazývá povrchová samoomezující reakce. Tento procesní mechanismus činí tloušťku filmu rostoucí v každém cyklu procesu ALD konstantní, takže proces ALD má výhody přesné kontroly tloušťky a dobrého pokrytí kroku filmu.
3.10 Zařízení pro epitaxi molekulárním paprskem
Systém Molecular Beam Epitaxy (MBE) označuje epitaxní zařízení, které využívá jeden nebo více atomových paprsků tepelné energie nebo molekulárních paprsků k rozprašování na zahřátý povrch substrátu určitou rychlostí za podmínek ultra vysokého vakua a adsorbuje se a migruje na povrchu substrátu. k epitaxnímu růstu tenkých filmů monokrystalu podél směru osy krystalu materiálu substrátu. Obecně, za podmínek ohřevu proudovou pecí s tepelným štítem, zdroj paprsku tvoří atomový paprsek nebo molekulární paprsek a film roste vrstva po vrstvě podél směru osy krystalu materiálu substrátu.
Jeho charakteristikou je nízká teplota epitaxního růstu a tloušťka, rozhraní, chemické složení a koncentrace nečistot mohou být přesně řízeny na atomární úrovni. Ačkoli MBE vznikl z přípravy polovodičových ultratenkých monokrystalických filmů, jeho použití se nyní rozšířilo na různé materiálové systémy, jako jsou kovy a izolační dielektrika, a může připravit III-V, II-VI, křemík, křemík germanium (SiGe ), grafen, oxidy a organické filmy.
Systém epitaxe molekulárního paprsku (MBE) se skládá hlavně ze systému ultravysokého vakua, zdroje molekulárního paprsku, systému fixace a ohřevu substrátu, systému přenosu vzorku, systému monitorování in-situ, řídicího systému a testu systém.
Vakuový systém zahrnuje vývěvy (mechanické vývěvy, molekulární vývěvy, iontové vývěvy a kondenzační vývěvy atd.) a různé ventily, které mohou vytvořit prostředí pro růst ultravysokého vakua. Obecně dosažitelný stupeň vakua je 10-8 až 10-11 Torr. Vakuový systém má především tři vakuové pracovní komory, jmenovitě komoru pro vstřikování vzorku, komoru pro předúpravu a analýzu povrchu a komoru pro růst.
Komora pro vstřikování vzorků se používá k přenosu vzorků do vnějšího světa, aby se zajistily podmínky vysokého vakua v jiných komorách; komora pro předúpravu a analýzu povrchu spojuje komoru pro vstřikování vzorku a komoru pro růst a její hlavní funkcí je předzpracování vzorku (vysokoteplotní odplynění pro zajištění úplné čistoty povrchu substrátu) a provedení předběžné analýzy povrchu na vyčištěný vzorek; růstová komora je hlavní částí systému MBE, která se skládá hlavně ze zdrojové pece a její odpovídající sestavy uzávěru, ovládací konzoly vzorku, chladicího systému, reflexní vysokoenergetické elektronové difrakce (RHEED) a monitorovacího systému in-situ . Některá produkční zařízení MBE mají více konfigurací růstových komor. Schematický diagram struktury zařízení MBE je uveden níže:
MBE křemíkového materiálu používá jako surovinu vysoce čistý křemík, roste za podmínek ultra vysokého vakua (10-10-10-11Torr) a růstová teplota je 600-900℃, s Ga (P-typ) a Sb ( N-typ) jako zdroje dopingu. Běžně používané dopingové zdroje jako P, As a B se zřídka používají jako zdroje paprsku, protože se obtížně odpařují.
Reakční komora MBE má ultravysoké vakuum, které zvyšuje střední volnou dráhu molekul a snižuje kontaminaci a oxidaci na povrchu rostoucího materiálu. Připravený epitaxní materiál má dobrou povrchovou morfologii a jednotnost a může být vyroben do vícevrstvé struktury s různým dopováním nebo různými složkami materiálu.
Technologie MBE dosahuje opakovaného růstu ultratenkých epitaxních vrstev o tloušťce jedné atomové vrstvy a rozhraní mezi epitaxními vrstvami je strmé. Podporuje růst III-V polovodičů a dalších vícesložkových heterogenních materiálů. V současné době se systém MBE stal pokročilým procesním zařízením pro výrobu nové generace mikrovlnných zařízení a optoelektronických zařízení. Nevýhody technologie MBE jsou pomalá rychlost růstu filmu, vysoké požadavky na vakuum a vysoké náklady na zařízení a vybavení.
3.11 Systém epitaxe v parní fázi
Systém epitaxe v parní fázi (VPE) označuje zařízení pro epitaxní růst, které transportuje plynné sloučeniny k substrátu a pomocí chemických reakcí získává vrstvu jednokrystalového materiálu se stejným uspořádáním mřížky jako substrát. Epitaxní vrstva může být homoepitaxiální vrstva (Si/Si) nebo heteroepitaxní vrstva (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 atd.). V současné době je technologie VPE široce používána v oblasti přípravy nanomateriálů, energetických zařízení, polovodičových optoelektronických zařízení, solární fotovoltaiky a integrovaných obvodů.
Typické VPE zahrnují epitaxi za atmosférického tlaku a epitaxi za sníženého tlaku, chemickou depozici ve vysokém vakuu, chemickou depozici kovových organických par atd. Klíčovými body v technologii VPE jsou design reakční komory, režim a rovnoměrnost proudění plynu, rovnoměrnost teploty a přesné řízení, kontrola a stabilita tlaku, kontrola částic a defektů atd.
V současnosti je vývojovým směrem běžných komerčních VPE systémů velké nakládání plátků, plně automatické řízení a monitorování teploty a procesu růstu v reálném čase. Systémy VPE mají tři struktury: vertikální, horizontální a válcovou. Mezi způsoby ohřevu patří odporový ohřev, vysokofrekvenční indukční ohřev a ohřev infračerveným zářením.
V současnosti systémy VPE většinou využívají horizontální diskové struktury, které se vyznačují dobrou rovnoměrností růstu epitaxního filmu a velkým zatížením plátků. Systémy VPE se obvykle skládají ze čtyř částí: reaktor, topný systém, systém cesty plynu a řídicí systém. Protože doba růstu GaAs a GaN epitaxních filmů je relativně dlouhá, většinou se používá indukční ohřev a odporový ohřev. V silikonovém VPE růst tlustého epitaxního filmu většinou využívá indukční ohřev; růst tenkého epitaxního filmu většinou využívá infračervené zahřívání k dosažení účelu rychlého nárůstu/poklesu teploty.
3.12 Systém epitaxe v kapalné fázi
Systém kapalné fáze epitaxe (LPE) označuje zařízení pro epitaxní růst, které rozpouští pěstovaný materiál (jako je Si, Ga, As, Al atd.) a příměsi (jako je Zn, Te, Sn atd.) v kov s nižším bodem tání (jako je Ga, In atd.), takže rozpuštěná látka je nasycená nebo přesycená v rozpouštědle, a poté je monokrystalický substrát kontaktován s roztokem a rozpuštěná látka se z rozpouštědla postupným ochlazováním vysráží a na povrchu substrátu vyroste vrstva krystalického materiálu s krystalickou strukturou a mřížkovou konstantou podobnou substrátu.
Metodu LPE navrhli Nelson et al. v roce 1963. Používá se k pěstování tenkých vrstev Si a monokrystalických materiálů, stejně jako polovodičových materiálů, jako jsou skupiny III-IV a telurid rtuťnatého a kadmia, a lze jej použít k výrobě různých optoelektronických zařízení, mikrovlnných zařízení, polovodičových zařízení a solárních článků .
——————————————————————————————————————————————————— —————————————
Semicera může poskytnoutgrafitové díly, měkká/tuhá plsť, díly z karbidu křemíku, CVD díly z karbidu křemíkuaČásti potažené SiC/TaCs do 30 dnů.
Máte-li zájem o výše uvedené polovodičové produkty,prosím, neváhejte nás kontaktovat poprvé.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Čas odeslání: 31. srpna 2024