1. Uvod
Proces pričvršćivanja tvari (sirovina) na površinu materijala supstrata fizikalnim ili kemijskim metodama naziva se rast tankog filma.
Prema različitim principima rada, taloženje tankog filma integriranog kruga može se podijeliti na:
-Physical Vapor Deposition (PVD);
-Kemijsko taloženje parom (CVD);
-Proširenje.
2. Proces rasta tankog filma
2.1 Fizičko taloženje parom i proces prskanja
Proces fizičkog taloženja iz parne pare (PVD) odnosi se na upotrebu fizikalnih metoda kao što su vakuumsko isparavanje, raspršivanje, presvlačenje plazmom i epitaksija molekularnim snopom za stvaranje tankog filma na površini ploče.
U industriji VLSI, PVD tehnologija koja se najviše koristi je raspršivanje, koje se uglavnom koristi za elektrode i metalne spojeve integriranih krugova. Raspršivanje je proces u kojem se rijetki plinovi [kao što je argon (Ar)] ioniziraju u ione (kao što je Ar+) pod djelovanjem vanjskog električnog polja u uvjetima visokog vakuuma i bombardiraju izvor materijala pod visokim naponom, izbacivanje atoma ili molekula ciljanog materijala, a zatim dolazak na površinu pločice kako bi se formirao tanki film nakon procesa leta bez sudara. Ar ima stabilna kemijska svojstva i njegovi ioni neće kemijski reagirati s ciljnim materijalom i filmom. Kako čipovi integriranih krugova ulaze u eru međusobnog spajanja bakra od 0,13 μm, sloj bakrenog barijernog materijala koristi film od titan nitrida (TiN) ili tantal nitrida (TaN). Potražnja za industrijskom tehnologijom potaknula je istraživanje i razvoj tehnologije raspršivanja kemijskom reakcijom, odnosno u komori za raspršivanje, osim Ar, nalazi se i reaktivni plin dušik (N2), tako da se Ti ili Ta bombardiraju iz ciljni materijal Ti ili Ta reagira s N2 kako bi proizveo potreban TiN ili TaN film.
Postoje tri najčešće korištene metode raspršivanja, naime DC raspršivanje, RF raspršivanje i magnetronsko raspršivanje. Kako se integracija integriranih sklopova nastavlja povećavati, broj slojeva višeslojnih metalnih žica se povećava, a primjena PVD tehnologije postaje sve opsežnija. PVD materijali uključuju Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 itd.
PVD i procesi prskanja obično se dovršavaju u visoko zatvorenoj reakcijskoj komori sa stupnjem vakuuma od 1×10-7 do 9×10-9 Torr, što može osigurati čistoću plina tijekom reakcije; u isto vrijeme, potreban je vanjski visoki napon za ionizaciju rijetkog plina kako bi se stvorio dovoljno visok napon za bombardiranje mete. Glavni parametri za procjenu procesa PVD i raspršivanja uključuju količinu prašine, kao i vrijednost otpora, ujednačenost, debljinu refleksije i naprezanje formiranog filma.
2.2 Kemijsko taloženje parom i proces prskanja
Kemijsko taloženje iz parne pare (CVD) odnosi se na procesnu tehnologiju u kojoj različiti plinoviti reaktanti s različitim parcijalnim tlakovima kemijski reagiraju na određenoj temperaturi i tlaku, a stvorene krute tvari talože se na površinu materijala supstrata kako bi se dobila željena tanka film. U tradicionalnom procesu proizvodnje integriranih sklopova, dobiveni tankoslojni materijali općenito su spojevi poput oksida, nitrida, karbida ili materijala poput polikristalnog silicija i amorfnog silicija. Selektivni epitaksijalni rast, koji se češće koristi nakon 45nm čvora, kao što je izvorni i odvodni SiGe ili Si selektivni epitaksijalni rast, također je CVD tehnologija.
Ova tehnologija može nastaviti formirati monokristalne materijale iste vrste ili slične originalnoj rešetki na monokristalnoj podlozi od silicija ili drugih materijala duž izvorne rešetke. CVD se široko koristi u rastu izolacijskih dielektričnih filmova (kao što su SiO2, Si3N4 i SiON, itd.) i metalnih filmova (kao što je volfram, itd.).
Općenito, prema klasifikaciji tlaka, CVD se može podijeliti na taloženje kemijskom parom pri atmosferskom tlaku (APCVD), taloženje kemijskom parom ispod atmosferskog tlaka (SAPCVD) i taloženje kemijskom parom pod niskim tlakom (LPCVD).
Prema temperaturnoj klasifikaciji, CVD se može podijeliti na visokotemperaturno/niskotemperaturno kemijsko taloženje oksidnog filma (HTO/LTO CVD) i brzo toplinsko kemijsko taloženje iz pare (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Prema izvoru reakcije, CVD se može podijeliti na CVD na bazi silana, CVD na bazi poliestera (CVD na bazi TEOS) i metalno organsko kemijsko taloženje iz pare (MOCVD);
Prema energetskoj klasifikaciji, CVD se može podijeliti na toplinsko kemijsko taloženje iz pare (Thermal CVD), plazma pojačano kemijsko taloženje iz pare (Plasma Enhanced CVD, PECVD) i kemijsko taloženje iz pare u plazmi visoke gustoće (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Nedavno je također razvijeno protočno kemijsko taloženje iz parne pare (Flowable CVD, FCVD) s izvrsnom sposobnošću popunjavanja praznina.
Različiti CVD uzgojeni filmovi imaju različita svojstva (kao što su kemijski sastav, dielektrična konstanta, napetost, stres i probojni napon) i mogu se koristiti odvojeno u skladu s različitim zahtjevima procesa (kao što su temperatura, stepen pokrivenosti, zahtjevi za punjenje itd.).
2.3 Proces taloženja atomskog sloja
Taloženje atomskog sloja (ALD) odnosi se na taloženje atoma sloj po sloj na materijal supstrata uzgojem jednog atomskog filma sloj po sloj. Tipični ALD usvaja metodu unošenja plinovitih prekursora u reaktor na izmjenični pulsirajući način.
Na primjer, prvo se reakcijski prekursor 1 uvodi u površinu supstrata, a nakon kemijske adsorpcije, na površini supstrata se formira jedan atomski sloj; tada se prekursor 1 koji ostaje na površini supstrata iu reakcijskoj komori ispumpava zračnom pumpom; tada se reakcijski prekursor 2 uvodi u površinu supstrata, i kemijski reagira s prekursorom 1 adsorbiranim na površini supstrata kako bi se proizveo odgovarajući materijal tankog filma i odgovarajući nusprodukti na površini supstrata; kada prekursor 1 potpuno reagira, reakcija će se automatski prekinuti, što je samoograničavajuća karakteristika ALD-a, a zatim se ekstrahiraju preostali reaktanti i nusprodukti kako bi se pripremili za sljedeću fazu rasta; kontinuiranim ponavljanjem gornjeg procesa može se postići taloženje materijala tankog filma koji se uzgaja sloj po sloj s pojedinačnim atomima.
I ALD i CVD su načini uvođenja izvora plinovite kemijske reakcije da kemijski reagira na površini supstrata, ali razlika je u tome što izvor plinovite reakcije CVD nema karakteristiku samoograničavajućeg rasta. Može se vidjeti da je ključ za razvoj ALD tehnologije pronaći prekursore sa svojstvima samoograničavajuće reakcije.
2.4 Epitaksijalni postupak
Epitaksijalni proces odnosi se na proces rasta potpuno uređenog monokristalnog sloja na podlozi. Općenito govoreći, epitaksijalni proces je uzgoj kristalnog sloja s istom orijentacijom rešetke kao izvorni supstrat na monokristalnom supstratu. Epitaksijalni postupak naširoko se koristi u proizvodnji poluvodiča, kao što su epitaksijalni silicijski pločice u industriji integriranih sklopova, epitaksijalni rast ugrađenog izvora i odvoda MOS tranzistora, epitaksijalni rast na LED podlogama itd.
Prema različitim faznim stanjima izvora rasta, epitaksijalne metode rasta mogu se podijeliti na epitaksiju u čvrstoj fazi, epitaksiju u tekućoj fazi i epitaksiju u parnoj fazi. U proizvodnji integriranih sklopova, najčešće korištene epitaksijalne metode su epitaksija u čvrstoj fazi i epitaksija u parnoj fazi.
Epitaksija čvrste faze: odnosi se na rast jednog kristalnog sloja na podlozi pomoću čvrstog izvora. Na primjer, toplinsko žarenje nakon ionske implantacije zapravo je postupak epitaksije u čvrstoj fazi. Tijekom ionske implantacije, atomi silicija silicijske pločice bombardirani su visokoenergetskim implantiranim ionima, napuštajući svoje izvorne položaje u rešetki i postaju amorfni, tvoreći površinski amorfni sloj silicija. Nakon visokotemperaturnog toplinskog žarenja, amorfni se atomi vraćaju u svoje rešetkaste položaje i ostaju u skladu s orijentacijom atomskog kristala unutar supstrata.
Metode rasta parne faze epitaksije uključuju kemijsku parnu faznu epitaksiju, epitaksiju molekularnim snopom, epitaksiju atomskog sloja, itd. U proizvodnji integriranih sklopova najčešće se koristi kemijska parna fazna epitaksija. Načelo kemijske epitaksije iz parne faze u osnovi je isto kao kod kemijskog taloženja iz parne faze. Oba su procesi koji talože tanke filmove kemijskom reakcijom na površini pločica nakon miješanja plina.
Razlika je u tome što zbog toga što kemijska epitaksija iz parne faze raste u jednom kristalnom sloju, postavlja veće zahtjeve za sadržaj nečistoća u opremi i čistoću površine ploče. Rani epitaksijalni silicijski proces kemijske parne faze potrebno je provesti u uvjetima visoke temperature (više od 1000°C). S poboljšanjem procesne opreme, posebno usvajanjem tehnologije komore za vakuumsku izmjenu, čistoća šupljine opreme i površine silicijske pločice uvelike je poboljšana, a silicijska epitaksija može se izvesti na nižoj temperaturi (600-700° C). Proces epitaksijalne silicijske pločice je uzgoj sloja monokristala silicija na površini silicijske pločice.
U usporedbi s originalnom silicijskom podlogom, epitaksijalni silicijski sloj ima veću čistoću i manje grešaka u rešetki, čime se poboljšava učinak proizvodnje poluvodiča. Osim toga, debljina rasta i koncentracija dopinga epitaksijalnog sloja silicija uzgojenog na silicijskoj pločici mogu se fleksibilno dizajnirati, što donosi fleksibilnost dizajnu uređaja, kao što je smanjenje otpora supstrata i poboljšanje izolacije supstrata. Ugrađeni izvorno-odvodni epitaksijalni proces je tehnologija koja se široko koristi u čvorovima napredne logičke tehnologije.
Odnosi se na proces epitaksijalnog rasta dopiranog germanijevog silicija ili silicija u područjima izvora i odvoda MOS tranzistora. Glavne prednosti uvođenja ugrađenog epitaksijalnog procesa izvor-odvod uključuju: rast pseudokristalnog sloja koji sadrži naprezanje zbog prilagodbe rešetke, poboljšanje pokretljivosti nositelja kanala; in-situ dopiranje izvora i odvoda može smanjiti parazitski otpor spoja izvor-odvod i smanjiti nedostatke implantacije visokoenergetskih iona.
3. oprema za rast tankog filma
3.1 Oprema za vakuumsko isparavanje
Vakuumsko isparavanje je metoda premazivanja koja zagrijava čvrste materijale u vakuumskoj komori kako bi izazvala njihovo isparavanje, isparavanje ili sublimaciju, a zatim kondenzaciju i taloženje na površini materijala supstrata na određenoj temperaturi.
Obično se sastoji od tri dijela, naime vakuumskog sustava, sustava isparavanja i sustava grijanja. Vakuumski sustav sastoji se od vakuumskih cijevi i vakuumskih pumpi, a njegova glavna funkcija je osigurati kvalificirano vakuumsko okruženje za isparavanje. Sustav za isparavanje sastoji se od stola za isparavanje, komponente za grijanje i komponente za mjerenje temperature.
Ciljni materijal koji se isparava (kao što je Ag, Al, itd.) postavlja se na stol za isparavanje; komponenta za mjerenje grijanja i temperature je sustav zatvorene petlje koji se koristi za kontrolu temperature isparavanja kako bi se osiguralo glatko isparavanje. Sustav grijanja sastoji se od stupnja za pločice i grijaće komponente. Stupanj vafera se koristi za postavljanje supstrata na koji se tanki film treba ispariti, a grijaća komponenta se koristi za realizaciju grijanja supstrata i povratne kontrole mjerenja temperature.
Vakuumsko okruženje vrlo je važan uvjet u procesu vakuumskog isparavanja, a povezano je s brzinom isparavanja i kvalitetom filma. Ako stupanj vakuuma ne zadovoljava zahtjeve, ispareni atomi ili molekule često će se sudarati s molekulama zaostalog plina, čineći njihov srednji slobodni put manjim, a atomi ili molekule će se jako raspršiti, mijenjajući tako smjer kretanja i smanjujući film stopa formiranja.
Osim toga, zbog prisutnosti zaostalih molekula nečistoće plina, nataloženi film je ozbiljno kontaminiran i loše kvalitete, posebno kada brzina porasta tlaka u komori ne zadovoljava standard i postoji curenje, zrak će iscuriti u vakuumsku komoru , što će imati ozbiljan utjecaj na kvalitetu filma.
Strukturne karakteristike opreme za vakuumsko isparavanje određuju da je ujednačenost premaza na podlogama velike veličine loša. Kako bi se poboljšala njegova ujednačenost, općenito se usvaja metoda povećanja udaljenosti izvor-supstrat i rotiranje supstrata, ali povećanjem udaljenosti izvor-supstrat žrtvovat će se brzina rasta i čistoća filma. Istodobno, zbog povećanja vakuumskog prostora, smanjuje se stupanj iskorištenja isparenog materijala.
3.2 DC oprema za fizičko taloženje iz pare
Fizičko taloženje iz parne struje istosmjernom strujom (DCPVD) također je poznato kao katodno raspršivanje ili vakuumsko istosmjerno dvostupanjsko raspršivanje. Ciljni materijal vakuumskog DC raspršivanja koristi se kao katoda, a supstrat se koristi kao anoda. Vakuumsko raspršivanje je stvaranje plazme ioniziranjem procesnog plina.
Nabijene čestice u plazmi se ubrzavaju u električnom polju kako bi dobile određenu količinu energije. Čestice s dovoljnom energijom bombardiraju površinu ciljnog materijala, tako da ciljni atomi budu raspršeni; raspršeni atomi s određenom kinetičkom energijom kreću se prema supstratu i stvaraju tanki film na površini supstrata. Plin koji se koristi za raspršivanje općenito je rijedak plin, poput argona (Ar), tako da film nastao raspršivanjem neće biti kontaminiran; osim toga, atomski radijus argona je pogodniji za raspršivanje.
Veličina raspršujućih čestica mora biti blizu veličine ciljanih atoma koji se raspršuju. Ako su čestice prevelike ili premale, ne može se stvoriti učinkovito prskanje. Uz faktor veličine atoma, faktor mase atoma također će utjecati na kvalitetu prskanja. Ako je izvor raspršujuće čestice preslag, ciljni atomi neće biti raspršeni; ako su raspršujuće čestice preteške, meta će biti "savijena" i meta se neće prskati.
Ciljni materijal koji se koristi u DCPVD mora biti vodič. To je zato što kada ioni argona u procesnom plinu bombardiraju ciljni materijal, oni će se rekombinirati s elektronima na površini ciljnog materijala. Kada je ciljni materijal vodič kao što je metal, elektroni potrošeni tom rekombinacijom lakše se nadopunjuju napajanjem i slobodni elektroni u drugim dijelovima ciljnog materijala putem električne vodljivosti, tako da površina ciljanog materijala kao cijeli ostaje negativno nabijen i prskanje se održava.
Naprotiv, ako je ciljni materijal izolator, nakon što se elektroni na površini ciljnog materijala rekombiniraju, slobodni elektroni u drugim dijelovima ciljnog materijala ne mogu se nadoknaditi električnom vodljivošću, pa će se čak i pozitivni naboji akumulirati na površine ciljanog materijala, uzrokujući porast potencijala ciljnog materijala, a negativni naboj ciljanog materijala slabi sve dok ne nestane, što na kraju dovodi do prekida raspršivanja.
Stoga, da bi izolacijski materijali bili upotrebljivi i za prskanje, potrebno je pronaći drugu metodu prskanja. Radiofrekvencijsko raspršivanje je metoda raspršivanja koja je prikladna i za vodljive i za nevodljive mete.
Još jedan nedostatak DCPVD je taj što je napon paljenja visok i bombardiranje podloge elektronima jako. Učinkovit način rješavanja ovog problema je korištenje magnetronskog raspršivanja, tako da je magnetronsko raspršivanje zaista od praktične vrijednosti u području integriranih krugova.
3.3 RF oprema za fizičko taloženje parom
Radiofrekventno fizičko taloženje iz pare (RFPVD) koristi radiofrekvencijsku snagu kao izvor pobude i PVD je metoda prikladna za razne metalne i nemetalne materijale.
Uobičajene frekvencije RF napajanja koje se koristi u RFPVD su 13,56MHz, 20MHz i 60MHz. Pozitivni i negativni ciklusi RF napajanja pojavljuju se naizmjenično. Kada je PVD meta u pozitivnom poluciklusu, jer je ciljna površina na pozitivnom potencijalu, elektroni u procesnoj atmosferi će teći do ciljne površine kako bi neutralizirali pozitivni naboj akumuliran na njenoj površini, pa čak i nastaviti akumulirati elektrone, čineći njegovu površinu negativno pristranom; kada je meta raspršivanja u negativnom poluciklusu, pozitivni ioni će se kretati prema meti i biti djelomično neutralizirani na površini mete.
Najkritičnije je to što je brzina gibanja elektrona u RF električnom polju mnogo veća od brzine kretanja pozitivnih iona, dok je vrijeme pozitivnog i negativnog poluciklusa isto, pa će nakon potpunog ciklusa ciljna površina biti “neto” negativno nabijen. Stoga, u prvih nekoliko ciklusa, negativni naboj ciljne površine pokazuje rastući trend; nakon toga ciljna površina doseže stabilan negativni potencijal; nakon toga, budući da negativni naboj mete ima odbojni učinak na elektrone, količina pozitivnih i negativnih naboja koje prima ciljna elektroda nastoji se uravnotežiti, a meta predstavlja stabilan negativan naboj.
Iz gornjeg procesa može se vidjeti da proces formiranja negativnog napona nema nikakve veze sa svojstvima samog materijala mete, tako da metoda RFPVD ne samo da može riješiti problem raspršivanja izolacijskih meta, već je i dobro kompatibilna s konvencionalnim metama za metalne vodiče.
3.4 Oprema za magnetronsko raspršivanje
Magnetronsko raspršivanje je PVD metoda koja dodaje magnete na stražnju stranu mete. Dodani magneti i sustav istosmjernog napajanja (ili napajanja izmjeničnom strujom) čine magnetronski izvor raspršivanja. Izvor raspršivanja koristi se za formiranje interaktivnog elektromagnetskog polja u komori, hvatanje i ograničavanje raspona kretanja elektrona u plazmi unutar komore, produljenje putanje kretanja elektrona i na taj način povećanje koncentracije plazme, te u konačnici postizanje više taloženje.
Osim toga, budući da je više elektrona vezano blizu površine mete, bombardiranje supstrata elektronima je smanjeno, a temperatura supstrata je smanjena. U usporedbi s DCPVD tehnologijom ravne ploče, jedna od najočitijih značajki magnetronske tehnologije fizičkog taloženja iz pare je da je napon pražnjenja paljenja niži i stabilniji.
Zbog svoje veće koncentracije u plazmi i većeg prinosa raspršivanja, može postići izvrsnu učinkovitost taloženja, kontrolu debljine taloženja u velikom rasponu veličina, preciznu kontrolu sastava i niži napon paljenja. Stoga je magnetronsko raspršivanje u dominantnom položaju u trenutnom PVD metalnom filmu. Najjednostavniji dizajn izvora magnetronskog raspršivanja je postavljanje grupe magneta na poleđinu ravne mete (izvan vakuumskog sustava) kako bi se generiralo magnetsko polje paralelno s površinom mete u lokalnom području na površini mete.
Ako se postavi permanentni magnet, njegovo magnetsko polje je relativno fiksno, što rezultira relativno fiksnom raspodjelom magnetskog polja na ciljnoj površini u komori. Raspršuju se samo materijali u određenim područjima mete, stopa iskorištenja mete je niska, a jednolikost pripremljenog filma je loša.
Postoji određena vjerojatnost da će se raspršene čestice metala ili drugog materijala taložiti natrag na ciljnu površinu, agregirajući tako u čestice i stvarajući onečišćenje defekta. Stoga komercijalni izvori magnetronskog raspršivanja uglavnom koriste dizajn rotirajućeg magneta kako bi poboljšali ujednačenost filma, ciljnu stopu iskorištenja i potpuno ciljano raspršivanje.
Ključno je uravnotežiti ova tri faktora. Ako se balansom ne postupa dobro, to može rezultirati dobrom ujednačenošću filma uz značajno smanjenje ciljne stope iskorištenja (skraćivanje ciljnog vijeka) ili neuspjeh u postizanju potpunog ciljanog raspršivanja ili pune ciljne korozije, što će uzrokovati probleme s česticama tijekom raspršivanja. proces.
U magnetronskoj PVD tehnologiji potrebno je uzeti u obzir mehanizam kretanja rotirajućeg magneta, oblik mete, sustav hlađenja mete i izvor raspršivanja magnetrona, kao i funkcionalnu konfiguraciju baze koja nosi pločicu, kao što su adsorpcija pločice i kontrola temperature. U PVD procesu, temperatura pločice se kontrolira kako bi se dobila potrebna kristalna struktura, veličina zrna i orijentacija, kao i stabilnost performansi.
Budući da je za provođenje topline između poleđine ploče i površine baze potreban određeni tlak, obično reda veličine nekoliko Torra, a radni tlak komore obično je reda veličine nekoliko mTora, tlak na poleđini pločice je puno veći od pritiska na gornju površinu pločice, pa je potrebna mehanička ili elektrostatička stezna glava za pozicioniranje i ograničavanje pločice.
Mehanička stezna glava se oslanja na vlastitu težinu i rub pločice kako bi postigla ovu funkciju. Iako ima prednosti jednostavne strukture i neosjetljivosti na materijal pločice, učinak ruba pločice je očit, što ne pogoduje strogoj kontroli čestica. Stoga je postupno zamijenjen elektrostatičkom steznom glavom u procesu proizvodnje IC-a.
Za procese koji nisu osobito osjetljivi na temperaturu, također se može koristiti metoda bez adsorpcije, bez kontakta s policama (bez razlike u tlaku između gornje i donje površine pločice). Tijekom PVD procesa, obloga komore i površina dijelova koji su u kontaktu s plazmom bit će taloženi i prekriveni. Kada debljina nanesenog filma prijeđe ograničenje, film će popucati i oljuštiti se, uzrokujući probleme s česticama.
Stoga je površinska obrada dijelova kao što je obloga ključna za proširenje ovog ograničenja. Površinsko pjeskarenje i raspršivanje aluminija dvije su često korištene metode, čija je svrha povećati hrapavost površine kako bi se ojačala veza između filma i površine obloge.
3.5 Ionizacijska oprema za fizičko taloženje parom
Uz kontinuirani razvoj tehnologije mikroelektronike, veličine značajki postaju sve manje i manje. Budući da PVD tehnologija ne može kontrolirati smjer taloženja čestica, sposobnost PVD-a da uđe kroz rupe i uske kanale s visokim omjerima širine i visine je ograničena, što proširenu primjenu tradicionalne PVD tehnologije čini sve većim izazovom. U PVD postupku, kako se omjer širine i visine utora pora povećava, pokrivenost na dnu se smanjuje, stvarajući strukturu nalik strehi na gornjem kutu, a najslabiju pokrivenost stvara na donjem kutu.
Ionizirana tehnologija fizičkog taloženja iz pare razvijena je za rješavanje ovog problema. Prvo plazmatizira metalne atome raspršene iz mete na različite načine, a zatim prilagođava prednapon napunjen na pločici kako bi kontrolirao smjer i energiju metalnih iona kako bi se dobio stabilan usmjereni tok metalnih iona za pripremu tankog filma, čime se poboljšava pokrivenost dna stepenica visokog omjera kroz rupe i uske kanale.
Tipična značajka tehnologije ionizirane metalne plazme je dodavanje radiofrekventne zavojnice u komoru. Tijekom procesa, radni tlak u komori se održava na relativno visokom stanju (5 do 10 puta veći od normalnog radnog tlaka). Tijekom PVD-a, radiofrekventna zavojnica se koristi za generiranje druge regije plazme, u kojoj koncentracija argona u plazmi raste s povećanjem radiofrekvencijske snage i tlaka plina. Kada metalni atomi raspršeni iz mete prolaze kroz ovo područje, oni stupaju u interakciju s argonskom plazmom visoke gustoće i stvaraju metalne ione.
Primjena RF izvora na nosač pločice (kao što je elektrostatska stezna glava) može povećati negativnu prednapon na pločici kako bi se privukli metalni pozitivni ioni na dno utora pore. Ovaj usmjereni tok metalnih iona okomito na površinu ploče poboljšava pokrivenost dna stepenica pora visokog omjera i uskih kanala.
Negativna prednapon primijenjena na pločicu također uzrokuje bombardiranje površine pločice ionima (obrnuto raspršivanje), što slabi strukturu koja se nadvija u otvoru utora pora i raspršuje film nataložen na dnu na bočne stijenke u kutovima dna pore. utor, čime se povećava pokrivenost stepenica na uglovima.
3.6 Oprema za kemijsko taloženje parom pod atmosferskim tlakom
Oprema za kemijsko taloženje iz pare pri atmosferskom tlaku (APCVD) odnosi se na uređaj koji raspršuje izvor plinovite reakcije konstantnom brzinom na površinu zagrijane čvrste podloge u okruženju s tlakom bliskim atmosferskom tlaku, uzrokujući kemijsku reakciju izvora reakcije na površinu supstrata, a produkt reakcije taloži se na površini supstrata kako bi formirao tanki film.
APCVD oprema je najranija CVD oprema i još uvijek se široko koristi u industrijskoj proizvodnji i znanstvenim istraživanjima. APCVD oprema može se koristiti za pripremu tankih filmova kao što su monokristalni silicij, polikristalni silicij, silicij dioksid, cink oksid, titan dioksid, fosfosilikatno staklo i borofosfosilikatno staklo.
3.7 Niskotlačna oprema za kemijsko taloženje iz pare
Niskotlačna oprema za kemijsko taloženje iz pare (LPCVD) odnosi se na opremu koja koristi plinovite sirovine za kemijsku reakciju na površini čvrste podloge u zagrijanoj (350-1100°C) i niskotlačnoj (10-100 mTorr) okolini, i reaktanti se talože na površini supstrata i formiraju tanki film. Oprema LPCVD razvijena je na temelju APCVD-a za poboljšanje kvalitete tankih filmova, poboljšanje ujednačenosti distribucije karakterističnih parametara kao što su debljina filma i otpornost te poboljšanje učinkovitosti proizvodnje.
Njegova glavna značajka je da u okruženju niskog tlaka toplinskog polja, procesni plin kemijski reagira na površini podloge pločice, a produkti reakcije talože se na površini podloge kako bi formirali tanki film. LPCVD oprema ima prednosti u pripremi visokokvalitetnih tankih filmova i može se koristiti za pripremu tankih filmova kao što su silicij oksid, silicij nitrid, polisilicij, silicij karbid, galij nitrid i grafen.
U usporedbi s APCVD, niskotlačno reakcijsko okruženje LPCVD opreme povećava srednji slobodni put i koeficijent difuzije plina u reakcijskoj komori.
Reakcijski plin i molekule plina nosača u reakcijskoj komori mogu se ravnomjerno rasporediti u kratkom vremenu, čime se uvelike poboljšava ujednačenost debljine filma, ujednačenost otpora i stepen pokrivenosti filma, a potrošnja reakcijskog plina je također mala. Osim toga, niskotlačno okruženje također ubrzava brzinu prijenosa plinovitih tvari. Nečistoće i reakcijski nusproizvodi difundirani iz supstrata mogu se brzo izvući iz reakcijske zone kroz granični sloj, a reakcijski plin brzo prolazi kroz granični sloj kako bi došao do površine supstrata za reakciju, čime se učinkovito potiskuje samodopiranje, pripremajući visokokvalitetne filmove sa strmim prijelaznim zonama, a također poboljšava učinkovitost proizvodnje.
3.8 Oprema za kemijsko taloženje pomoću plazme
Plazma pojačano kemijsko taloženje iz pare (PECVD) široko je korišten ttehnologija taloženja filma. Tijekom plazma procesa, plinoviti prekursor se ionizira pod djelovanjem plazme kako bi se formirale pobuđene aktivne skupine, koje difundiraju na površinu supstrata i zatim prolaze kroz kemijske reakcije da bi se završio rast filma.
Prema učestalosti stvaranja plazme, plazma koja se koristi u PECVD-u može se podijeliti u dvije vrste: radiofrekventna plazma (RF plazma) i mikrovalna plazma (Micwave plasma). Trenutno je radio frekvencija koja se koristi u industriji općenito 13,56MHz.
Uvođenje radiofrekvencijske plazme obično se dijeli na dvije vrste: kapacitivna sprega (CCP) i induktivna sprega (ICP). Metoda kapacitivne sprege obično je metoda izravne reakcije plazme; dok metoda induktivne sprege može biti metoda izravne plazme ili metoda udaljene plazme.
U procesima proizvodnje poluvodiča, PECVD se često koristi za rast tankih filmova na podlogama koje sadrže metale ili druge strukture osjetljive na temperaturu. Na primjer, u polju back-end metalnog međusobnog povezivanja integriranih krugova, budući da su strukture izvora, vrata i odvoda uređaja formirane u front-end procesu, rast tankih filmova u polju metalnog međusobnog povezivanja podložan je vrlo strogim toplinskim proračunskim ograničenjima, tako da se obično dovršava uz pomoć plazme. Podešavanjem parametara plazma procesa, gustoća, kemijski sastav, sadržaj nečistoća, mehanička žilavost i parametri naprezanja tankog filma uzgojenog PECVD-om mogu se prilagoditi i optimizirati unutar određenog raspona.
3.9 Oprema za taloženje atomskog sloja
Taloženje atomskog sloja (ALD) je tehnologija taloženja tankog filma koja povremeno raste u obliku kvazi-monoatomskog sloja. Njegova karakteristika je da se debljina nanesenog filma može precizno podešavati kontrolom broja ciklusa rasta. Za razliku od procesa kemijskog taloženja parom (CVD), dva (ili više) prekursora u procesu ALD naizmjenično prolaze kroz površinu supstrata i učinkovito su izolirani pročišćavanjem rijetkim plinom.
Dva prekursora neće se miješati i susresti u plinovitoj fazi kako bi kemijski reagirali, već će reagirati samo kemijskom adsorpcijom na površini supstrata. U svakom ALD ciklusu, količina prekursora adsorbiranog na površini supstrata povezana je s gustoćom aktivnih skupina na površini supstrata. Kada su reaktivne skupine na površini supstrata iscrpljene, čak i ako se uvede višak prekursora, neće doći do kemijske adsorpcije na površini supstrata.
Ovaj reakcijski proces naziva se površinska samoograničavajuća reakcija. Ovaj procesni mehanizam čini debljinu filma koji raste u svakom ciklusu ALD procesa konstantnom, tako da ALD proces ima prednosti precizne kontrole debljine i dobre pokrivenosti koraka filma.
3.10 Oprema za epitaksiju molekularnim snopom
Sustav epitaksije molekularnim snopom (MBE) odnosi se na epitaksijalni uređaj koji koristi jedan ili više atomskih snopova toplinske energije ili molekularnih snopova za prskanje na zagrijanu površinu supstrata pri određenoj brzini pod uvjetima ultra visokog vakuuma, te adsorpciju i migriranje na površini supstrata. za epitaksijalni rast monokristalnih tankih filmova duž smjera kristalne osi materijala supstrata. Općenito, pod uvjetima zagrijavanja mlaznom peći s toplinskim štitom, izvor zrake tvori atomsku zraku ili molekularnu zraku, a film raste sloj po sloj duž smjera kristalne osi materijala supstrata.
Njegove karakteristike su niska epitaksijalna temperatura rasta, a debljina, sučelje, kemijski sastav i koncentracija nečistoća mogu se precizno kontrolirati na atomskoj razini. Iako je MBE nastao iz pripreme poluvodičkih ultratankih monokristalnih filmova, njegova se primjena sada proširila na različite materijalne sustave kao što su metali i izolacijski dielektrici, te može pripremiti III-V, II-VI, silicij, silicij germanij (SiGe ), grafen, oksidi i organski filmovi.
Sustav epitaksije molekularnim snopom (MBE) uglavnom se sastoji od sustava ultravisokog vakuuma, izvora molekularnog snopa, sustava za fiksiranje i grijanje supstrata, sustava za prijenos uzorka, sustava za praćenje na licu mjesta, kontrolnog sustava i testa sustav.
Vakuumski sustav uključuje vakuumske pumpe (mehaničke pumpe, molekularne pumpe, ionske pumpe i kondenzacijske pumpe, itd.) i razne ventile, koji mogu stvoriti okruženje za rast ultra visokog vakuuma. Općenito mogući stupanj vakuuma je 10-8 do 10-11 Torr. Vakuumski sustav uglavnom ima tri vakuumske radne komore, odnosno komoru za ubrizgavanje uzorka, komoru za predobradu i analizu površine i komoru za rast.
Komora za ubrizgavanje uzoraka koristi se za prijenos uzoraka u vanjski svijet kako bi se osigurali uvjeti visokog vakuuma u drugim komorama; komora za predtretman i površinsku analizu povezuje komoru za ubrizgavanje uzorka i komoru za rast, a glavna joj je funkcija predobrada uzorka (visokotemperaturno otplinjavanje kako bi se osigurala potpuna čistoća površine supstrata) i izvođenje preliminarne analize površine na očišćeni uzorak; komora za rast je temeljni dio MBE sustava, uglavnom se sastoji od izvorne peći i odgovarajućeg sklopa zatvarača, konzole za kontrolu uzorka, sustava hlađenja, refleksijske difrakcije elektrona visoke energije (RHEED) i sustava za praćenje na licu mjesta . Neka proizvodna MBE oprema ima više konfiguracija komora za rast. Shematski dijagram strukture MBE opreme prikazan je u nastavku:
MBE silicijskog materijala koristi silicij visoke čistoće kao sirovinu, raste u uvjetima ultra visokog vakuuma (10-10～10-11Torr), a temperatura rasta je 600～900 ℃, s Ga (P-tip) i Sb ( N-tip) kao izvori dopinga. Uobičajeno korišteni izvori dopinga kao što su P, As i B rijetko se koriste kao izvori snopa jer ih je teško ispariti.
Reakcijska komora MBE ima okruženje ultra-visokog vakuuma, što povećava srednji slobodni put molekula i smanjuje kontaminaciju i oksidaciju na površini materijala za uzgoj. Pripremljeni epitaksijalni materijal ima dobru površinsku morfologiju i ujednačenost i može se napraviti u višeslojnu strukturu s različitim dopingom ili različitim komponentama materijala.
MBE tehnologija postiže ponovni rast ultratankih epitaksijskih slojeva debljine jednog atomskog sloja, a sučelje između epitaksijskih slojeva je strmo. Promiče rast III-V poluvodiča i drugih višekomponentnih heterogenih materijala. Trenutno je MBE sustav postao napredna procesna oprema za proizvodnju nove generacije mikrovalnih uređaja i optoelektroničkih uređaja. Nedostaci MBE tehnologije su spor rast filma, visoki zahtjevi za vakuumom i visoki troškovi opreme i upotrebe opreme.
3.11 Sustav epitaksije u parnoj fazi
Sustav epitaksije u parnoj fazi (VPE) odnosi se na uređaj za epitaksijalni rast koji prenosi plinovite spojeve na supstrat i kemijskim reakcijama dobiva sloj monokristalnog materijala s istim rasporedom rešetke kao supstrat. Epitaksijalni sloj može biti homoepitaksijalni sloj (Si/Si) ili heteroepitaksijalni sloj (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, itd.). Trenutno se VPE tehnologija naširoko koristi u područjima pripreme nanomaterijala, energetskih uređaja, poluvodičkih optoelektroničkih uređaja, solarnih fotonapona i integriranih sklopova.
Tipični VPE uključuje epitaksiju pri atmosferskom tlaku i epitaksiju sniženog tlaka, ultravisoko vakuumsko kemijsko taloženje iz pare, metalno organsko kemijsko taloženje iz pare, itd. Ključne točke u VPE tehnologiji su dizajn reakcijske komore, način i jednolikost protoka plina, ujednačenost temperature i kontrola preciznosti, kontrola tlaka i stabilnosti, kontrola čestica i nedostataka itd.
Trenutačno, smjer razvoja glavnih komercijalnih VPE sustava je veliko punjenje pločica, potpuno automatska kontrola i praćenje temperature i procesa rasta u stvarnom vremenu. VPE sustavi imaju tri strukture: vertikalnu, horizontalnu i cilindričnu. Metode grijanja uključuju otporno grijanje, visokofrekventno indukcijsko grijanje i grijanje infracrvenim zračenjem.
Trenutačno VPE sustavi uglavnom koriste horizontalne disk strukture, koje imaju karakteristike dobre ujednačenosti rasta epitaksijalnog filma i velikog opterećenja pločice. VPE sustavi obično se sastoje od četiri dijela: reaktor, sustav grijanja, sustav plinskog puta i sustav upravljanja. Budući da je vrijeme rasta epitaksijskih filmova GaAs i GaN relativno dugo, uglavnom se koriste indukcijsko grijanje i otporno grijanje. U silikonskom VPE-u, rast debelog epitaksijalnog filma uglavnom koristi indukcijsko zagrijavanje; rast tankog epitaksijalnog filma uglavnom koristi infracrveno zagrijavanje kako bi se postigla svrha brzog porasta/pada temperature.
3.12 Sustav epitaksije u tekućoj fazi
Sustav epitaksije u tekućoj fazi (LPE) odnosi se na opremu za epitaksijalni rast koja otapa materijal koji se uzgaja (kao što su Si, Ga, As, Al, itd.) i dodatke (kao što su Zn, Te, Sn, itd.) u metal s nižim talištem (kao što je Ga, In, itd.), tako da je otopljena tvar zasićena ili prezasićena u otapalu, a zatim monokristalni supstrat dolazi u kontakt s otopinom, a otopljena tvar se istaloži iz otapala pomoću postupno se hladi, a na površini supstrata raste sloj kristalnog materijala s kristalnom strukturom i konstantom rešetke sličnom onoj u supstratu.
LPE metodu predložili su Nelson i sur. 1963. Koristi se za uzgoj Si tankih filmova i monokristalnih materijala, kao i poluvodičkih materijala kao što su III-IV skupine i živin kadmij telurid, a može se koristiti za izradu raznih optoelektroničkih uređaja, mikrovalnih uređaja, poluvodičkih uređaja i solarnih ćelija .
———————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera može pružitigrafitnih dijelova, mekani/kruti filc, dijelovi od silicij karbida, CVD dijelovi od silicij karbida, iDijelovi presvučeni SiC/TaCsa za 30 dana.
Ako ste zainteresirani za gore navedene poluvodičke proizvode,nemojte se ustručavati kontaktirati nas prvi put.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Vrijeme objave: 31. kolovoza 2024