1. Uvod
Postopek pritrditve snovi (surovine) na površino substratnih materialov s fizikalnimi ali kemičnimi metodami imenujemo rast tankega filma.
V skladu z različnimi načeli delovanja lahko nanašanje tankega filma integriranega vezja razdelimo na:
-Physical Vapor Deposition (PVD);
-Kemično naparjanje (CVD);
-Podaljšek.
2. Postopek rasti tankega filma
2.1 Postopek fizikalnega naparjevanja in naprševanja
Postopek fizikalnega naparjevanja (PVD) se nanaša na uporabo fizikalnih metod, kot so vakuumsko izhlapevanje, razprševanje, plazemska prevleka in epitaksija z molekularnim žarkom za tvorbo tankega filma na površini rezine.
V industriji VLSI je najbolj razširjena tehnologija PVD brizganje, ki se uporablja predvsem za elektrode in kovinske povezave integriranih vezij. Razprševanje je postopek, pri katerem se redki plini [kot je argon (Ar)] ionizirajo v ione (kot je Ar+) pod delovanjem zunanjega električnega polja v pogojih visokega vakuuma in bombardirajo vir materialne tarče v okolju visoke napetosti, izbijanje atomov ali molekul ciljnega materiala, nato pa pridejo na površino rezine, da tvorijo tanek film po procesu letenja brez trka. Ar ima stabilne kemične lastnosti in njegovi ioni ne bodo kemično reagirali s ciljnim materialom in filmom. Ko čipi integriranih vezij vstopijo v dobo medsebojnih povezav bakra 0,13 μm, plast bakrenega pregradnega materiala uporablja film iz titanovega nitrida (TiN) ali tantalovega nitrida (TaN). Povpraševanje po industrijski tehnologiji je spodbudilo raziskave in razvoj tehnologije razprševanja s kemično reakcijo, to je, da je v razpršilni komori poleg Ar tudi reaktivni plin dušik (N2), tako da je Ti ali Ta bombardiran iz ciljni material Ti ali Ta reagira z N2, da ustvari zahtevani film TiN ali TaN.
Obstajajo tri pogosto uporabljene metode razprševanja, in sicer razprševanje z enosmernim tokom, RF razprševanje in magnetronsko razprševanje. Ker se integracija integriranih vezij še naprej povečuje, se povečuje število plasti večslojnega kovinskega ožičenja, uporaba tehnologije PVD pa postaja vedno bolj obsežna. PVD materiali vključujejo Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 itd.
Postopki PVD in razprševanja se običajno zaključijo v visoko zaprti reakcijski komori s stopnjo vakuuma od 1×10-7 do 9×10-9 Torr, kar lahko zagotovi čistost plina med reakcijo; istočasno je potrebna zunanja visoka napetost za ionizacijo redkega plina, da se ustvari dovolj visoka napetost za bombardiranje tarče. Glavni parametri za ocenjevanje postopkov PVD in naprševanja vključujejo količino prahu, kot tudi vrednost upora, enakomernost, debelino odbojnosti in napetost oblikovanega filma.
2.2 Postopek kemičnega naparjevanja in razprševanja
Kemično naparjevanje (CVD) se nanaša na procesno tehnologijo, pri kateri različni plinasti reaktanti z različnimi parcialnimi tlaki kemično reagirajo pri določeni temperaturi in tlaku, nastale trdne snovi pa se nanesejo na površino substratnega materiala, da dobimo želeno tanko površino. film. V tradicionalnem procesu izdelave integriranega vezja so dobljeni tankoslojni materiali na splošno spojine, kot so oksidi, nitridi, karbidi, ali materiali, kot sta polikristalni silicij in amorfni silicij. Selektivna epitaksialna rast, ki se pogosteje uporablja po 45 nm vozlišču, kot je izvorna in odvodna SiGe ali Si selektivna epitaksialna rast, je prav tako tehnologija CVD.
Ta tehnologija lahko še naprej tvori monokristalne materiale istega tipa ali podobne prvotni mreži na enokristalnem substratu iz silicija ali drugih materialov vzdolž prvotne mreže. CVD se pogosto uporablja pri rasti izolacijskih dielektričnih filmov (kot so SiO2, Si3N4 in SiON itd.) in kovinskih filmov (kot je volfram itd.).
Na splošno lahko CVD glede na klasifikacijo tlaka razdelimo na kemično naparjevanje pri atmosferskem tlaku (APCVD), kemično naparjevanje pod atmosferskim tlakom (SAPCVD) in kemično naparjevanje pri nizkem tlaku (LPCVD).
Glede na temperaturno klasifikacijo lahko CVD razdelimo na visokotemperaturno/nizkotemperaturno nanašanje oksidnega filma s kemično paro (HTO/LTO CVD) in hitro termično kemično nanašanje s paro (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Glede na vir reakcije lahko CVD razdelimo na CVD na osnovi silana, CVD na osnovi poliestra (CVD na osnovi TEOS) in kovinsko organsko kemično naparjevanje (MOCVD);
Glede na energijsko klasifikacijo lahko CVD razdelimo na termično kemično nanašanje s paro (Thermal CVD), kemično nanašanje s plazmo (Plasma Enhanced CVD, PECVD) in kemično nanašanje s paro visoke gostote (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Pred kratkim je bilo razvito tudi tekoče kemično naparjevanje (Flowable CVD, FCVD) z odlično sposobnostjo zapolnjevanja vrzeli.
Različne folije, gojene s CVD, imajo različne lastnosti (kot so kemična sestava, dielektrična konstanta, napetost, napetost in prebojna napetost) in jih je mogoče uporabiti ločeno v skladu z različnimi zahtevami postopka (kot so temperatura, pokritost korakov, zahteve za polnjenje itd.).
2.3 Postopek nanašanja atomske plasti
Atomsko plastno nanašanje (ALD) se nanaša na nanašanje atomov plast za plastjo na material substrata z gojenjem enega atomskega filma plast za plastjo. Tipičen ALD uporablja metodo vnašanja plinastih prekurzorjev v reaktor na izmenično impulzen način.
Na primer, najprej se reakcijski prekurzor 1 vnese na površino substrata in po kemični adsorpciji se na površini substrata oblikuje ena sama atomska plast; nato prekurzor 1, ki ostane na površini substrata in v reakcijski komori, izčrpa zračna črpalka; nato se reakcijski prekurzor 2 vnese v površino substrata in kemično reagira s prekurzorjem 1, adsorbiranim na površini substrata, da ustvari ustrezen tankoslojni material in ustrezne stranske produkte na površini substrata; ko prekurzor 1 popolnoma reagira, se bo reakcija samodejno končala, kar je samoomejujoča značilnost ALD, nato pa se ekstrahirajo preostali reaktanti in stranski produkti, da se pripravijo na naslednjo stopnjo rasti; z nenehnim ponavljanjem zgornjega postopka je mogoče doseči nanašanje tankoslojnih materialov, ki rastejo plast za plastjo z enojnimi atomi.
Tako ALD kot CVD sta načina za uvedbo vira plinske kemične reakcije, ki kemično reagira na površini substrata, vendar je razlika v tem, da izvor plinske reakcije CVD nima značilnosti samoomejujoče rasti. Vidimo lahko, da je ključ do razvoja tehnologije ALD iskanje prekurzorjev s samoomejujočimi reakcijskimi lastnostmi.
2.4 Epitaksialni postopek
Epitaksialni postopek se nanaša na postopek rasti popolnoma urejene monokristalne plasti na substratu. Na splošno je epitaksialni postopek gojenje kristalne plasti z enako usmerjenostjo mreže kot prvotni substrat na enokristalnem substratu. Epitaksialni postopek se pogosto uporablja v proizvodnji polprevodnikov, kot so epitaksialne silicijeve rezine v industriji integriranih vezij, epitaksialna rast vgrajenega izvora in odtoka tranzistorjev MOS, epitaksialna rast na podlagah LED itd.
Glede na različna fazna stanja vira rasti lahko metode epitaksialne rasti razdelimo na epitaksijo v trdni fazi, epitaksijo v tekoči fazi in epitaksijo v parni fazi. V proizvodnji integriranih vezij sta pogosto uporabljeni epitaksialni metodi epitaksija v trdni fazi in epitaksija v parni fazi.
Epitaksija v trdni fazi: nanaša se na rast enokristalne plasti na substratu z uporabo trdnega vira. Na primer, toplotno žarjenje po ionski implantaciji je dejansko postopek epitaksije v trdni fazi. Med ionsko implantacijo atome silicija silicijeve rezine bombardirajo visokoenergijski implantirani ioni, pri čemer zapustijo svoje prvotne mrežne položaje in postanejo amorfni ter tvorijo površinsko amorfno plast silicija. Po visokotemperaturnem termičnem žarjenju se amorfni atomi vrnejo v svoje rešetkaste položaje in ostanejo skladni z orientacijo atomskega kristala znotraj substrata.
Metode rasti parnofazne epitaksije vključujejo kemično parnofazno epitaksijo, epitaksijo z molekularnim žarkom, atomsko plastno epitaksijo itd. V proizvodnji integriranih vezij se najpogosteje uporablja kemična parnofazna epitaksija. Načelo epitaksije s kemično parno fazo je v bistvu enako kot pri kemičnem nanašanju s parno fazo. Oba sta postopka, pri katerih se po mešanju plina s kemično reakcijo na površini rezin nanesejo tanke plasti.
Razlika je v tem, da ker epitaksija s kemično parno fazo zraste enokristalno plast, ima višje zahteve glede vsebnosti nečistoč v opremi in čistosti površine rezin. Zgodnji epitaksialni silicijski postopek s kemično parno fazo je treba izvesti v pogojih visoke temperature (več kot 1000 °C). Z izboljšanjem procesne opreme, zlasti s sprejetjem tehnologije vakuumske izmenjevalne komore, se je čistost votline opreme in površine silicijeve rezine močno izboljšala, silicijeva epitaksija pa se lahko izvede pri nižji temperaturi (600-700 ° C). Postopek epitaksialne silicijeve rezine je gojenje plasti monokristalnega silicija na površini silicijeve rezine.
V primerjavi z originalno silicijevo podlago ima epitaksialna silicijeva plast višjo čistost in manj mrežnih napak, s čimer se izboljša izkoristek proizvodnje polprevodnikov. Poleg tega se lahko debelina rasti in koncentracija dopinga epitaksialne silicijeve plasti, ki je zrasla na silicijevi rezini, prilagodljivo načrtujeta, kar prinaša prilagodljivost zasnove naprave, kot je zmanjšanje odpornosti substrata in izboljšanje izolacije substrata. Vgrajen epitaksialni postopek vir-odvod je tehnologija, ki se pogosto uporablja v vozliščih napredne logične tehnologije.
Nanaša se na postopek epitaksialne rasti dopiranega germanijevega silicija ali silicija v izvornih in odvodnih območjih tranzistorjev MOS. Glavne prednosti uvedbe vgrajenega epitaksialnega procesa izvor-odtok vključujejo: rast psevdokristalne plasti, ki vsebuje napetost zaradi prilagoditve rešetke, izboljšanje mobilnosti nosilca kanala; in-situ dopiranje izvora in odvoda lahko zmanjša parazitski upor spoja izvor-odtok in zmanjša napake visokoenergijske ionske implantacije.
3. oprema za rast tankega filma
3.1 Oprema za vakuumsko izparevanje
Vakuumsko izhlapevanje je metoda premazovanja, ki segreje trdne materiale v vakuumski komori, da povzroči njihovo izhlapevanje, uparjanje ali sublimacijo, nato pa kondenzacijo in odlaganje na površini substratnega materiala pri določeni temperaturi.
Običajno je sestavljen iz treh delov, in sicer vakuumskega sistema, izparilnega sistema in ogrevalnega sistema. Vakuumski sistem je sestavljen iz vakuumskih cevi in vakuumskih črpalk, njegova glavna naloga pa je zagotavljanje kvalificiranega vakuumskega okolja za izhlapevanje. Uparjevalni sistem je sestavljen iz uparjalne mize, grelne komponente in komponente za merjenje temperature.
Ciljni material, ki ga je treba upariti (kot je Ag, Al itd.), se postavi na uparjalno mizo; komponenta za merjenje ogrevanja in temperature je zaprtozančni sistem, ki se uporablja za nadzor temperature izhlapevanja, da se zagotovi nemoteno izhlapevanje. Grelni sistem je sestavljen iz stopnje rezin in grelne komponente. Stopnja rezin se uporablja za postavitev substrata, na katerega je treba izhlapeti tanek film, grelna komponenta pa se uporablja za realizacijo segrevanja substrata in povratnega nadzora merjenja temperature.
Vakuumsko okolje je zelo pomemben pogoj v procesu vakuumskega izparevanja, ki je povezano s hitrostjo izparevanja in kakovostjo filma. Če stopnja vakuuma ne ustreza zahtevam, bodo uparjeni atomi ali molekule pogosto trčili v molekule preostalega plina, zaradi česar bo njihova povprečna prosta pot manjša, atomi ali molekule pa se bodo močno razpršile, s čimer se bo spremenila smer gibanja in zmanjšal film stopnja nastajanja.
Poleg tega je zaradi prisotnosti preostalih molekul nečistoč plina odloženi film resno onesnažen in slabe kakovosti, zlasti ko stopnja dviga tlaka v komori ne ustreza standardu in pride do puščanja, bo zrak uhajal v vakuumsko komoro. , kar bo resno vplivalo na kakovost filma.
Strukturne značilnosti opreme za vakuumsko uparjanje določajo, da je enakomernost prevleke na substratih velikih dimenzij slaba. Da bi izboljšali njegovo enakomernost, se na splošno uporablja metoda povečanja razdalje med virom in substratom in vrtenjem substrata, vendar bo povečanje razdalje med virom in substratom žrtvovalo hitrost rasti in čistost filma. Hkrati se zaradi povečanja vakuumskega prostora zmanjša stopnja izkoristka uparjenega materiala.
3.2 Oprema za fizično naparjevanje z enosmernim tokom
Fizično naparjevanje z enosmernim tokom (DCPVD) je znano tudi kot katodno razprševanje ali dvostopenjsko vakuumsko enosmerno razprševanje. Ciljni material vakuumskega enosmernega razprševanja se uporablja kot katoda, substrat pa kot anoda. Vakuumsko razprševanje tvori plazmo z ionizacijo procesnega plina.
Nabiti delci v plazmi se v električnem polju pospešijo, da dobijo določeno količino energije. Delci z zadostno energijo bombardirajo površino ciljnega materiala, tako da se ciljni atomi razpršijo; razpršeni atomi z določeno kinetično energijo se premikajo proti substratu, da tvorijo tanek film na površini substrata. Plin, ki se uporablja za razprševanje, je na splošno redek plin, kot je argon (Ar), tako da film, ki nastane pri razprševanju, ne bo onesnažen; poleg tega je atomski radij argona bolj primeren za naprševanje.
Velikost razpršenih delcev mora biti blizu velikosti ciljnih atomov, ki jih je treba razpršiti. Če so delci preveliki ali premajhni, ni mogoče oblikovati učinkovitega razprševanja. Poleg faktorja velikosti atoma bo na kakovost razprševanja vplival tudi masni faktor atoma. Če je vir razpršenih delcev prelahek, ciljni atomi ne bodo razpršeni; če so razpršeni delci pretežki, bo tarča "upognjena" in tarča ne bo razpršena.
Ciljni material, uporabljen pri DCPVD, mora biti prevodnik. To je zato, ker ko ioni argona v procesnem plinu bombardirajo ciljni material, se rekombinirajo z elektroni na površini ciljnega materiala. Ko je tarčni material prevodnik, kot je kovina, se elektroni, ki jih porabi ta rekombinacija, lažje napolnijo z napajanjem, prosti elektroni pa v drugih delih tarčnega materiala prek električne prevodnosti, tako da je površina tarčnega materiala kot celota ostane negativno nabita in razprševanje se ohrani.
Nasprotno, če je ciljni material izolator, po rekombinaciji elektronov na površini ciljnega materiala prostih elektronov v drugih delih ciljnega materiala ni mogoče napolniti z električno prevodnostjo in celo pozitivni naboji se bodo kopičili na površine ciljnega materiala, zaradi česar se potencial ciljnega materiala dvigne, negativni naboj ciljnega materiala pa oslabi, dokler ne izgine, kar sčasoma vodi do prenehanja razprševanja.
Da bi bili izolacijski materiali uporabni tudi za brizganje, je torej treba najti drugo metodo brizganja. Radiofrekvenčno razprševanje je metoda razprševanja, ki je primerna tako za prevodne kot za neprevodne tarče.
Druga pomanjkljivost DCPVD je visoka napetost vžiga in močno bombardiranje substrata z elektroni. Učinkovit način za rešitev te težave je uporaba magnetronskega razprševanja, zato je magnetronsko razprševanje resnično praktične vrednosti na področju integriranih vezij.
3.3 RF oprema za fizično naparjanje
Radiofrekvenčno fizično naparjevanje (RFPVD) uporablja radiofrekvenčno moč kot vir vzbujanja in je metoda PVD, primerna za različne kovinske in nekovinske materiale.
Običajne frekvence RF napajalnika, ki se uporablja v RFPVD, so 13,56 MHz, 20 MHz in 60 MHz. Pozitivni in negativni cikli RF napajanja se pojavljajo izmenično. Ko je tarča PVD v pozitivnem polciklu, ker ima tarčna površina pozitiven potencial, se bodo elektroni v procesni atmosferi pretakali na tarčno površino, da nevtralizirajo pozitivni naboj, nakopičen na njeni površini, in celo še naprej kopičijo elektrone, zaradi česar je njegova površina negativno pristranska; ko je tarča za razprševanje v negativnem polciklu, se bodo pozitivni ioni premaknili proti tarči in delno nevtralizirani na površini tarče.
Najbolj kritično je, da je hitrost gibanja elektronov v RF električnem polju veliko večja od hitrosti pozitivnih ionov, medtem ko je čas pozitivnega in negativnega polcikla enak, tako da bo po celotnem ciklu ciljna površina »neto« negativno nabit. Zato v prvih nekaj ciklih negativni naboj ciljne površine kaže trend naraščanja; nato ciljna površina doseže stabilen negativni potencial; potem, ker ima negativni naboj tarče odbojni učinek na elektrone, se količina pozitivnih in negativnih nabojev, ki jih prejme ciljna elektroda, uravnoteži in tarča predstavlja stabilen negativni naboj.
Iz zgornjega postopka je razvidno, da proces nastajanja negativne napetosti nima nobene zveze z lastnostmi samega ciljnega materiala, zato metoda RFPVD ne more samo rešiti problema naprševanja izolacijskih ciljev, ampak je tudi dobro združljiva z običajnimi tarčami iz kovinskega prevodnika.
3.4 Oprema za magnetronsko razprševanje
Magnetronsko razprševanje je metoda PVD, ki doda magnete na zadnjo stran tarče. Dodani magneti in napajalnik z enosmernim tokom (ali napajalnik z izmeničnim tokom) tvorijo vir magnetronskega razprševanja. Vir razprševanja se uporablja za oblikovanje interaktivnega elektromagnetnega polja v komori, zajemanje in omejevanje obsega gibanja elektronov v plazmi znotraj komore, podaljšanje poti gibanja elektronov in s tem povečanje koncentracije plazme ter na koncu doseže več odlaganje.
Poleg tega, ker je blizu površine tarče vezanih več elektronov, se obstreljevanje podlage z elektroni zmanjša in temperatura podlage se zmanjša. V primerjavi s tehnologijo ploščate plošče DCPVD je ena najbolj očitnih lastnosti magnetronske tehnologije fizičnega naparjevanja ta, da je napetost praznjenja vžiga nižja in bolj stabilna.
Zaradi višje koncentracije v plazmi in večjega izkoristka razprševanja lahko doseže odlično učinkovitost nanašanja, nadzor debeline nanašanja v velikem obsegu velikosti, natančen nadzor sestave in nižjo napetost vžiga. Zato je magnetronsko razprševanje v prevladujočem položaju v trenutnem PVD kovinskem filmu. Najenostavnejša zasnova vira magnetronskega razprševanja je namestitev skupine magnetov na zadnjo stran ploščate tarče (zunaj vakuumskega sistema), da se ustvari magnetno polje, vzporedno s površino tarče v lokalnem območju na površini tarče.
Če je nameščen trajni magnet, je njegovo magnetno polje relativno fiksno, kar ima za posledico relativno fiksno porazdelitev magnetnega polja na ciljni površini v komori. Napršeni so samo materiali na določenih območjih tarče, stopnja izkoristka tarče je nizka in enakomernost pripravljenega filma je slaba.
Obstaja določena verjetnost, da se bodo razpršeni delci kovine ali drugega materiala odložili nazaj na ciljno površino, s čimer se bodo združili v delce in oblikovali kontaminacijo napak. Zato komercialni viri magnetronskega razprševanja večinoma uporabljajo zasnovo vrtljivega magneta za izboljšanje enakomernosti filma, ciljne stopnje izkoriščenosti in popolnega ciljnega razprševanja.
Ključno je uravnotežiti te tri dejavnike. Če ravnotežja ne izvajate dobro, lahko povzroči dobro enakomernost filma, hkrati pa močno zmanjša ciljno stopnjo izkoriščenosti (skrajša ciljno življenjsko dobo) ali ne doseže popolnega ciljnega naprševanja ali popolne ciljne korozije, kar bo povzročilo težave z delci med naprševanjem. postopek.
Pri magnetronski tehnologiji PVD je treba upoštevati mehanizem gibanja vrtljivega magneta, obliko tarče, sistem hlajenja tarče in vir magnetronskega razprševanja ter funkcionalno konfiguracijo baze, ki nosi rezino, kot sta adsorpcija rezine in nadzor temperature. V procesu PVD je temperatura rezine nadzorovana, da se pridobi zahtevana kristalna struktura, velikost zrn in orientacija ter stabilnost delovanja.
Ker je za prevajanje toplote med zadnjim delom rezine in površino baze potreben določen tlak, običajno v velikosti nekaj Torr, delovni tlak komore pa je običajno v velikosti nekaj mTorr, je tlak na zadnji strani rezine je veliko večji od pritiska na zgornjo površino rezine, zato je za namestitev in omejitev rezine potrebna mehanska ali elektrostatična vpenjalna glava.
Mehanska vpenjalna glava se pri doseganju te funkcije zanaša na lastno težo in rob rezine. Čeprav ima prednosti preproste strukture in neobčutljivosti na material rezine, je robni učinek rezine očiten, kar ne prispeva k strogemu nadzoru delcev. Zato ga je v proizvodnem procesu IC postopoma nadomestila elektrostatična vpenjalna glava.
Za postopke, ki niso posebno občutljivi na temperaturo, se lahko uporabi tudi neadsorpcijska metoda polic brez stika z robom (brez razlike v tlaku med zgornjo in spodnjo površino rezine). Med postopkom PVD se obloga komore in površina delov, ki so v stiku s plazmo, nanesejo in prekrijejo. Ko debelina nanesenega filma preseže mejo, bo film počil in se odluščil, kar bo povzročilo težave z delci.
Zato je površinska obdelava delov, kot je obloga, ključ do razširitve te meje. Površinsko peskanje in brizganje aluminija sta dve pogosto uporabljeni metodi, katerih namen je povečati hrapavost površine, da se okrepi vez med filmom in površino obloge.
3.5 Oprema za ionizacijsko fizično naparjanje
Z nenehnim razvojem mikroelektronske tehnologije postajajo velikosti funkcij vedno manjše. Ker tehnologija PVD ne more nadzirati smeri odlaganja delcev, je zmožnost PVD, da vstopi skozi luknje in ozke kanale z visokimi razmerji stranic, omejena, zaradi česar je razširjena uporaba tradicionalne tehnologije PVD vedno bolj izziv. Pri postopku PVD, ko se razmerje stranic žleba por poveča, se pokritost na dnu zmanjša, tako da se v zgornjem kotu oblikuje previsna struktura, podobna napušču, in najšibkejša pokritost v spodnjem kotu.
Za rešitev tega problema je bila razvita tehnologija ioniziranega fizičnega nanašanja s paro. Najprej plazmatizira kovinske atome, razpršene iz tarče na različne načine, nato pa prilagodi prednapetost, naloženo na rezino, da nadzoruje smer in energijo kovinskih ionov, da dobi stabilen usmerjen tok kovinskih ionov za pripravo tankega filma, s čimer izboljša pokritost dna stopnic z visokim razmerjem stranic skozi luknje in ozke kanale.
Tipična značilnost tehnologije ionizirane kovinske plazme je dodajanje radiofrekvenčne tuljave v komoro. Med postopkom se delovni tlak v komori vzdržuje na razmeroma visokem stanju (5- do 10-kratnik običajnega delovnega tlaka). Med PVD se radiofrekvenčna tuljava uporablja za ustvarjanje druge plazemske regije, v kateri koncentracija argona v plazmi narašča s povečanjem radiofrekvenčne moči in tlaka plina. Ko kovinski atomi, razpršeni iz tarče, gredo skozi to območje, medsebojno delujejo z argonovo plazmo visoke gostote in tvorijo kovinske ione.
Uporaba vira RF na nosilcu rezine (kot je elektrostatična vpenjalna glava) lahko poveča negativno prednapetost na rezini, da pritegne pozitivne kovinske ione na dno utora za pore. Ta usmerjeni tok kovinskih ionov pravokotno na površino rezine izboljša pokritost dna stopnice por z visokim razmerjem stranic in ozkih kanalov.
Negativna prednapetost, uporabljena na rezini, povzroči tudi bombardiranje ionov na površini rezine (obratno naprševanje), kar oslabi previsno strukturo ustja utora por in razprši film, ki je odložen na dnu, na stranske stene v vogalih dna por. utor, s čimer se poveča pokritost stopnic na vogalih.
3.6 Oprema za kemično naparjanje pri atmosferskem tlaku
Oprema za kemično naparjevanje pri atmosferskem tlaku (APCVD) se nanaša na napravo, ki razprši plinasti reakcijski vir s konstantno hitrostjo na površino segretega trdnega substrata v okolju s tlakom, ki je blizu atmosferskemu tlaku, kar povzroči, da reakcijski vir kemično reagira na površino substrata, reakcijski produkt pa se nanese na površino substrata, da tvori tanek film.
Oprema APCVD je najzgodnejša oprema za CVD in se še vedno pogosto uporablja v industrijski proizvodnji in znanstvenih raziskavah. Opremo APCVD je mogoče uporabiti za pripravo tankih filmov, kot so monokristalni silicij, polikristalni silicij, silicijev dioksid, cinkov oksid, titanov dioksid, fosfosilikatno steklo in borofosfosilikatno steklo.
3.7 Oprema za kemično naparjevanje pri nizkem tlaku
Oprema za kemično naparjevanje pri nizkem tlaku (LPCVD) se nanaša na opremo, ki uporablja plinaste surovine za kemično reakcijo na površini trdne podlage v ogrevanem (350–1100 °C) in nizkotlačnem (10–100 mTorr) okolju ter reaktanti se nanesejo na površino substrata in tvorijo tanek film. Oprema LPCVD je razvita na osnovi APCVD za izboljšanje kakovosti tankih filmov, izboljšanje enakomernosti porazdelitve značilnih parametrov, kot sta debelina filma in upornost, ter izboljšanje učinkovitosti proizvodnje.
Njegova glavna značilnost je, da v okolju nizkotlačnega termičnega polja procesni plin kemično reagira na površini substrata rezine, produkti reakcije pa se nanesejo na površino substrata in tvorijo tanek film. Oprema LPCVD ima prednosti pri pripravi visokokakovostnih tankih filmov in se lahko uporablja za pripravo tankih filmov, kot so silicijev oksid, silicijev nitrid, polisilicij, silicijev karbid, galijev nitrid in grafen.
V primerjavi z APCVD nizkotlačno reakcijsko okolje opreme LPCVD poveča povprečno prosto pot in koeficient difuzije plina v reakcijski komori.
Molekule reakcijskega plina in nosilnega plina v reakcijski komori se lahko v kratkem času enakomerno porazdelijo, s čimer se močno izboljša enakomernost debeline filma, enakomernost upornosti in stopenjska pokritost filma, poraba reakcijskega plina pa je tudi majhna. Poleg tega nizkotlačno okolje pospeši tudi hitrost prenosa plinastih snovi. Nečistoče in reakcijske stranske produkte, ki difundirajo iz podlage, je mogoče hitro odstraniti iz reakcijskega območja skozi mejno plast, reakcijski plin pa hitro preide skozi mejno plast, da doseže površino podlage za reakcijo, s čimer učinkovito zavira samodopiranje, pripravlja visokokakovostne filme s strmimi prehodnimi conami ter izboljšanje proizvodne učinkovitosti.
3.8 Oprema za kemično parno nanašanje s plazmo
S plazmo izboljšano kemično naparjevanje (PECVD) je široko uporabljena ttehnologija nanašanja filma. Med plazemskim postopkom se plinasti predhodnik ionizira pod delovanjem plazme, da se tvorijo vzbujene aktivne skupine, ki difundirajo na površino substrata in so nato podvržene kemičnim reakcijam za dokončanje rasti filma.
Glede na frekvenco generiranja plazme lahko plazmo, ki se uporablja pri PECVD, razdelimo na dve vrsti: radiofrekvenčno plazmo (RF plazma) in mikrovalovno plazmo (Mikrovalovna plazma). Trenutno je radijska frekvenca, ki se uporablja v industriji, na splošno 13,56MHz.
Uvedbo radiofrekvenčne plazme običajno razdelimo na dve vrsti: kapacitivno sklopitev (CCP) in induktivno sklopitev (ICP). Metoda kapacitivne sklopitve je običajno metoda neposredne plazemske reakcije; medtem ko je metoda induktivne sklopitve lahko metoda neposredne plazme ali metoda oddaljene plazme.
V procesih izdelave polprevodnikov se PECVD pogosto uporablja za gojenje tankih filmov na podlagah, ki vsebujejo kovine ali druge temperaturno občutljive strukture. Na primer, na področju zadnjega medsebojnega povezovanja kovin integriranih vezij, ker so bile izvorne, vratne in odtočne strukture naprave oblikovane v procesu sprednjega dela, je rast tankih filmov na področju medsebojnega povezovanja kovin predmet na zelo stroge toplotne proračunske omejitve, zato je običajno dopolnjen s pomočjo plazme. S prilagajanjem parametrov plazemskega procesa je mogoče prilagoditi in optimizirati gostoto, kemično sestavo, vsebnost nečistoč, mehansko žilavost in napetostne parametre tankega filma, vzgojenega s PECVD, v določenem območju.
3.9 Oprema za nanašanje atomskih plasti
Atomsko plastno nanašanje (ALD) je tehnologija nanašanja tankega filma, ki občasno raste v obliki kvazi-monoatomske plasti. Njegova značilnost je, da je mogoče natančno nastaviti debelino nanesenega filma z nadzorom števila rastnih ciklov. V nasprotju s postopkom nanašanja s kemičnim naparjevanjem (CVD) dva (ali več) prekurzorja v postopku ALD izmenično prehajata skozi površino substrata in sta učinkovito izolirana s čiščenjem z redkim plinom.
Oba prekurzorja se ne bosta mešala in srečala v plinski fazi, da bi kemično reagirala, ampak bosta reagirala samo s kemično adsorpcijo na površini substrata. V vsakem ciklu ALD je količina prekurzorja, adsorbiranega na površini substrata, povezana z gostoto aktivnih skupin na površini substrata. Ko so reaktivne skupine na površini substrata izčrpane, tudi če vnesemo presežek prekurzorja, na površini substrata ne bo prišlo do kemične adsorpcije.
Ta reakcijski proces se imenuje površinska samoomejujoča reakcija. Ta procesni mehanizem omogoča konstantno debelino filma, ki nastane v vsakem ciklu postopka ALD, zato ima postopek ALD prednosti natančnega nadzora debeline in dobre pokritosti korakov filma.
3.10 Oprema za epitaksijo z molekularnim žarkom
Sistem epitaksije z molekularnim žarkom (MBE) se nanaša na epitaksialno napravo, ki uporablja enega ali več atomskih žarkov toplotne energije ali molekularnih žarkov za pršenje na segreto površino substrata pri določeni hitrosti v pogojih ultravisokega vakuuma ter adsorbira in migrira na površini substrata. za epitaksialno rast monokristalnih tankih filmov vzdolž smeri kristalne osi substratnega materiala. Na splošno pod pogojem segrevanja z reaktivno pečjo s toplotnim ščitom vir žarka tvori atomski žarek ali molekularni žarek, film pa raste plast za plastjo vzdolž smeri kristalne osi substratnega materiala.
Njegove značilnosti so nizka epitaksialna rastna temperatura, debelina, vmesnik, kemična sestava in koncentracija nečistoč pa je mogoče natančno nadzorovati na atomski ravni. Čeprav MBE izvira iz priprave polprevodniških ultratankih monokristalnih filmov, se je njegova uporaba zdaj razširila na različne materialne sisteme, kot so kovine in izolacijski dielektriki, in lahko pripravi III-V, II-VI, silicij, silicijev germanij (SiGe ), grafen, oksidi in organski filmi.
Sistem epitaksije z molekularnim žarkom (MBE) je v glavnem sestavljen iz ultravisokega vakuumskega sistema, vira molekularnega žarka, sistema za pritrjevanje in ogrevanje substrata, sistema za prenos vzorca, sistema za spremljanje na kraju samem, nadzornega sistema in preskusnega sistema. sistem.
Vakuumski sistem vključuje vakuumske črpalke (mehanske črpalke, molekularne črpalke, ionske črpalke in kondenzacijske črpalke itd.) ter različne ventile, ki lahko ustvarijo okolje za rast ultravisokega vakuuma. Splošno dosegljiva stopnja vakuuma je 10-8 do 10-11 Torr. Vakuumski sistem ima v glavnem tri vakuumske delovne komore, in sicer komoro za vbrizgavanje vzorcev, komoro za predobdelavo in površinsko analizo ter rastno komoro.
Komora za vbrizgavanje vzorcev se uporablja za prenos vzorcev v zunanji svet, da se zagotovijo pogoji visokega vakuuma v drugih komorah; komora za predobdelavo in površinsko analizo povezuje komoro za vbrizgavanje vzorca in rastno komoro, njena glavna funkcija pa je predhodna obdelava vzorca (visokotemperaturno razplinjevanje, da se zagotovi popolna čistoča površine substrata) in izvedba predhodne analize površine na očiščen vzorec; rastna komora je osrednji del sistema MBE, ki je v glavnem sestavljen iz izvorne peči in njenega ustreznega sklopa zaklopa, konzole za nadzor vzorca, hladilnega sistema, odbojne visokoenergetske elektronske difrakcije (RHEED) in sistema za spremljanje na kraju samem . Nekatera proizvodna oprema MBE ima več konfiguracij rastnih komor. Shematski diagram strukture opreme MBE je prikazan spodaj:
MBE silicijevega materiala uporablja silicij visoke čistosti kot surovino, raste v pogojih ultravisokega vakuuma (10-10～10-11Torr), temperatura rasti pa je 600～900℃, z Ga (P-tip) in Sb ( N-tipa) kot viri dopinga. Običajno uporabljeni viri dopinga, kot so P, As in B, se redko uporabljajo kot viri žarkov, ker jih je težko izhlapeti.
Reakcijska komora MBE ima ultravisoko vakuumsko okolje, ki poveča povprečno prosto pot molekul in zmanjša kontaminacijo in oksidacijo na površini rastočega materiala. Pripravljeni epitaksialni material ima dobro površinsko morfologijo in enotnost in ga je mogoče narediti v večplastno strukturo z različnimi dopingi ali različnimi materialnimi komponentami.
Tehnologija MBE doseže večkratno rast ultratankih epitaksialnih plasti z debelino ene same atomske plasti, vmesnik med epitaksialnimi plastmi pa je strm. Spodbuja rast polprevodnikov III-V in drugih večkomponentnih heterogenih materialov. Trenutno je sistem MBE postal napredna procesna oprema za proizvodnjo nove generacije mikrovalovnih naprav in optoelektronskih naprav. Slabosti tehnologije MBE so počasna rast filma, visoke zahteve po vakuumu ter visoki stroški opreme in uporabe opreme.
3.11 Sistem epitaksije v parni fazi
Sistem epitaksije v parni fazi (VPE) se nanaša na napravo za epitaksialno rast, ki prenaša plinaste spojine na substrat in s kemičnimi reakcijami pridobi enokristalno plast materiala z enako razporeditvijo rešetke kot substrat. Epitaksialna plast je lahko homoepitaksialna plast (Si/Si) ali heteroepitaksialna plast (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 itd.). Trenutno se tehnologija VPE pogosto uporablja na področjih priprave nanomaterialov, napajalnih naprav, polprevodniških optoelektronskih naprav, solarne fotovoltaike in integriranih vezij.
Tipični VPE vključuje epitaksijo pri atmosferskem tlaku in epitaksijo z zmanjšanim tlakom, ultravisoko vakuumsko kemično parno nanašanje, kovinsko organsko kemično parno nanašanje itd. Ključne točke v tehnologiji VPE so zasnova reakcijske komore, način in enakomernost pretoka plina, enakomernost temperature in natančna kontrola, nadzor tlaka in stabilnost, nadzor delcev in napak itd.
Trenutno je smer razvoja glavnih komercialnih sistemov VPE veliko polnjenje rezin, popolnoma samodejni nadzor in spremljanje temperature in procesa rasti v realnem času. Sistemi VPE imajo tri strukture: navpično, vodoravno in cilindrično. Metode ogrevanja vključujejo uporovno ogrevanje, visokofrekvenčno indukcijsko ogrevanje in ogrevanje z infrardečim sevanjem.
Trenutno sistemi VPE večinoma uporabljajo horizontalne strukture diskov, ki imajo značilnosti dobre enakomernosti rasti epitaksialne folije in velike obremenitve rezin. Sistemi VPE so običajno sestavljeni iz štirih delov: reaktorja, ogrevalnega sistema, sistema plinske poti in krmilnega sistema. Ker je čas rasti epitaksialnih filmov GaAs in GaN razmeroma dolg, se večinoma uporabljata indukcijsko segrevanje in uporovno segrevanje. V silicijevem VPE rast debelega epitaksialnega filma večinoma uporablja indukcijsko segrevanje; rast tankega epitaksialnega filma večinoma uporablja infrardeče segrevanje za doseganje namena hitrega dviga/padca temperature.
3.12 Sistem epitaksije v tekoči fazi
Sistem tekoče fazne epitaksije (LPE) se nanaša na opremo za epitaksialno rast, ki raztopi material za gojenje (kot so Si, Ga, As, Al itd.) in dopante (kot so Zn, Te, Sn itd.) v kovina z nižjim tališčem (kot so Ga, In itd.), tako da je topljenec nasičen ali prenasičen v topilu, nato pa monokristalni substrat pride v stik z raztopino in topljenec se obori iz topila z se postopoma ohlaja in na površini substrata zraste plast kristalnega materiala s kristalno strukturo in konstanto rešetke, podobno strukturi substrata.
Metodo LPE so predlagali Nelson et al. leta 1963. Uporablja se za gojenje Si tankih filmov in monokristalnih materialov, kot tudi polprevodniških materialov, kot so skupine III-IV in živosrebrov kadmijev telurid, in se lahko uporablja za izdelavo različnih optoelektronskih naprav, mikrovalovnih naprav, polprevodniških naprav in sončnih celic .
——————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera lahko zagotovigrafitnih delov, mehka/trda klobučevina, deli iz silicijevega karbida, CVD deli iz silicijevega karbida, inDeli, prevlečeni s SiC/TaCz v 30 dneh.
Če vas zanimajo zgornji polprevodniški izdelki,prosimo, ne oklevajte in nas kontaktirajte prvič.
Tel.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Čas objave: 31. avgusta 2024